The proprotein convertase PC5/6 is protective against intestinal tumorigenesis: In vivo mouse model

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The hotelling model with multiple demands

The purpose of this chapter is to provide an elementary introduction to the non-renewable resource model with multiple demand curves. The theoretical literature following Hotelling (1931) assumed that all energy needs are satisfied by one type of resource (e.g. ‘oil’), extractible at different per-unit costs. This formulation implicitly assumes that all users are the same distance from each resource pool, that all users are subject to the same regulations, and that motorist users can switch as easily from liquid fossil fuels to coal as electric utilities can. These assumptions imply, as Herfindahl (1967) showed, that in competitive equilibrium all users will exhaust a lower cost resource completely before beginning to extract a higher cost resource: simultaneous extraction of different grades of oil or of oil and coal should never occur. In trying to apply the single-demand curve model during the last twenty years, several teams of authors have independently found a need to generalize it to account for users differing in their (1) location, (2) regulatory environment, or (3) resource needs. Each research team found that Herfindahl's strong, unrealistic conclusion disappears in the generalized model; in its place, a weaker Herfindahl result emerges. Since each research team focussed on a different application, however, it has not always been clear that everyone has been describing the same generalized model. Our goal is to integrate the findings of these teams and to exposit the generalized model in a form which is easily accessible.

Solution Methods for Service Network Design with Resource Management Consideration

La gestion des ressources, équipements, équipes de travail, et autres, devrait être prise en compte lors de la conception de tout plan réalisable pour le problème de conception de réseaux de services. Cependant, les travaux de recherche portant sur la gestion des ressources et la conception de réseaux de services restent limités. La présente thèse a pour objectif de combler cette lacune en faisant l’examen de problèmes de conception de réseaux de services prenant en compte la gestion des ressources. Pour ce faire, cette thèse se décline en trois études portant sur la conception de réseaux. La première étude considère le problème de capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints(DBCMND). La structure multi-produits avec capacité sur les arcs du DBCMND, de même que ses contraintes design-balance, font qu’il apparaît comme sous-problème dans de nombreux problèmes reliés à la conception de réseaux de services, d’où l’intérêt d’étudier le DBCMND dans le contexte de cette thèse. Nous proposons une nouvelle approche pour résoudre ce problème combinant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et une procédure d’intensification de la recherche dans une région particulière de l’espace de solutions. Dans un premier temps la recherche tabou identifie de bonnes solutions réalisables. Ensuite la recomposition de chemin est utilisée pour augmenter le nombre de solutions réalisables. Les solutions trouvées par ces deux méta-heuristiques permettent d’identifier un sous-ensemble d’arcs qui ont de bonnes chances d’avoir un statut ouvert ou fermé dans une solution optimale. Le statut de ces arcs est alors fixé selon la valeur qui prédomine dans les solutions trouvées préalablement. Enfin, nous utilisons la puissance d’un solveur de programmation mixte en nombres entiers pour intensifier la recherche sur le problème restreint par le statut fixé ouvert/fermé de certains arcs. Les tests montrent que cette approche est capable de trouver de bonnes solutions aux problèmes de grandes tailles dans des temps raisonnables. Cette recherche est publiée dans la revue scientifique Journal of heuristics. La deuxième étude introduit la gestion des ressources au niveau de la conception de réseaux de services en prenant en compte explicitement le nombre fini de véhicules utilisés à chaque terminal pour le transport de produits. Une approche de solution faisant appel au slope-scaling, la génération de colonnes et des heuristiques basées sur une formulation en cycles est ainsi proposée. La génération de colonnes résout une relaxation linéaire du problème de conception de réseaux, générant des colonnes qui sont ensuite utilisées par le slope-scaling. Le slope-scaling résout une approximation linéaire du problème de conception de réseaux, d’où l’utilisation d’une heuristique pour convertir les solutions obtenues par le slope-scaling en solutions réalisables pour le problème original. L’algorithme se termine avec une procédure de perturbation qui améliore les solutions réalisables. Les tests montrent que l’algorithme proposé est capable de trouver de bonnes solutions au problème de conception de réseaux de services avec un nombre fixe des ressources à chaque terminal. Les résultats de cette recherche seront publiés dans la revue scientifique Transportation Science. La troisième étude élargie nos considérations sur la gestion des ressources en prenant en compte l’achat ou la location de nouvelles ressources de même que le repositionnement de ressources existantes. Nous faisons les hypothèses suivantes: une unité de ressource est nécessaire pour faire fonctionner un service, chaque ressource doit retourner à son terminal d’origine, il existe un nombre fixe de ressources à chaque terminal, et la longueur du circuit des ressources est limitée. Nous considérons les alternatives suivantes dans la gestion des ressources: 1) repositionnement de ressources entre les terminaux pour tenir compte des changements de la demande, 2) achat et/ou location de nouvelles ressources et leur distribution à différents terminaux, 3) externalisation de certains services. Nous présentons une formulation intégrée combinant les décisions reliées à la gestion des ressources avec les décisions reliées à la conception des réseaux de services. Nous présentons également une méthode de résolution matheuristique combinant le slope-scaling et la génération de colonnes. Nous discutons des performances de cette méthode de résolution, et nous faisons une analyse de l’impact de différentes décisions de gestion des ressources dans le contexte de la conception de réseaux de services. Cette étude sera présentée au XII International Symposium On Locational Decision, en conjonction avec XXI Meeting of EURO Working Group on Locational Analysis, Naples/Capri (Italy), 2014. En résumé, trois études différentes sont considérées dans la présente thèse. La première porte sur une nouvelle méthode de solution pour le "capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints". Nous y proposons une matheuristique comprenant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et l’optimisation exacte. Dans la deuxième étude, nous présentons un nouveau modèle de conception de réseaux de services prenant en compte un nombre fini de ressources à chaque terminal. Nous y proposons une matheuristique avancée basée sur la formulation en cycles comprenant le slope-scaling, la génération de colonnes, des heuristiques et l’optimisation exacte. Enfin, nous étudions l’allocation des ressources dans la conception de réseaux de services en introduisant des formulations qui modèlent le repositionnement, l’acquisition et la location de ressources, et l’externalisation de certains services. À cet égard, un cadre de solution slope-scaling développé à partir d’une formulation en cycles est proposé. Ce dernier comporte la génération de colonnes et une heuristique. Les méthodes proposées dans ces trois études ont montré leur capacité à trouver de bonnes solutions.

