957 resultados para time-dependent local density approximation
Resumo:
In der vorliegenden Dissertation wurden kreuzkonjugierte organische Verbindungen basierend auf Diazafluorenmethyliden- sowie Dipyridylmethyliden-Bausteinen synthetisiert, die zum einen photoredoxaktive Metallfragmente komplexieren können und zum anderen erweiterte π-konjugierte Pfade auf der Grundlage von Alkineinheiten ermöglichen. Das kreuzkonjugierte Motiv wurde über die Kupplung von Alkineinheiten an halogenierte Methyliden-Einheiten, den so genannten Dibromolefinen, zugänglich gemacht. Zur Synthese von Dibromolefinen wurden verschiedene Methoden untersucht. Literaturbekannte Methoden wie die Wittig-Reaktion und ihre Modifikationen sowie die Corey-Fuchs-Reaktion konnten für die Diazafluoreneinheit nicht erfolgreich angewendet werden. Bei einer mikrowellenunterstützten Reaktion konnte sowohl ausgehend von Diazafluoren-9-on als auch von Di-2-pyridylketon eine Dibromolefinierung (55 % und 65 %) erreicht werden. Die Eignung der Mikrowellenstrahlung für Dibromolefinierungsreaktionen nach Corey und Fuchs wurde weiterhin an verschiedenen Aldehyden und Ketonen untersucht. In den meisten Fällen konnten gute bis sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Durch die erfolgreiche Synthese von Dibromolefinen über Mikrowellensynthese wurde die Realisierung von diversen π-konjugierten Systemen möglich. Dies erfolgte exemplarisch durch die Kupplung der Alkine 5-Ethinyl-2,2’-bipyridin, 1-(Ferrocenylethinyl)-4-(ethinyl)benzol, Tri(tolyl)propin sowie der TIPS- und TMS-Acetylene. Neben der Vielfalt an Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Dipyridyl- und Diazafluorenbausteinen zeigte sich zudem, dass sogar räumlich anspruchsvolle Verbindungen wie die geminale angeordneten voluminösen Tri(tolyl)propinyl-Substituenten an der Doppelbindung erfolgreich synthetisiert werden können. Die Koordinationseigenschaften der neu synthetisierten Verbindungen konnten durch Umsetzungen der Diazafluoren- und Dipyridylverbindungen mit PdCl2 und [RuCl2(bpy)2] erfolgreich gezeigt werden. Im Hinblick auf die Herstellung von Funktionsmaterialien eignen sich die Endiin-Strukturmotive aufgrund von diversen Variationsmöglichkeiten wie Koordination von Übergangsmetallen sowie Funktionalisierung der Peripherie gut. Dadurch können die elektronischen Eigenschaften wie die Absorption oder elektrochemische Potentiale der Verbindungen modifiziert werden. Die UV/Vis-Spektren der neu synthetisierten Verbindungen zeigen, dass Absorptionen in längerwelligen Bereichen durch Verlängerung des Konjugationspfades gesteuert werden können. Zudem lassen sich weitere photophysikalische Eigenschaften wie MC-, LC-, LMCT- oder MLCT-Übergänge durch Koordination von Metallen generieren. Die elektrochemischen Potentiale der Dipyridyl- und Diazafluorenbausteine konnten durch Anbindung von verschiedenen Substituenten beeinflusst werden. Es zeigte sich, dass sich die Reduktionswellen im Vergleich zu denen der Ketone zu niedrigeren Potentialen verschieben, wenn Alkine an die Dipyridylmethyliden- und Diazafluorenmethyliden-Bausteine geknüpft wurden. Zudem konnte beobachtet werden, dass die Signale nicht immer reversibel sind. Insbesondere die Dipyridylverbindungen zeichneten sich durch irreversible Reduktionswellen aus. Die Realisierung von π-konjugierten Systemen gelang auch mit cyclischen kohlenstoffbasierten Verbindungen. Über das separat synthetisierte 2,2’-Diethinyltolan konnte eine cyclische Verbindung, ein dehydroannulen-radialenisches System, erfolgreich hergestellt werden. Die Koordination von redoxaktiven Metallzentren wie [Ru(bpy)2] konnte für diese Verbindung ebenfalls erfolgreich gezeigt werden. Die elektronische Wechselwirkung zwischen dem Metallzentrum und dem dehydroannulenischen System könnte sowohl über theoretische Methoden (zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie) als auch experimentell wie