Estudo da camada limite atmosférica em regiões metropolitanas costeiras com simulações de brisa marítima

O principal objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar a evolução diária da Camada Limite Atmosférica (CLA) na Região da Grande Vitória (RGV), Estado do Espírito Santo, Brasil e na Região de Dunkerque (RD), Departamento Nord Pas-de-Calais, França, avaliando a acurácia de parametrizações usadas no modelo meteorológico Weather Research and Forecasting (WRF) em detectar a formação e atributos da Camada Limite Interna (CLI) que é formada pelas brisas marítimas. A RGV tem relevo complexo, em uma região costeira de topografia acidentada e uma cadeia de montanhas paralela à costa. A RD tem relevo simples, em uma região costeira com pequenas ondulações que não chegam a ultrapassar 150 metros, ao longo do domínio de estudos. Para avaliar os resultados dos prognósticos feitos pelo modelo, foram utilizados os resultados de duas campanhas: uma realizada na cidade de Dunkerque, no norte da França, em Julho de 2009, utilizando um sistema light detection and ranging (LIDAR), um sonic detection and ranging (SODAR) e dados de uma estação meteorológica de superfície (EMS); outra realizada na cidade de Vitória – Espírito Santo, no mês de julho de 2012, também usando um LIDAR, um SODAR e dados de uma EMS. Foram realizadas simulações usando três esquemas de parametrizações para a CLA, dois de fechamento não local, Yonsei University (YSU) e Asymmetric Convective Model 2 (ACM2) e um de fechamento local, Mellor Yamada Janjic (MYJ) e dois esquemas de camada superficial do solo (CLS), Rapid Update Cycle (RUC) e Noah. Tanto para a RGV quanto para a RD, foram feitas simulações com as seis possíveis combinações das três parametrizações de CLA e as duas de CLS, para os períodos em que foram feitas as campanhas, usando quatro domínios aninhados, sendo os três maiores quadrados com dimensões laterais de 1863 km, 891 km e 297 km, grades de 27 km, 9 km e 3 km, respectivamente, e o domínio de estudo, com dimensões de 81 km na direção Norte-Sul e 63 km na Leste-Oeste, grade de 1 km, com 55 níveis verticais, até um máximo de, aproximadamente, 13.400 m, mais concentrados próximos ao solo. Os resultados deste trabalho mostraram que: a) dependendo da configuração adotada, o esforço computacional pode aumentar demasiadamente, sem que ocorra um grande aumento na acurácia dos resultados; b) para a RD, a simulação usando o conjunto de parametrizações MYJ para a CLA com a parametrização Noah produziu a melhor estimativa captando os fenômenos da CLI. As simulações usando as parametrizações ACM2 e YSU inferiram a entrada da brisa com atraso de até três horas; c) para a RGV, a simulação que usou as parametrizações YSU para a CLA em conjunto com a parametrização Noah para CLS foi a que conseguiu fazer melhores inferências sobre a CLI. Esses resultados sugerem a necessidade de avaliações prévias do esforço computacional necessário para determinadas configurações, e sobre a acurácia de conjuntos de parametrizações específicos para cada região pesquisada. As diferenças estão associadas com a capacidade das diferentes parametrizações em captar as informações superficiais provenientes das informações globais, essenciais para determinar a intensidade de mistura turbulenta vertical e temperatura superficial do solo, sugerindo que uma melhor representação do uso de solo é fundamental para melhorar as estimativas sobre a CLI e demais parâmetros usados por modelos de dispersão de poluentes atmosféricos.

Controle estatístico de processo aplicado no monitoramento da absorção de água por carcaças de frango durante a etapa de pré-resfriamento