Limited sampling strategies for estimation of cyclosporine exposure in pediatric hematopoietic stem cell transplant recipients : methodological improvement and introduction of sampling time deviation analysis.

Le suivi thérapeutique est recommandé pour l’ajustement de la dose des agents immunosuppresseurs. La pertinence de l’utilisation de la surface sous la courbe (SSC) comme biomarqueur dans l’exercice du suivi thérapeutique de la cyclosporine (CsA) dans la transplantation des cellules souches hématopoïétiques est soutenue par un nombre croissant d’études. Cependant, pour des raisons intrinsèques à la méthode de calcul de la SSC, son utilisation en milieu clinique n’est pas pratique. Les stratégies d’échantillonnage limitées, basées sur des approches de régression (R-LSS) ou des approches Bayésiennes (B-LSS), représentent des alternatives pratiques pour une estimation satisfaisante de la SSC. Cependant, pour une application efficace de ces méthodologies, leur conception doit accommoder la réalité clinique, notamment en requérant un nombre minimal de concentrations échelonnées sur une courte durée d’échantillonnage. De plus, une attention particulière devrait être accordée à assurer leur développement et validation adéquates. Il est aussi important de mentionner que l’irrégularité dans le temps de la collecte des échantillons sanguins peut avoir un impact non-négligeable sur la performance prédictive des R-LSS. Or, à ce jour, cet impact n’a fait l’objet d’aucune étude. Cette thèse de doctorat se penche sur ces problématiques afin de permettre une estimation précise et pratique de la SSC. Ces études ont été effectuées dans le cadre de l’utilisation de la CsA chez des patients pédiatriques ayant subi une greffe de cellules souches hématopoïétiques. D’abord, des approches de régression multiple ainsi que d’analyse pharmacocinétique de population (Pop-PK) ont été utilisées de façon constructive afin de développer et de valider adéquatement des LSS. Ensuite, plusieurs modèles Pop-PK ont été évalués, tout en gardant à l’esprit leur utilisation prévue dans le contexte de l’estimation de la SSC. Aussi, la performance des B-LSS ciblant différentes versions de SSC a également été étudiée. Enfin, l’impact des écarts entre les temps d’échantillonnage sanguins réels et les temps nominaux planifiés, sur la performance de prédiction des R-LSS a été quantifié en utilisant une approche de simulation qui considère des scénarios diversifiés et réalistes représentant des erreurs potentielles dans la cédule des échantillons sanguins. Ainsi, cette étude a d’abord conduit au développement de R-LSS et B-LSS ayant une performance clinique satisfaisante, et qui sont pratiques puisqu’elles impliquent 4 points d’échantillonnage ou moins obtenus dans les 4 heures post-dose. Une fois l’analyse Pop-PK effectuée, un modèle structural à deux compartiments avec un temps de délai a été retenu. Cependant, le modèle final - notamment avec covariables - n’a pas amélioré la performance des B-LSS comparativement aux modèles structuraux (sans covariables). En outre, nous avons démontré que les B-LSS exhibent une meilleure performance pour la SSC dérivée des concentrations simulées qui excluent les erreurs résiduelles, que nous avons nommée « underlying AUC », comparée à la SSC observée qui est directement calculée à partir des concentrations mesurées. Enfin, nos résultats ont prouvé que l’irrégularité des temps de la collecte des échantillons sanguins a un impact important sur la performance prédictive des R-LSS; cet impact est en fonction du nombre des échantillons requis, mais encore davantage en fonction de la durée du processus d’échantillonnage impliqué. Nous avons aussi mis en évidence que les erreurs d’échantillonnage commises aux moments où la concentration change rapidement sont celles qui affectent le plus le pouvoir prédictif des R-LSS. Plus intéressant, nous avons mis en exergue que même si différentes R-LSS peuvent avoir des performances similaires lorsque basées sur des temps nominaux, leurs tolérances aux erreurs des temps d’échantillonnage peuvent largement différer. En fait, une considération adéquate de l'impact de ces erreurs peut conduire à une sélection et une utilisation plus fiables des R-LSS. Par une investigation approfondie de différents aspects sous-jacents aux stratégies d’échantillonnages limités, cette thèse a pu fournir des améliorations méthodologiques notables, et proposer de nouvelles voies pour assurer leur utilisation de façon fiable et informée, tout en favorisant leur adéquation à la pratique clinique.