z. B. über transiente Absorptionsspektroskopie untersucht werden. Diese zukünftig durchzuführenden Untersuchungen können Aufschluss über die Ladungstransferraten und -dauer geben. Im Hinblick auf die Realisierung von Modellverbindungen für molekulare Drähte wurden lineare Systeme basierend auf der Diazafluoreneinheit synthetisiert. Zur Synthese von derartigen Systemen war es zunächst notwendig, die Dibromolefine unsymmetrisch zu alkinylieren. Die unsymmetrische Substitution gestaltete sich als Herausforderung, da eine Einfachkupplung mit einem Acetylen nicht möglich war. In den meisten Fällen wurden zweifach substituierte Spezies mit den identischen Alkinen erhalten. Die besten Ausbeuten konnten durch die konsekutive Zugabe von TIPS-Acetylen und darauffolgend TMS-Acetylen in die Reaktionsmischung erhalten werden. Offenbar spielt der räumliche Anspruch des Erstsubstituenten in diesem Zusammenhang eine Rolle. Die selektive Entschützung der unterschiedlich silylierten Verbindungen erfolgte mit K2CO3 in MeOH/THF (1:1). Die oxidative Homokupplungsreaktion erfolgte ohne Isolierung der entschützten Spezies, da diese instabil ist und zur Polymerisation neigt. Aufgrund der Instabilität der entschützten Spezies sowie möglichen Nebenreaktionen waren die Ausbeuten sowohl bei der TIPS-geschützten Verbindung als auch bei der TTP-geschützten Verbindung gering. Versuche, lineare Systeme von dipyridylbasierten Verbindungen zu erhalten, schlugen fehl. Die π-konjugierten Systeme lassen aufgrund der effektiven Überlappung der beteiligten π-Orbitale hohe Ladungsträgermobilitäten vermuten. Die im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen könnten mit Schwefelverbindungen die Anbindung an Elektroden zulassen, worüber die Leitfähigkeiten der Verbindungen gemessen werden könnten.
Resumo:
Die Miniaturisierung von konventioneller Labor- und Analysetechnik nimmt eine zentrale Rolle im Bereich der allgemeinen Lebenswissenschaften und medizinischen Diagnostik ein. Neuartige und preiswerte Technologieplattformen wie Lab-on-a-Chip (LOC) oder Mikrototalanalysesysteme (µTAS) versprechen insbesondere im Bereich der Individualmedizin einen hohen gesellschaftlichen Nutzen zur frühzeitigen und nichtinvasiven Diagnose krankheitsspezifischer Indikatoren. Durch den patientennahen Einsatz preiswerter und verlässlicher Mikrochips auf Basis hoher Qualitätsstandards entfallen kostspielige und zeitintensive Zentrallaboranalysen, was gleichzeitig Chancen für den globalen Einsatz - speziell in Schwellen- und Entwicklungsländern - bietet. Die technischen Herausforderungen bei der Realisierung moderner LOC-Systeme sind in der kontrollierten und verlässlichen Handhabung kleinster Flüssigkeitsmengen sowie deren diagnostischem Nachweis begründet. In diesem Kontext wird der erfolgreichen Integration eines fernsteuerbaren Transports von biokompatiblen, magnetischen Mikro- und Nanopartikeln eine Schlüsselrolle zugesprochen. Die Ursache hierfür liegt in der vielfältigen Einsetzbarkeit, die durch die einzigartigen Materialeigenschaften begründet sind. Diese reichen von der beschleunigten, aktiven Durchmischung mikrofluidischer Substanzvolumina über die Steigerung der molekularen Interaktionsrate in Biosensoren bis hin zur Isolation und Aufreinigung von krankheitsspezifischen Indikatoren. In der Literatur beschriebene Ansätze basieren auf der dynamischen Transformation eines makroskopischen, zeitabhängigen externen Magnetfelds in eine mikroskopisch veränderliche potentielle Energielandschaft oberhalb magnetisch strukturierter Substrate, woraus eine gerichtete und fernsteuerbare Partikelbewegung resultiert. Zentrale Kriterien, wie die theoretische Modellierung und experimentelle Charakterisierung der magnetischen Feldlandschaft in räumlicher Nähe zur Oberfläche der strukturierten Substrate sowie die theoretische Beschreibung der Durchmischungseffekte, wurden jedoch bislang nicht näher beleuchtet, obwohl diese essentiell für ein detailliertes Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen und folglich für einen Markteintritt zukünftiger Geräte sind. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde daher ein neuartiger Ansatz zur erfolgreichen Integration eines Konzepts zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel zur Anwendung in modernen LOC-Systemen unter Verwendung von magnetisch strukturierten Exchange-Bias (EB) Dünnschichtsystemen verfolgt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Verfahren der ionenbe-schussinduzierten magnetischen Strukturierung (IBMP) von EB-Systemen zur Herstellung von maßgeschneiderten magnetischen Feldlandschaften (MFL) oberhalb der Substratoberfläche, deren Stärke und räumlicher Verlauf auf Nano- und Mikrometerlängenskalen gezielt über die Veränderung der Materialparameter des EB-Systems via IBMP eingestellt werden kann, eignet. Im Zuge dessen wurden erstmals moderne, experimentelle Verfahrenstechniken (Raster-Hall-Sonden-Mikroskopie und rastermagnetoresistive Mikroskopie) in Kombination mit einem eigens entwickelten theoretischen Modell eingesetzt, um eine Abbildung der MFL in unterschiedlichen Abstandsbereichen zur Substratoberfläche zu realisieren. Basierend auf der quantitativen Kenntnis der MFL wurde ein neuartiges Konzept zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel entwickelt, bei dem Partikelgeschwindigkeiten im Bereich von 100 µm/s unter Verwendung von externen Magnetfeldstärken im Bereich weniger Millitesla erzielt werden können, ohne den magnetischen Zustand des Substrats zu modifizieren. Wie aus den Untersuchungen hervorgeht, können zudem die Stärke des externen Magnetfelds, die Stärke und der Gradient der MFL, das magnetfeldinduzierte magnetische Moment der Partikel sowie die Größe und der künstlich veränderliche Abstand der Partikel zur Substratoberfläche als zentrale Einflussgrößen zur quantitativen Modifikation der Partikelgeschwindigkeit genutzt werden. Abschließend wurde erfolgreich ein numerisches Simulationsmodell entwickelt, das die quantitative Studie der aktiven Durchmischung auf Basis des vorgestellten Partikeltransportkonzepts von theoretischer Seite ermöglicht, um so gezielt die geometrischen Gegebenheiten der mikrofluidischen Kanalstrukturen auf einem LOC-System für spezifische Anwendungen anzupassen.
Resumo:
The registration of pre-operative volumetric datasets to intra- operative two-dimensional images provides an improved way of verifying patient position and medical instrument loca- tion. In applications from orthopedics to neurosurgery, it has a great value in maintaining up-to-date information about changes due to intervention. We propose a mutual information- based registration algorithm to establish the proper align- ment. For optimization purposes, we compare the perfor- mance of the non-gradient Powell method and two slightly di erent versions of a stochastic gradient ascent strategy: one using a sparsely sampled histogramming approach and the other Parzen windowing to carry out probability density approximation. Our main contribution lies in adopting the stochastic ap- proximation scheme successfully applied in 3D-3D registra- tion problems to the 2D-3D scenario, which obviates the need for the generation of full DRRs at each iteration of pose op- timization. This facilitates a considerable savings in compu- tation expense. We also introduce a new probability density estimator for image intensities via sparse histogramming, de- rive gradient estimates for the density measures required by the maximization procedure and introduce the framework for a multiresolution strategy to the problem. Registration results are presented on uoroscopy and CT datasets of a plastic pelvis and a real skull, and on a high-resolution CT- derived simulated dataset of a real skull, a plastic skull, a plastic pelvis and a plastic lumbar spine segment.