A absorção de água por carcaças de frango na etapa de pré-resfriamento da linha abate representa uma característica de qualidade importante relacionada ao rendimento do produto final. Uma forma de manter o padrão de qualidade de um produto é garantir que as etapas do processo sejam estáveis e replicáveis. Ao empregar o Controle Estatístico de Processo (CEP) é possível obter estabilidade e melhorias nos processos, por meio da redução da variabilidade. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a aplicação de gráficos de controle, análise de correlação, estatística descritiva, testes de hipóteses e regressão linear múltipla na linha de abate de um abatedouro-frigorífico de aves para monitorar a variabilidade da absorção de água pelas carcaças de frango após a etapa de pré-resfriamento. Como resultado, verificou-se que o teor de absorção de água das carcaças de frango apresentou elevada variabilidade, sendo que 10% (8/80) das carcaças apresentaram absorção de água superior ao limite de 8% definido pela legislação brasileira. Do total de 16 variáveis de entrada analisadas, as mais impactantes no teor de absorção de água foram o “tempo de retenção da carcaça no pré-chiller” e o “tempo de espera da carcaça após a etapa de gotejamento”. Entretanto, o modelo de regressão obtido apresentou baixa correlação (R²=0,16) que foi associada à elevada variabilidade da variável-resposta. Os resultados da estatística descritiva demonstraram que as variáveis de entrada também apresentaram elevada variabilidade, com coeficiente de variação entre 7,95 e 63,5%. Verificou-se, pela análise dos gráficos de controle de medida individual e da amplitude móvel, que 15 das 16 variáveis de entrada se apresentaram fora de controle estatístico assim como a variável-resposta. Baseado no fluxograma e na descrição das etapas da linha de abate, previamente realizados, atribuiu-se à falta de padronização na condução das etapas e de procedimentos para o controle de qualidade das operações na linha de abate como fatores relevantes que poderiam estar associados à presença de causas especiais no processo. Concluiu-se que para reduzir a elevada variabilidade das variáveis e eliminar as causas especiais presentes são necessários ajustes operacionais para, dessa forma, obter um processo mais estável e mais uniforme garantindo o padrão de qualidade das carcaças de frango em relação ao teor de absorção de água.

Matéria orgânica do solo e emissão de C-CO2 em diferentes manejos e cultivos agrícolas

O manejo do solo deve ser realizado de tal forma que garanta a produção sustentável ao longo dos anos. Dentre as técnicas empregas, o manejo agroecológico e o plantio direto favorecem a manutenção da cobertura do solo e o aporte de matéria orgânica. Partindo da hipótese de que o maior aporte de resíduos culturais aumenta o conteúdo e estoque de matéria orgânica no solo, bem como reduz a emissão de C-CO2, o objetivo geral da pesquisa foi avaliar o impacto do manejo na matéria orgânica do solo e na emissão de C-CO2, nos períodos secos e chuvosos em diferentes cultivos agrícolas. O capítulo 1 foi desenvolvido na comunidade de Feliz Lembrança, Alegre–ES, onde foram avaliados sistemas de manejo em pastagem (PAST), café a pleno sol (PS) e café em sistema agroflorestal (SAF) e uma mata nativa (MN). O capítulo 2 foi desenvolvido no Incaper de Domingos Martins, onde se avaliou tratamentos de plantio direto de hortaliças sob palhada de gramínea (PD-G), leguminosa (PD-L), consórcio gramínea/leguminosa (PD-GL) e convencional utilizando enxada rotativa no pré-plantio (PC)em um delineamento de blocos casualizados. Amostras de solos em diferentes camadas foram coletadas para caracterização química e da matéria orgânica. Foram realizadas medições de emissão de C-CO2, temperatura do solo, umidade do solo e C biomassa microbiana do solo in situ. Foi utilizada análise de variância multivariada, vinculada a teste de aleatorização e aplicação de contrastes ortogonais no capítulo 1 e análise de variância aplicando teste F e teste de médias no capítulo 2. O SAF apresentou maior conteúdo de C orgânico total (19,8 g/kg) na camada de 0 a 5 cm e a PAST em subsuperfície. O menor estoque de C e N e os maiores valores de quociente metabólico foram encontrados no PS. O SAF reduziu a emissão de C-CO2 em 1,93 Mg ha-1 ano-1 em relação ao PS. O C orgânico total variou de 34,94 a 50,48 g/kg no PD-GL enquanto no sistema PC essa variação foi de 27,11 a 43,74 g/kg no perfil amostrado. A emissão média anual foi de 15,89 Mg C-CO2 ha-1 ano-1para a PD-G enquanto o PD-GL foi de 13,77; PD-L de 13,09 e PC de 11,20 Mg C-CO2 ha-1 ano-1. No PC, o balanço de C foi negativo (-2,15Mg ha-1), além de apresentar as menores médias anuais de umidade do solo e C biomassa microbiana e maior Qmet anual. Sistemas com contínuo e diversificado aporte de matéria orgânica promovem redução na emissão de C-CO2, bem como atuam no sequestro de C atmosférico.