The diagnosis of severe thunderstorms with high-resolution WRF model

Thunderstorm, resulting from vigorous convective activity, is one of the most spectacular weather phenomena in the atmosphere. A common feature of the weather during the pre-monsoon season over the Indo-Gangetic Plain and northeast India is the outburst of severe local convective storms, commonly known as ‘Nor’westers’(as they move from northwest to southeast). The severe thunderstorms associated with thunder, squall lines, lightning and hail cause extensive losses in agricultural, damage to structure and also loss of life. In this paper, sensitivity experiments have been conducted with the Non-hydrostatic Mesoscale Model (NMM) to test the impact of three microphysical schemes in capturing the severe thunderstorm event occurred over Kolkata on 15 May 2009. The results show that the WRF-NMM model with Ferrier microphysical scheme appears to reproduce the cloud and precipitation processes more realistically than other schemes. Also, we have made an attempt to diagnose four severe thunderstorms that occurred during pre-monsoon seasons of 2006, 2007 and 2008 through the simulated radar reflectivity fields from NMM model with Ferrier microphysics scheme and validated the model results with Kolkata Doppler Weather Radar (DWR) observations. Composite radar reflectivity simulated by WRF-NMM model clearly shows the severe thunderstorm movement as observed by DWR imageries, but failed to capture the intensity as in observations. The results of these analyses demonstrated the capability of high resolution WRF-NMM model in the simulation of severe thunderstorm events and determined that the 3 km model improve upon current abilities when it comes to simulating severe thunderstorms over east Indian region

Comprehensive evaluation of the WaterGAP3 model across climatic, physiographic, and anthropogenic gradients