Resumo:
This paper considers a connection between the deterministic and noisy behavior of nonlinear networks. Specifically, a particular bridge circuit is examined which has two possibly nonlinear energy storage elements. By proper choice of the constitutive relations for the network elements, the deterministic terminal behavior reduces to that of a single linear resistor. This reduction of the deterministic terminal behavior, in which a natural frequency of a linear circuit does not appear in the driving-point impedance, has been shown in classical circuit theory books (e.g. [1, 2]). The paper shows that, in addition to the reduction of the deterministic behavior, the thermal noise at the terminals of the network, arising from the usual Nyquist-Johnson noise model associated with each resistor in the network, is also exactly that of a single linear resistor. While this result for the linear time-invariant (LTI) case is a direct consequence of a well-known result for RLC circuits, the nonlinear result is novel. We show that the terminal noise current is precisely that predicted by the Nyquist-Johnson model for R if the driving voltage is zero or constant, but not if the driving voltage is time-dependent or the inductor and capacitor are time-varying
Resumo:
El cisplatí, PtCl2(NH3)2, ha estat una de les drogues més utilitzades en la quimioteràpia del càncer des del descobriment de la seva activitat. Però degut a la seva alta toxicitat i greus efectes secundaris, s'han sintetitzat nous compostos amb la finalitat de reduir aquests inconvenients. En aquest sentit, el treball desenvolupat en aquesta tesi doctoral ha estat la síntesi i caracterització de tretze complexos de Pt(II) amb la finalitat d'estudiar llur activitat antitumoral. Aquests complexos presenten unes característiques estructurals comunes: geometria cis, dos lligands làbils de tipus clorur i un lligand diaminoquelatant derivat dels àcids d,l-2,3-diaminopropiònic (Hdap) i d,l-2,4-diaminobutíric (Hdab). S'han dissenyat unes estratègies sintètiques a partir de les quals els lligands han estat funcionalitzats amb diferents grups de tipus éster, aminoàcid i peptídic: Etdap·2HCl, Etdab·2HCl, [(dap-Metala)·2CF3COOH], [(dab-Metala)·2CF3COOH], [(dap-phe)·2CF3COOH], [(dab-phe)·2CF3COOH], [(dap-Mettrp)·2CF3COOH], [(dab-Mettrp)·2CF3COOH], [(dap-ASTTTNYT-NH2)·2CF3COOH], essent Metala= éster metílic de L-alanina, phe= L-fenilalanina, Mettrp= éster metílic del L-triptofà. Aquests lligands diaminoquelatants s'han utilitzat per sintetitzar els corresponents complexos de Pt(II): PtCl2(Hdap), PtCl2(Hdab), PtCl2(Etdap), PtCl2(Etdab), PtCl2(dap-Metala), PtCl2(dab-Metala), PtCl2(dap-ala), PtCl2(dab-ala), PtCl2(dap-phe), PtCl2(dab-phe), PtCl2(dap-Mettrp), PtCl2(dab-Mettrp), PtCl2(dap-ASTTTNYT-NH2). A través de diferents tècniques i assaigs biològics (dicroisme circular, electroforesi en gel d'agarosa, microscopia de forces atòmiques, citometria de flux, assaigs de proliferació cel·lular) s'ha pogut demostrar l'activitat antitumoral d'aquests compostos. A través de la tècnica de dicroisme circular (DC) s'ha pogut demostrar que els lligands lliures no interaccionen covalentment amb el DNA de Calf Thymus i no modifiquen l'estructura secundària de la doble hèlix. En canvi, els respectius complexos han demostrat tenir capacitat per interaccionar amb el DNA i modificar la seva estructura secundària. Els complexos PtCl2(Hdap), PtCl2(Hdab) i PtCl2(dab-phe) mostren un comportament similar al cisplatí, generant adductes cis-bifuncionals que distorcionen la doble hèlix de forma no desnaturalitzant amb obertura de la doble cadena. Els complexos PtCl2(Etdap), PtCl2(Etdab), PtCl2(dap-ala), PtCl2(dab-ala), PtCl2(dap-Metala), PtCl2(dab-Metala), PtCl2(dap-phe), PtCl2(dap-ASTTTNYT-NH2) quan interaccionen amb el DNA generen un canvi en la conformació del DNA de la forma B a la forma C, produint-se un augment de la curvatura de l'hèlix per rotació de les bases nitrogenades. En aquests estudis s'ha comprovat que l'estructura del complex influeix