Qualidade da água da lagoa Juara (Serra/ES) : avaliações físicas, químicas e respostas fisiológicas e citogenéticas em plantas

A gestão dos recursos hídricos necessita da integração entre os critérios físicos e químicos, e os aspectos bióticos, os quais possibilitam identificar os efeitos combinados de substâncias e avaliar suas influências. Os sistemas testes Allium cepa e Tradescantia pallida, são utilizados para o estudo da poluição aquática a partir de aspectos citogenéticos. Além destes biomarcadores, os teores de clorofila também são utilizados em estudos de estresse devido ao reflexo a múltiplos fatores. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade da água da lagoa Juara (Município de Serra/ES) pela análise integrada de aspectos físicos, químicos e ecotoxicológicos a partir de estudos citogenéticos em A. cepa e T. pallida, e fotossintéticos nesta última espécie. Foram definidas três estações amostrais ao longo da lagoa e a partir de amostras de água foram analisados parâmetros tais como condutividade, oxigênio dissolvido, concentração de nutrientes e metais. A determinação dos metais ocorreu por análises de espectrometria de massa. O teste do A. cepa foi realizado a partir sementes germinadas em amostras de água da lagoa. Com plantas de T. pallida, foi realizado o ensaio da mitose em ponta de raiz de T. pallida e dosado os teores de pigmentos cloroplastídicos em folhas totalmente expandidas. Para tanto, foi realizado ensaio utilizando-se a água da lagoa como solvente para solução de Hoagland onde estacas previamente enraizadas de T. pallida foram expostas durante 24 horas e 40 dias para as avaliações citogenéticas e fotossintéticas, respectivamente. Foi realizado novo teste do A. cepa nas águas da lagoa após os 40 dias de ensaio para aferir a manutenção das propriedades químicas das amostras. A avaliação citogenética nas duas espécies envolveu a análise dos índice mitótico (IM), índice de aberrações cromossômicas (AC) e frequência de micronúcleos (MN). Para a análise estatística foi utilizada a análise de variância seguida pelo teste de Tukey (p < 0.05) para a comparação dos tratamentos durante a mesma campanha, e teste de Bonferroni (p < 0,05) para a comparação entre as campanhas. Os resultados físicos e químicos mensurados demonstram que a lagoa Juara apresenta indícios de eutroficação artificial. Duas estações amostrais, em pelo menos uma campanha amostral, apresentaram potenciais citotóxico, genotóxico e mutagênico. Todavia, esses potenciais não demonstram relação com os teores de Fe e Mn quantificados, levando a crer que tais pontos apresentam outros potenciais poluentes. Os danos citogenéticos observados apresentaram efeitos maximizados durante a segunda campanha, demostrando o efeito do período de chuva na intensificação da poluição nesse ambiente. O estudo do metabolismo fotossintético em T. pallida, demonstrou os teores de pigmentos cloroplastídicos relacionados ao elevado aporte de nutrientes presentes nas estações J2 e J3. Sendo o excesso destes, o provável responsável pelo teor inferior de pigmentos em J3. Observa-se que os ensaios com A. cepa e T. pallida responderam de maneira fidedigna ao risco potencial do ambiente, complementando as análises físicas e químicas usualmente utilizadas na avaliação da qualidade da água de ambientes lacustres.

Caracterização da matéria orgânica nas zonas ripárias em diferentes condições de preservação no Cerrado do Planalto Central do Brasil

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2016.

Lime and fertilizer recommendation system for coconut trees

Fertilizer recommendation to most agricultural crops is based on response curves. Such curves are constructed from field experimental data, obtained for a particular condition and may not be reliable to be applied to other regions. The aim of this study was to develop a Lime and Fertilizer Recommendation System for Coconut Crop based on the nutritional balance. The System considers the expected productivity and plant nutrient use efficiency to estimate nutrient demand, and effective rooting layer, soil nutrient availability, as well as any other nutrient input to estimate the nutrient supply. Comparing the nutrient demand with the nutrient supply the System defines the nutrient balance. If the balance for a given nutrient is negative, lime and, or, fertilization is recommended. On the other hand, if the balance is positive, no lime or fertilizer is needed. For coconut trees, the fertilization regime is divided in three stages: fertilization at the planting spot, band fertilization and fertilization at the production phase. The data set for the development of the System for coconut trees was obtained from the literature. The recommendations generated by the System were compared to those derived from recommendation tables used for coconut crop in Brazil. The main differences between the two procedures were for the P rate applied in the planting hole, which was higher in the proposed System because the tables do not pay heed to the pit volume, whereas the N and K rates were lower. The crop demand for K is very high, and the rates recommended by the System are superior to the table recommendations for the formation and initial production stage. The fertilizer recommendations by the System are higher for the phase of coconut tree growth as compared to the production phase, because greater amount of biomass is produced in the first phase.