In den letzten Jahrzehnten haben sich makroskalige hydrologische Modelle als wichtige Werkzeuge etabliert um den Zustand der globalen erneuerbaren Süßwasserressourcen flächendeckend bewerten können. Sie werden heutzutage eingesetzt um eine große Bandbreite wissenschaftlicher Fragestellungen zu beantworten, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen anthropogener Einflüsse auf das natürliche Abflussregime oder der Auswirkungen des globalen Wandels und Klimawandels auf die Ressource Wasser. Diese Auswirkungen lassen sich durch verschiedenste wasserbezogene Kenngrößen abschätzen, wie z.B. erneuerbare (Grund-)Wasserressourcen, Hochwasserrisiko, Dürren, Wasserstress und Wasserknappheit. Die Weiterentwicklung makroskaliger hydrologischer Modelle wurde insbesondere durch stetig steigende Rechenkapazitäten begünstigt, aber auch durch die zunehmende Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten und abgeleiteten Datenprodukten, die genutzt werden können, um die Modelle anzutreiben und zu verbessern. Wie alle makro- bis globalskaligen Modellierungsansätze unterliegen makroskalige hydrologische Simulationen erheblichen Unsicherheiten, die (i) auf räumliche Eingabedatensätze, wie z.B. meteorologische Größen oder Landoberflächenparameter, und (ii) im Besonderen auf die (oftmals) vereinfachte Abbildung physikalischer Prozesse im Modell zurückzuführen sind. Angesichts dieser Unsicherheiten ist es unabdingbar, die tatsächliche Anwendbarkeit und Prognosefähigkeit der Modelle unter diversen klimatischen und physiographischen Bedingungen zu überprüfen. Bisher wurden die meisten Evaluierungsstudien jedoch lediglich in wenigen, großen Flusseinzugsgebieten durchgeführt oder fokussierten auf kontinentalen Wasserflüssen. Dies steht im Kontrast zu vielen Anwendungsstudien, deren Analysen und Aussagen auf simulierten Zustandsgrößen und Flüssen in deutlich feinerer räumlicher Auflösung (Gridzelle) basieren. Den Kern der Dissertation bildet eine umfangreiche Evaluierung der generellen Anwendbarkeit des globalen hydrologischen Modells WaterGAP3 für die Simulation von monatlichen Abflussregimen und Niedrig- und Hochwasserabflüssen auf Basis von mehr als 2400 Durchflussmessreihen für den Zeitraum 1958-2010. Die betrachteten Flusseinzugsgebiete repräsentieren ein breites Spektrum klimatischer und physiographischer Bedingungen, die Einzugsgebietsgröße reicht von 3000 bis zu mehreren Millionen Quadratkilometern. Die Modellevaluierung hat dabei zwei Zielsetzungen: Erstens soll die erzielte Modellgüte als Bezugswert dienen gegen den jegliche weiteren Modellverbesserungen verglichen werden können. Zweitens soll eine Methode zur diagnostischen Modellevaluierung entwickelt und getestet werden, die eindeutige Ansatzpunkte zur Modellverbesserung aufzeigen soll, falls die Modellgüte unzureichend ist. Hierzu werden komplementäre Modellgütemaße mit neun Gebietsparametern verknüpft, welche die klimatischen und physiographischen Bedingungen sowie den Grad anthropogener Beeinflussung in den einzelnen Einzugsgebieten quantifizieren. WaterGAP3 erzielt eine mittlere bis hohe Modellgüte für die Simulation von sowohl monatlichen Abflussregimen als auch Niedrig- und Hochwasserabflüssen, jedoch sind für alle betrachteten Modellgütemaße deutliche räumliche Muster erkennbar. Von den neun betrachteten Gebietseigenschaften weisen insbesondere der Ariditätsgrad und die mittlere Gebietsneigung einen starken Einfluss auf die Modellgüte auf. Das Modell tendiert zur Überschätzung des jährlichen Abflussvolumens mit steigender Aridität. Dieses Verhalten ist charakteristisch für makroskalige hydrologische Modelle und ist auf die unzureichende Abbildung von Prozessen der Abflussbildung und –konzentration in wasserlimitierten Gebieten zurückzuführen. In steilen Einzugsgebieten wird eine geringe Modellgüte hinsichtlich der Abbildung von monatlicher Abflussvariabilität und zeitlicher Dynamik festgestellt, die sich auch in der Güte der Niedrig- und Hochwassersimulation widerspiegelt. Diese Beobachtung weist auf notwendige Modellverbesserungen in Bezug auf (i) die Aufteilung des Gesamtabflusses in schnelle und verzögerte Abflusskomponente und (ii) die Berechnung der Fließgeschwindigkeit im Gerinne hin. Die im Rahmen der Dissertation entwickelte Methode zur diagnostischen Modellevaluierung durch Verknüpfung von komplementären Modellgütemaßen und Einzugsgebietseigenschaften wurde exemplarisch am Beispiel des WaterGAP3 Modells erprobt. Die Methode hat sich als effizientes Werkzeug erwiesen, um räumliche Muster in der Modellgüte zu erklären und Defizite in der Modellstruktur zu identifizieren. Die entwickelte Methode ist generell für jedes hydrologische Modell anwendbar. Sie ist jedoch insbesondere für makroskalige Modelle und multi-basin Studien relevant, da sie das Fehlen von feldspezifischen Kenntnissen und gezielten Messkampagnen, auf die üblicherweise in der Einzugsgebietsmodellierung zurückgegriffen wird, teilweise ausgleichen kann.