en l'efecte generat sobre l'estructura secundària de l'àcid nucleic. En primer lloc, existeix una diferència en el comportament en funció del tamany del lligand diaminoquelatant, de manera que els complexos amb el lligand (dab) provoquen un efecte més remarcable. També s'observa aquest canvi de comportament al passar dels complexos que tenen el grup funcional esterificat als que el tenen protonat. D'aquesta manera, s'observa un major efecte sobre l'estructura secundària del DNA en aquells complexos que tenen el lligand diaminoquelatant de tres metilens (dab) i amb el grup carboxilat terminal protonat. Per tal de modelitzar la interacció d'aquests complexos amb el DNA, s'ha estudiat la interacció d'aquests compostos de Pt(II) amb 5'-GMP a través de RMN-1H, observant la variació dels senyals corresponents al H8 de 5'-GMP. Així s'ha pogut demostrar que aquests compostos interaccionen amb la 5'-GMP a través d'un enllaç covalent Pt-N7, de la mateixa manera a com interacciona el cisplatí. A través d'electroforesi en gel d'agarosa i microscopia de forces atòmiques (AFM) s'ha pogut determinar l'efecte que generen els lligands lliures i els respectius complexos de Pt(II) sobre l'estructura terciària del plasmidi pBR322. Els lligands provoquen un augment de l'agregació de les molècules de DNA i un lleuger augment de la compactació de l'estructura terciària. Aquests resultats s'atribueixen a la capacitat d'aquests compostos a interaccionar per pont d'hidrogen amb el DNA. Els corresponents complexos de Pt(II) provoquen un augment de l'agregació i una important compactació, degut per una banda a la capacitat de l'àtom de Pt a interaccionar covalentment amb el DNA, i per altra banda, a la capacitat del lligand a interaccionar per pont d'hidrogen amb l'àcid nucleic. Finalment s'ha estudiat l'activitat citotòxica d'aquests complexos de Pt(II) en diferents línies cel·lulars: A431 (línia de carcinoma epidermoide), HeLa (línia de carcinoma de coll d'úter) i HL-60 (línia promielocítica de leucèmia). Els complexos moderadament solubles en aigua, PtCl2(Hdap), PtCl2(Hdab), PtCl2(dap-ala), PtCl2(dab-ala), PtCl2(dap-phe) i PtCl2(dab-phe), han demostrat ser actius. L'activitat depèn de la concentració de complex, del temps d'incubació i de la línia cel·lular. Per temps d'incubació alts i concentracions de complex elevades s'observa la màxima activitat. Els complexos de l'alanina, PtCl2(dap-ala) i PtCl2(dab-ala), són els que mostren més activitat, mentre que els compostos de la fenilalanina són els menys actius, degut probablement a la voluminositat del lligand, la qual pot impedir o dificultar el transport del compost a través de la membrana cel·lular. L'activitat citotòxica dels complexos insolubles en aigua, PtCl2(Etdap) i PtCl2(Etdab), queda bloquejada per l'elevada concentració de DMSO (12%) necessària per solubilitzar els compostos. Aquests resultats permeten deduir que la presència d'un 12% de DMSO anul·la l'activitat d'aquests complexos, ja que el DMSO pot coordinar-se amb el Pt ocupant les posicions làbils del complex i evitant que es pugui coordinar amb el DNA. Els assaigs de proliferació cel·lular del complex PtCl2(dap-ASTTTNYT-NH2) i del pèptid lliure ASTTTNYT-NH2 han demostrat que ambdós compostos són actius. Tot i això, l'activitat del complex és superior a la del pèptid lliure, ja que el Pt pot interaccionar covalentment amb el DNA i augmentar l'efecte citotòxic. Per tant, el complex presenta un lligand portador biològicament actiu que pot transportar el metall a través de la membrana cel·lular i facilitar així la seva interacció amb el DNA. A través de la tècnica de citometria de flux s'ha comprovat que en tots els casos la mort cel·lular produïda pels complexos ha estat per apoptosi. Per últim, s'ha sintetitzat i caracteritzat un complex trinuclear de Pt(II), {[Pt(Me2Bpy)2][PtCl2(Me2Bpy)]2}, essent Me2Bpy= 4,4'-dimetil-2,2'-dipiridil. La resolució de la seva estructura per difracció de Raig-X ha permès determinar l'existència d'una interacció intramolecular Pt-Pt de 3.474 Å.