Thermomechanical environment characterisation in injection moulding and its relation to the mechanical properties of talc-filled polypropylene

This study is focused on the establishment of relationships between the injection moulding processing conditions, the applied thermomechanical environment (TME) and the tensile properties of talc-filled polypropylene,adopting a new extended concept of thermomechanical indices (TMI). In this approach, TMI are calculated from computational simulations of the moulding process that characterise the TME during processing, which are then related to the mechanical properties of the mouldings. In this study, this concept is extended to both the filling and the packing phases, with new TMI defined related to the morphology developed during these phases. A design of experiments approach based on Taguchi orthogonal arrays was adopted to vary the injection moulding parameters (injection flow rate, injection temperature, mould wall temperature and holding pressure), and thus, the TME. Results from analysis of variance for injection-moulded tensile specimens have shown that among the considered processing conditions, the flow rate is the most significant parameter for the Young’s modulus; the flow rate and melt temperature are the most significant for the strain at break; and the holding pressure and flow rate are the most significant for the stress at yield. The yield stress and Young’s modulus were found to be governed mostly by the thermostress index (TSI, related to the orientation of the skin layer), whilst the strain at break depends on both the TSI and the cooling index (CI, associated to the crystallinity degree of the core region). The proposed TMI approach provides predictive capabilities of the mechanical response of injection-moulded components, which is a valuable input during their design stage.

Soil profile internal drainage for a central pivot fertigated coffee crop

Coffee cultivation via central-pivot fertigation can lead to fertilizer losses by soil profile internal drainage when water application is excessive and soils have low water retention and cation adsorption capacities. This study analyses the deep water losses from the top 1 m sandy soil layer of east Bahia, Brazil, cultivated with coffee at a high technology level (central-pivot fertigation), using above normal N fertilizer rates. The deep drainage (Q) estimation is made through the application of a climatologic water balance (CWB) program having as input direct measures of irrigation and rainfall, climatological data from weather stations, and measured soil water retention characteristics. The aim of the study is to contribute to the understanding of the hydric regime of coffee crops managed by central-pivot irrigation, analyzing three scenarios (Sc): i) rainfall only, ii) rainfall and irrigation full year, and iii) rainfall and irrigation dry season only. Annual Q values for the 2008/2009 agricultural year were: Sc i = 811.5 mm; Sc ii = 1010.5 mm; and Sc iii = 873.1 mm, so that the irrigation interruption in the wet season reduced Q by 15.7%, without the appearance of water deficit periods. Results show that the use of the CWB program is a convenient tool for the evaluation of Q under the cited conditions.

Application to quantify fetal lung branching on rat explants

Recently, regulating mechanisms of branching morphogenesis of fetal lung rat explants have been an essential tool for molecular research. The development of accurate and reliable segmentation techniques may be essential to improve research outcomes. This work presents an image processing method to measure the perimeter and area of lung branches on fetal rat explants. The algorithm starts by reducing the noise corrupting the image with a pre-processing stage. The outcome is input to a watershed operation that automatically segments the image into primitive regions. Then, an image pixel is selected within the lung explant epithelial, allowing a region growing between neighbouring watershed regions. This growing process is controlled by a statistical distribution of each region. When compared with manual segmentation, the results show the same tendency for lung development. High similarities were harder to obtain in the last two days of culture, due to the increased number of peripheral airway buds and complexity of lung architecture. However, using semiautomatic measurements, the standard deviation was lower and the results between independent researchers were more coherent

Automatic segmentation and 3D feature extraction of protein aggregates in Caenorhabditis Elegans

In the last years, it has become increasingly clear that neurodegenerative diseases involve protein aggregation, a process often used as disease progression readout and to develop therapeutic strategies. This work presents an image processing tool to automatic segment, classify and quantify these aggregates and the whole 3D body of the nematode Caenorhabditis Elegans. A total of 150 data set images, containing different slices, were captured with a confocal microscope from animals of distinct genetic conditions. Because of the animals’ transparency, most of the slices pixels appeared dark, hampering their body volume direct reconstruction. Therefore, for each data set, all slices were stacked in one single 2D image in order to determine a volume approximation. The gradient of this image was input to an anisotropic diffusion algorithm that uses the Tukey’s biweight as edge-stopping function. The image histogram median of this outcome was used to dynamically determine a thresholding level, which allows the determination of a smoothed exterior contour of the worm and the medial axis of the worm body from thinning its skeleton. Based on this exterior contour diameter and the medial animal axis, random 3D points were then calculated to produce a volume mesh approximation. The protein aggregations were subsequently segmented based on an iso-value and blended with the resulting volume mesh. The results obtained were consistent with qualitative observations in literature, allowing non-biased, reliable and high throughput protein aggregates quantification. This may lead to a significant improvement on neurodegenerative diseases treatment planning and interventions prevention