Exact Solution of the Nonlinear Dynamics of Recurrent Neural Mechanisms for Direction Selectivity

Different theoretical models have tried to investigate the feasibility of recurrent neural mechanisms for achieving direction selectivity in the visual cortex. The mathematical analysis of such models has been restricted so far to the case of purely linear networks. We present an exact analytical solution of the nonlinear dynamics of a class of direction selective recurrent neural models with threshold nonlinearity. Our mathematical analysis shows that such networks have form-stable stimulus-locked traveling pulse solutions that are appropriate for modeling the responses of direction selective cortical neurons. Our analysis shows also that the stability of such solutions can break down giving raise to a different class of solutions ("lurching activity waves") that are characterized by a specific spatio-temporal periodicity. These solutions cannot arise in models for direction selectivity with purely linear spatio-temporal filtering.

Motivaciones (metas) relacionadas con la asistencia a actividades extracurriculares en estudiantes de psicología

El presente trabajo de investigación corresponde a un estudio exploratorio-descriptivo que indaga las motivaciones de un grupo de estudiantes de psicología de la Universidad del Rosario (UR) en Bogotá Colombia, para asistir a actividades extracurriculares (AEC). El grupo se compone de 131 estudiantes de segundo a noveno semestre. Para indagar las motivaciones, se elaboró una encuesta basada en el modelo de metas de Alonso (1991) que incluye metas relacionadas con la tarea, la autovaloración, la valoración social y consecución de recompensas externas. La encuesta se aplicó desde el segundo semestre de 2009 al primer semestre de 2011. Para el análisis estadístico se utilizó el software SPSS y se elaboraron distribuciones de frecuencia y tablas de contingencia. Para observar la posible relación entre asistencia a AEC y las motivaciones de los estudiantes se utilizó el Chi Cuadrado y el Estadístico Exacto de Fisher. Los resultados indican que existe relación entre la asistencia a AEC ofrecidas por la UR desde que estudia psicología y la motivación intrínseca (P=0,006), y la asistencia a AEC antes de entrar a estudiar psicología y la consecución de premios y recompensas a nivel social (P=0,021).

A prediction model for establishing the disability degree in adults with spinal cord injury: results based on WHO-DAS II perspective

Objective: To establish a prediction model of the degree of disability in adults with Spinal CordInjury (SCI ) based on the use of the WHO-DAS II . Methods: The disability degree was correlatedwith three variable groups: clinical, sociodemographic and those related with rehabilitation services.A model of multiple linear regression was built to predict disability. 45 people with sci exhibitingdiverse etiology, neurological level and completeness participated. Patients were older than 18 andthey had more than a six-month post-injury. The WHO-DAS II and the ASIA impairment scale(AIS ) were used. Results: Variables that evidenced a significant relationship with disability were thefollowing: occupational situation, type of affiliation to the public health care system, injury evolutiontime, neurological level, partial preservation zone, ais motor and sensory scores and number ofclinical complications during the last year. Complications significantly associated to disability werejoint pain, urinary infections, intestinal problems and autonomic disreflexia. None of the variablesrelated to rehabilitation services showed significant association with disability. The disability degreeexhibited significant differences in favor of the groups that received the following services: assistivedevices supply and vocational, job or educational counseling. Conclusions: The best predictiondisability model in adults with sci with more than six months post-injury was built with variablesof injury evolution time, AIS sensory score and injury-related unemployment.