Resumo:
Using a simple stochastic model, the authors illustrate that the occurrence of a meridional dipole in the first empirical orthogonal function (EOF) of a time-dependent zonal jet is a simple consequence of the north–south excursion of the jet center, and this geometrical fact can be understood without appealing to fluid dynamical principles. From this it follows that one ought not, perhaps, be surprised at the fact that such dipoles, commonly referred to as the Arctic Oscillation (AO) or the Northern Annular Mode (NAM), have robustly been identified in many observational studies and appear to be ubiquitous in atmospheric models across a wide range of complexity.
Resumo:
Fine sediment delivery to and storage in stream channel reaches can disrupt aquatic habitats, impact river hydromorphology, and transfer adsorbed nutrients and pollutants from catchment slopes to the fluvial system. This paper presents a modelling toot for simulating the time-dependent response of the fine sediment system in catchments, using an integrated approach that incorporates both land phase and in-stream processes of sediment generation, storage and transfer. The performance of the model is demonstrated by applying it to simulate in-stream suspended sediment concentrations in two lowland catchments in southern England, the Enborne and the Lambourn, which exhibit contrasting hydrological and sediment responses due to differences in substrate permeability. The sediment model performs well in the Enborne catchment, where direct runoff events are frequent and peak suspended sediment concentrations can exceed 600 mg l(-1). The general trends in the in-stream concentrations in the Lambourn catchment are also reproduced by the model, although the observed concentrations are low (rarely exceeding 50 mg l(-1)) and the background variability in the concentrations is not fully characterized by the model. Direct runoff events are rare in this highly permeable catchment, resulting in a weak coupling between the sediment delivery system and the catchment hydrology. The generic performance of the model is also assessed using a generalized sensitivity analysis based on the parameter bounds identified in the catchment applications. Results indicate that the hydrological parameters contributing to the sediment response include those controlling (1) the partitioning of runoff between surface and soil zone flows and (2) the fractional loss of direct runoff volume prior to channel delivery. The principal sediment processes controlling model behaviour in the simulations are the transport capacity of direct runoff and the in-stream generation, storage and release of the fine sediment fraction. The in-stream processes appear to be important in maintaining the suspended sediment concentrations during low flows in the River Enborne and throughout much of the year in the River Lambourn. Copyright (c) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.
Resumo:
A surface forcing response framework is developed that enables an understanding of time-dependent climate change from a surface energy perspective. The framework allows the separation of fast responses that are unassociated with global-mean surface air temperature change (ΔT), which is included in the forcing, and slow feedbacks that scale with ΔT. The framework is illustrated primarily using 2 × CO2 climate model experiments and is robust across the models. For CO2 increases, the positive downward radiative component of forcing is smaller at the surface than at the tropopause, and so a rapid reduction in the upward surface latent heat (LH) flux is induced to conserve the tropospheric heat budget; this reduces the precipitation rate. Analysis of the time-dependent surface energy balance over sea and land separately reveals that land areas rapidly regain energy balance, and significant land surface warming occurs before global sea temperatures respond. The 2 × CO2 results are compared to a solar increase experiment and show that some fast responses are forcing dependent. In particular, a significant forcing from the fast hydrological response found in the CO2 experiments is much smaller in the solar experiment. The different fast response explains why previous equilibrium studies found differences in the hydrological sensitivity between these two forcings. On longer time scales, as ΔT increases, the net surface longwave and LH fluxes provide positive and negative surface feedbacks, respectively, while the net surface shortwave and sensible heat fluxes change little. It is found that in contrast to their fast responses, the longer-term response of both surface energy fluxes and the global hydrological cycle are similar for the different forcing agents.