Automatic modeling of an orthotic bracing for nonoperative correction of PectusCarinatum

Pectus Carinatum is a deformity of the chest wall, characterized by an anterior protrusion of the sternum, often corrected surgically due to cosmetic motivation. This work presents an alternative approach to the current open surgery option, proposing a novel technique based on a personalized orthosis. Two different processes for the orthosis’ personalization are presented. One based on a 3D laser scan of the patient chest, followed by the reconstruction of the thoracic wall mesh using a radial basis function, and a second one, based on a computer tomography scan followed by a neighbouring cells algorithm. The axial position where the orthosis is to be located is automatically calculated using a Ray-Triangle intersection method, whose outcome is input to a pseudo Kochenek interpolating spline method to define the orthosis curvature. Results show that no significant differences exist between the patient chest physiognomy and the curvature angle and size of the orthosis, allowing a better cosmetic outcome and less initial discomfort

An interactive state monad example

A common problem among information systems is the storage and maintenance of permanent information identified by a key. Such systems are typically known as data base engines or simply as data bases. Today the systems information market is full of solutions that provide mass storage capacities implemented in different operating system and with great amounts of extra functionalities. In this paper we will focus on the formal high level specification of data base systems in the Haskell language. We begin by introducing a high level view of a data base system with a specification of the most common operations in a functional point of view. We then augment this specification by lifting to the state monad which is then modified once again to permit input/output operations between the computations

A contribution to a virtual enterprise taxonomy

This paper presents a taxonomy able to contribute to building a framework within the domain of Virtual Enterprises (VE). A VE taxonomy currently does not exist, and this lack is felt in the ambiguous way that some concepts are addressed, leading to a fragment understanding that hinders the development of the science of VE integration and management. The structure of the taxonomy developed is based on the view of the system as a 5-tuple consisting of Input, Control, Output, Mechanism, and Process, which is the underlying system-view in the well-know IDEF0 diagramming technique. In particular, this taxonomy addresses the VE extended lifecycle that implies the use of a meta-organization called Market of Resources, as an original contribution to the VE theory and practice. The taxonomy presented is constructed in a way to be easily complemented with other VE partial taxonomies that may be found in literature.

Real-time 3D interactive segmentation of echocardiographic data through user-based deformation of B-spline explicit active surfaces

Image segmentation is an ubiquitous task in medical image analysis, which is required to estimate morphological or functional properties of given anatomical targets. While automatic processing is highly desirable, image segmentation remains to date a supervised process in daily clinical practice. Indeed, challenging data often requires user interaction to capture the required level of anatomical detail. To optimize the analysis of 3D images, the user should be able to efficiently interact with the result of any segmentation algorithm to correct any possible disagreement. Building on a previously developed real-time 3D segmentation algorithm, we propose in the present work an extension towards an interactive application where user information can be used online to steer the segmentation result. This enables a synergistic collaboration between the operator and the underlying segmentation algorithm, thus contributing to higher segmentation accuracy, while keeping total analysis time competitive. To this end, we formalize the user interaction paradigm using a geometrical approach, where the user input is mapped to a non-cartesian space while this information is used to drive the boundary towards the position provided by the user. Additionally, we propose a shape regularization term which improves the interaction with the segmented surface, thereby making the interactive segmentation process less cumbersome. The resulting algorithm offers competitive performance both in terms of segmentation accuracy, as well as in terms of total analysis time. This contributes to a more efficient use of the existing segmentation tools in daily clinical practice. Furthermore, it compares favorably to state-of-the-art interactive segmentation software based on a 3D livewire-based algorithm.

A taxonomy for virtual enterprises

The purpose of this paper is to present a taxonomy able to contribute to building a framework within the domain of Virtual Enterprises (VE), to facilitate the sharing of knowledge and contributions to knowledge, as well as for trust building among VE stakeholders. A VE taxonomy currently does not exist, and this lack is felt in the ambiguous way that some concepts are addressed, leading to a fragment understanding that hinders the development of the science of VE integration and management. The structure of the taxonomy developed is based on the view of the system as a 5-tuple consisting of Input, Control, Output, Mechanism, and Process, which is the underlying system-view in the well-know IDEF0 diagramming technique. In particular, this taxonomy addresses the VE extended lifecycle that implies the use of a meta-organization called Market of Resources, as an original contribution to the VE theory and practice. The taxonomy presented does not repeat what the literature already includes, or the commonplaces, and it is constructed in a way to be easily complemented with other VE partial taxonomies that may be found in literature. Some suggestions for extensions to other interrelated domains (as evolution leaves taxonomies in an open or incompleteness state) are given in the text.