Oxidation of silicon: further tests for the interfacial silicon emission model

The classical description of Si oxidation given by Deal and Grove has well-known limitations for thin oxides (below 200 Ã). Among the large number of alternative models published so far, the interfacial emission model has shown the greatest ability to fit the experimental oxidation curves. It relies on the assumption that during oxidation Si interstitials are emitted to the oxide to release strain and that the accumulation of these interstitials near the interface reduces the reaction rate there. The resulting set of differential equations makes it possible to model diverse oxidation experiments. In this paper, we have compared its predictions with two sets of experiments: (1) the pressure dependence for subatmospheric oxygen pressure and (2) the enhancement of the oxidation rate after annealing in inert atmosphere. The result is not satisfactory and raises serious doubts about the model’s correctness

Evaluation of the Met Office global forecast model using Geostationary Earth Radiation Budget (GERB) data

Simulations of the top-of-atmosphere radiative-energy budget from the Met Office global numerical weather-prediction model are evaluated using new data from the Geostationary Earth Radiation Budget (GERB) instrument on board the Meteosat-8 satellite. Systematic discrepancies between the model simulations and GERB measurements greater than 20 Wm-2 in outgoing long-wave radiation (OLR) and greater than 60 Wm-2 in reflected short-wave radiation (RSR) are identified over the period April-September 2006 using 12 UTC data. Convective cloud over equatorial Africa is spatially less organized and less reflective than in the GERB data. This bias depends strongly on convective-cloud cover, which is highly sensitive to changes in the model convective parametrization. Underestimates in model OLR over the Gulf of Guinea coincide with unrealistic southerly cloud outflow from convective centres to the north. Large overestimates in model RSR over the subtropical ocean, greater than 50 Wm-2 at 12 UTC, are explained by unrealistic radiative properties of low-level cloud relating to overestimation of cloud liquid water compared with independent satellite measurements. The results of this analysis contribute to the development and improvement of parametrizations in the global forecast model.

Sampling uncertainties in surface radiation budget calculations in RADAGAST

In the Radiative Atmospheric Divergence Using ARM Mobile Facility GERB and AMMA Stations (RADAGAST) project we calculate the divergence of radiative flux across the atmosphere by comparing fluxes measured at each end of an atmospheric column above Niamey, in the African Sahel region. The combination of broadband flux measurements from geostationary orbit and the deployment for over 12 months of a comprehensive suite of active and passive instrumentation at the surface eliminates a number of sampling issues that could otherwise affect divergence calculations of this sort. However, one sampling issue that challenges the project is the fact that the surface flux data are essentially measurements made at a point, while the top-of-atmosphere values are taken over a solid angle that corresponds to an area at the surface of some 2500 km2. Variability of cloud cover and aerosol loading in the atmosphere mean that the downwelling fluxes, even when averaged over a day, will not be an exact match to the area-averaged value over that larger area, although we might expect that it is an unbiased estimate thereof. The heterogeneity of the surface, for example, fixed variations in albedo, further means that there is a likely systematic difference in the corresponding upwelling fluxes. In this paper we characterize and quantify this spatial sampling problem. We bound the root-mean-square error in the downwelling fluxes by exploiting a second set of surface flux measurements from a site that was run in parallel with the main deployment. The differences in the two sets of fluxes lead us to an upper bound to the sampling uncertainty, and their correlation leads to another which is probably optimistic as it requires certain other conditions to be met. For the upwelling fluxes we use data products from a number of satellite instruments to characterize the relevant heterogeneities and so estimate the systematic effects that arise from the flux measurements having to be taken at a single point. The sampling uncertainties vary with the season, being higher during the monsoon period. We find that the sampling errors for the daily average flux are small for the shortwave irradiance, generally less than 5 W m−2, under relatively clear skies, but these increase to about 10 W m−2 during the monsoon. For the upwelling fluxes, again taking daily averages, systematic errors are of order 10 W m−2 as a result of albedo variability. The uncertainty on the longwave component of the surface radiation budget is smaller than that on the shortwave component, in all conditions, but a bias of 4 W m−2 is calculated to exist in the surface leaving longwave flux.

Exploring the spatial relations between soil physical properties and apparent electrical conductivity