Resumo:
A life cycle of the Madden–Julian oscillation (MJO) was constructed, based on 21 years of outgoing long-wave radiation data. Regression maps of NCEP–NCAR reanalysis data for the northern winter show statistically significant upper-tropospheric equatorial wave patterns linked to the tropical convection anomalies, and extratropical wave patterns over the North Pacific, North America, the Atlantic, the Southern Ocean and South America. To assess the cause of the circulation anomalies, a global primitive-equation model was initialized with the observed three-dimensional (3D) winter climatological mean flow and forced with a time-dependent heat source derived from the observed MJO anomalies. A model MJO cycle was constructed from the global response to the heating, and both the tropical and extratropical circulation anomalies generally matched the observations well. The equatorial wave patterns are established in a few days, while it takes approximately two weeks for the extratropical patterns to appear. The model response is robust and insensitive to realistic changes in damping and basic state. The model tropical anomalies are consistent with a forced equatorial Rossby–Kelvin wave response to the tropical MJO heating, although it is shifted westward by approximately 20° longitude relative to observations. This may be due to a lack of damping processes (cumulus friction) in the regions of convective heating. Once this shift is accounted for, the extratropical response is consistent with theories of Rossby wave forcing and dispersion on the climatological flow, and the pattern correlation between the observed and modelled extratropical flow is up to 0.85. The observed tropical and extratropical wave patterns account for a significant fraction of the intraseasonal circulation variance, and this reproducibility as a response to tropical MJO convection has implications for global medium-range weather prediction. Copyright © 2004 Royal Meteorological Society
Resumo:
We consider boundary value problems for the elliptic sine-Gordon equation posed in the half plane y > 0. This problem was considered in Gutshabash and Lipovskii (1994 J. Math. Sci. 68 197–201) using the classical inverse scattering transform approach. Given the limitations of this approach, the results obtained rely on a nonlinear constraint on the spectral data derived heuristically by analogy with the linearized case. We revisit the analysis of such problems using a recent generalization of the inverse scattering transform known as the Fokas method, and show that the nonlinear constraint of Gutshabash and Lipovskii (1994 J. Math. Sci. 68 197–201) is a consequence of the so-called global relation. We also show that this relation implies a stronger constraint on the spectral data, and in particular that no choice of boundary conditions can be associated with a decaying (possibly mod 2π) solution analogous to the pure soliton solutions of the usual, time-dependent sine-Gordon equation. We also briefly indicate how, in contrast to the evolutionary case, the elliptic sine-Gordon equation posed in the half plane does not admit linearisable boundary conditions.
Resumo:
We study certain boundary value problems for the one-dimensional wave equation posed in a time-dependent domain. The approach we propose is based on a general transform method for solving boundary value problems for integrable nonlinear PDE in two variables, that has been applied extensively to the study of linear parabolic and elliptic equations. Here we analyse the wave equation as a simple illustrative example to discuss the particular features of this method in the context of linear hyperbolic PDEs, which have not been studied before in this framework.
Resumo:
We solve an initial-boundary problem for the Klein-Gordon equation on the half line using the Riemann-Hilbert approach to solving linear boundary value problems advocated by Fokas. The approach we present can be also used to solve more complicated boundary value problems for this equation, such as problems posed on time-dependent domains. Furthermore, it can be extended to treat integrable nonlinearisations of the Klein-Gordon equation. In this respect, we briefly discuss how our results could motivate a novel treatment of the sine-Gordon equation.
Resumo:
A new spectral method for solving initial boundary value problems for linear and integrable nonlinear partial differential equations in two independent variables is applied to the nonlinear Schrödinger equation and to its linearized version in the domain {x≥l(t), t≥0}. We show that there exist two cases: (a) if l″(t)<0, then the solution of the linear or nonlinear equations can be obtained by solving the respective scalar or matrix Riemann-Hilbert problem, which is defined on a time-dependent contour; (b) if l″(t)>0, then the Riemann-Hilbert problem is replaced by a respective scalar or matrix problem on a time-independent domain. In both cases, the solution is expressed in a spectrally decomposed form.
Resumo:
Based on the potential benefits of cis-9, trans-11 conjugated linoleic acid (CLA) for human health, there is a need to develop effective strategies for enhancing milk fat CLA concentrations. Levels of cis-9, trans-11 CLA in milk can be increased by supplements of fish oil (FO) and sunflower oil (SO), but there is considerable variation in the response. Part of this variance may reflect time-dependent ruminal adaptations to high levels of lipid in the diet, which lead to alterations in the formation of specific biohydrogenation intermediates. To test this hypothesis, 16 late lactation Holstein-British Friesian cows were used in a repeated measures randomized block design to examine milk fatty acid composition responses to FO and SO in the diet over a 28-d period. Cows were allocated at random to corn silage-based rations (8 per treatment) containing 0 (control) or 45 g of oil supplement/ kg of dry matter consisting (1:2; wt/wt) of FO and SO (FSO), and milk composition was determined on alternate days from d 1. Compared with the control, the FSO diet decreased mean dry matter intake (21.1 vs. 17.9 kg/d), milk fat (47.7 vs. 32.6 g/kg), and protein content (36.1 vs. 33.3 g/kg), but had no effect on milk yield (27.1 vs. 26.4 kg/d). Reductions in milk fat content relative to the FSO diet were associated with increases in milk trans-10 18: 1, trans-10, cis-12 CLA, and trans-9, cis-11 CLA concentrations (r(2) = 0.74, 0.57, and 0.80, respectively). Compared with the control, the FSO diet reduced milk 4: 0 to 18: 0 and cis 18:1 content and increased trans 18:1, trans 18:2, cis-9, trans-11 CLA, 20: 5 n-3, and 22: 6 n-3 concentrations. The FSO diet caused a rapid elevation in milk cis-9, trans-11 CLA content, reaching a maximum of 5.37 g/100 g of fatty acids on d 5, but these increases were transient, declining to 2.35 g/100 g of fatty acids by d 15. They remained relatively constant thereafter. Even though concentrations of trans-11 18: 1 followed the same pattern of temporal changes as cis-9, trans-11 CLA, the total trans 18:1 content of FSO milk was unchanged because of the concomitant increases in the concentration of other isomers (Delta(4-10) and Delta(12-15)), predominantely trans-10 18:1. In conclusion, supplementing diets with FSO enhances milk fat cis-9, trans-11 CLA content, but the high level of enrichment declines because of changes in ruminal biohydrogenation that result in trans-10 replacing trans-11 as the major 18:1 biohydrogenation intermediate formed in the rumen.
Resumo:
BACKGROUND: Exposure of macrophages to bacterial products such as lipopolysaccharide (LPS) results in activation of the NF-kappaB transcription factor, which orchestrates a gene expression programme that underpins the macrophage-dependent immune response. These changes include the induction or repression of a wide range of genes that regulate inflammation, cell proliferation, migration and cell survival. This process is tightly regulated and loss of control is associated with conditions such as septic shock, inflammatory diseases and cancer. To study this response, it is important to have in vitro model systems that reflect the behaviour of cells in vivo. In addition, it is necessary to understand the natural differences that can occur between individuals. In this report, we have investigated and compared the LPS response in macrophage derived cell lines and peripheral blood mononuclear cell (PBMC) derived macrophages. RESULTS: Gene expression profiles were determined following LPS treatment of THP-1 cells for 1 and 4 hours. LPS significantly induced or repressed 72 out of 465 genes selected as being known or putative NF-kappaB target genes, which exhibited 4 temporal patterns of expression. Results for 34 of these genes, including several genes not previously identified as LPS target genes, were validated using real time PCR. A high correlation between microarray and real time PCR data was found. Significantly, the LPS induced expression profile of THP-1 cells, as determined using real time PCR, was found to be very similar to that of human PBMC derived macrophages. Interestingly, some differences were observed in the LPS response between the two donor PBMC macrophage populations. Surprisingly, we found that the LPS response in U937 cells was dramatically different to both THP-1 and PBMC derived macrophages. CONCLUSION: This study revealed a dynamic and diverse transcriptional response to LPS in macrophages, involving both the induction and repression of gene expression in a time dependent manner. Moreover, we demonstrated that the LPS induced transcriptional response in the THP-1 cell line is very similar to primary PBMC derived macrophages. Therefore, THP-1 cells represent a good model system for studying the mechanisms of LPS and NF-kappaB dependent gene expression.