Relations between the apparent electrical conductivity of the soil (ECa) and top- and sub-soil physical properties were examined for two arable fields in southern England (Crowmarsh Battle Farms and the Yattendon Estate). The spatial variation of ECa and the soil properties was explored geostatistically. The variogram ranges showed that ECa varied on a similar spatial scale to many of the soil physical properties in both fields. Several features in the map of kriged predictions of ECa were also evident in maps of the soil properties. In addition, the correlation coefficients showed a strong relation between ECa and several soil properties. A moving correlation analysis enabled differences in the relations between ECa and the soil properties to be examined within the fields. The results indicated that relations were inconsistent; they were stronger in some areas than others. A regression of ECa on the principal component scores of the leading components for both fields showed that the first two components accounted for a large proportion of the variance in ECa, whereas the others accounted for little or none. For Crowmarsh topsoil sand and clay, loss on ignition and volumetric water measured in the autumn had large correlations on the first component, and for Yattendon they were large for topsoil sand and clay, and autumn and spring volumetric water. The cross-variograms suggested strong coregionalization between ECa and several soil physical properties; in particular subsoil sand and silt at Crowmarsh, and subsoil sand and clay at Yattendon. The structural correlations from the linear model of coregionalization confirmed the strength of the relations between ECa and the subsoil properties. Nevertheless, no one property was consistently important for both fields. Although a map of ECa can indicate the general patterns of spatial variation in the soil, it is not a substitute for information on soil properties obtained by sampling and analysing the soil. Nevertheless, it could be used to guide further sampling. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

The analysis of ranked observations of soil structure using indicator geostatistics

Structure is an important physical feature of the soil that is associated with water movement, the soil atmosphere, microorganism activity and nutrient uptake. A soil without any obvious organisation of its components is known as apedal and this state can have marked effects on several soil processes. Accurate maps of topsoil and subsoil structure are desirable for a wide range of models that aim to predict erosion, solute transport, or flow of water through the soil. Also such maps would be useful to precision farmers when deciding how to apply nutrients and pesticides in a site-specific way, and to target subsoiling and soil structure stabilization procedures. Typically, soil structure is inferred from bulk density or penetrometer resistance measurements and more recently from soil resistivity and conductivity surveys. To measure the former is both time-consuming and costly, whereas observations made by the latter methods can be made automatically and swiftly using a vehicle-mounted penetrometer or resistivity and conductivity sensors. The results of each of these methods, however, are affected by other soil properties, in particular moisture content at the time of sampling, texture, and the presence of stones. Traditional methods of observing soil structure identify the type of ped and its degree of development. Methods of ranking such observations from good to poor for different soil textures have been developed. Indicator variograms can be computed for each category or rank of structure and these can be summed to give the sum of indicator variograms (SIV). Observations of the topsoil and subsoil structure were made at four field sites where the soil had developed on different parent materials. The observations were ranked by four methods and indicator and the sum of indicator variograms were computed and modelled for each method of ranking. The individual indicators were then kriged with the parameters of the appropriate indicator variogram model to map the probability of encountering soil with the structure represented by that indicator. The model parameters of the SIVs for each ranking system were used with the data to krige the soil structure classes, and the results are compared with those for the individual indicators. The relations between maps of soil structure and selected wavebands from aerial photographs are examined as basis for planning surveys of soil structure. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Spatial analysis of the error in a model of soil nitrogen

Models of the dynamics of nitrogen in soil (soil-N) can be used to aid the fertilizer management of a crop. The predictions of soil-N models can be validated by comparison with observed data. Validation generally involves calculating non-spatial statistics of the observations and predictions, such as their means, their mean squared-difference, and their correlation. However, when the model predictions are spatially distributed across a landscape the model requires validation with spatial statistics. There are three reasons for this: (i) the model may be more or less successful at reproducing the variance of the observations at different spatial scales; (ii) the correlation of the predictions with the observations may be different at different spatial scales; (iii) the spatial pattern of model error may be informative. In this study we used a model, parameterized with spatially variable input information about the soil, to predict the mineral-N content of soil in an arable field, and compared the results with observed data. We validated the performance of the N model spatially with a linear mixed model of the observations and model predictions, estimated by residual maximum likelihood. This novel approach allowed us to describe the joint variation of the observations and predictions as: (i) independent random variation that occurred at a fine spatial scale; (ii) correlated random variation that occurred at a coarse spatial scale; (iii) systematic variation associated with a spatial trend. The linear mixed model revealed that, in general, the performance of the N model changed depending on the spatial scale of interest. At the scales associated with random variation, the N model underestimated the variance of the observations, and the predictions were correlated poorly with the observations. At the scale of the trend, the predictions and observations shared a common surface. The spatial pattern of the error of the N model suggested that the observations were affected by the local soil condition, but this was not accounted for by the N model. In summary, the N model would be well-suited to field-scale management of soil nitrogen, but suited poorly to management at finer spatial scales. This information was not apparent with a non-spatial validation. (c),2007 Elsevier B.V. All rights reserved.