Local and global error models to improve uncertainty quantification

In groundwater applications, Monte Carlo methods are employed to model the uncertainty on geological parameters. However, their brute-force application becomes computationally prohibitive for highly detailed geological descriptions, complex physical processes, and a large number of realizations. The Distance Kernel Method (DKM) overcomes this issue by clustering the realizations in a multidimensional space based on the flow responses obtained by means of an approximate (computationally cheaper) model; then, the uncertainty is estimated from the exact responses that are computed only for one representative realization per cluster (the medoid). Usually, DKM is employed to decrease the size of the sample of realizations that are considered to estimate the uncertainty. We propose to use the information from the approximate responses for uncertainty quantification. The subset of exact solutions provided by DKM is then employed to construct an error model and correct the potential bias of the approximate model. Two error models are devised that both employ the difference between approximate and exact medoid solutions, but differ in the way medoid errors are interpolated to correct the whole set of realizations. The Local Error Model rests upon the clustering defined by DKM and can be seen as a natural way to account for intra-cluster variability; the Global Error Model employs a linear interpolation of all medoid errors regardless of the cluster to which the single realization belongs. These error models are evaluated for an idealized pollution problem in which the uncertainty of the breakthrough curve needs to be estimated. For this numerical test case, we demonstrate that the error models improve the uncertainty quantification provided by the DKM algorithm and are effective in correcting the bias of the estimate computed solely from the MsFV results. The framework presented here is not specific to the methods considered and can be applied to other combinations of approximate models and techniques to select a subset of realizations

Quantitative integration of high-resolution hydrogeophysical data through Monte-Carlo-type conditional simulations

Geophysical techniques can help to bridge the inherent gap with regard to spatial resolution and the range of coverage that plagues classical hydrological methods. This has lead to the emergence of the new and rapidly growing field of hydrogeophysics. Given the differing sensitivities of various geophysical techniques to hydrologically relevant parameters and their inherent trade-off between resolution and range the fundamental usefulness of multi-method hydrogeophysical surveys for reducing uncertainties in data analysis and interpretation is widely accepted. A major challenge arising from such endeavors is the quantitative integration of the resulting vast and diverse database in order to obtain a unified model of the probed subsurface region that is internally consistent with all available data. To address this problem, we have developed a strategy towards hydrogeophysical data integration based on Monte-Carlo-type conditional stochastic simulation that we consider to be particularly suitable for local-scale studies characterized by high-resolution and high-quality datasets. Monte-Carlo-based optimization techniques are flexible and versatile, allow for accounting for a wide variety of data and constraints of differing resolution and hardness and thus have the potential of providing, in a geostatistical sense, highly detailed and realistic models of the pertinent target parameter distributions. Compared to more conventional approaches of this kind, our approach provides significant advancements in the way that the larger-scale deterministic information resolved by the hydrogeophysical data can be accounted for, which represents an inherently problematic, and as of yet unresolved, aspect of Monte-Carlo-type conditional simulation techniques. We present the results of applying our algorithm to the integration of porosity log and tomographic crosshole georadar data to generate stochastic realizations of the local-scale porosity structure. Our procedure is first tested on pertinent synthetic data and then applied to corresponding field data collected at the Boise Hydrogeophysical Research Site near Boise, Idaho, USA.

Providing more informative projections of climate change impact on plant distribution in a mountain environment

Summary Due to their conic shape and the reduction of area with increasing elevation, mountain ecosystems were early identified as potentially very sensitive to global warming. Moreover, mountain systems may experience unprecedented rates of warming during the next century, two or three times higher than that records of the 20th century. In this context, species distribution models (SDM) have become important tools for rapid assessment of the impact of accelerated land use and climate change on the distribution plant species. In my study, I developed and tested new predictor variables for species distribution models (SDM), specific to current and future geographic projections of plant species in a mountain system, using the Western Swiss Alps as model region. Since meso- and micro-topography are relevant to explain geographic patterns of plant species in mountain environments, I assessed the effect of scale on predictor variables and geographic projections of SDM. I also developed a methodological framework of space-for-time evaluation to test the robustness of SDM when projected in a future changing climate. Finally, I used a cellular automaton to run dynamic simulations of plant migration under climate change in a mountain landscape, including realistic distance of seed dispersal. Results of future projections for the 21st century were also discussed in perspective of vegetation changes monitored during the 20th century. Overall, I showed in this study that, based on the most severe A1 climate change scenario and realistic dispersal simulations of plant dispersal, species extinctions in the Western Swiss Alps could affect nearly one third (28.5%) of the 284 species modeled by 2100. With the less severe 61 scenario, only 4.6% of species are predicted to become extinct. However, even with B1, 54% (153 species) may still loose more than 80% of their initial surface. Results of monitoring of past vegetation changes suggested that plant species can react quickly to the warmer conditions as far as competition is low However, in subalpine grasslands, competition of already present species is probably important and limit establishment of newly arrived species. Results from future simulations also showed that heavy extinctions of alpine plants may start already in 2040, but the latest in 2080. My study also highlighted the importance of fine scale and regional. assessments of climate change impact on mountain vegetation, using more direct predictor variables. Indeed, predictions at the continental scale may fail to predict local refugees or local extinctions, as well as loss of connectivity between local populations. On the other hand, migrations of low-elevation species to higher altitude may be difficult to predict at the local scale. Résumé La forme conique des montagnes ainsi que la diminution de surface dans les hautes altitudes sont reconnues pour exposer plus sensiblement les écosystèmes de montagne au réchauffement global. En outre, les systèmes de montagne seront sans doute soumis durant le 21ème siècle à un réchauffement deux à trois fois plus rapide que celui mesuré durant le 20ème siècle. Dans ce contexte, les modèles prédictifs de distribution géographique de la végétation se sont imposés comme des outils puissants pour de rapides évaluations de l'impact des changements climatiques et de la transformation du paysage par l'homme sur la végétation. Dans mon étude, j'ai développé de nouvelles variables prédictives pour les modèles de distribution, spécifiques à la projection géographique présente et future des plantes dans un système de montagne, en utilisant les Préalpes vaudoises comme zone d'échantillonnage. La méso- et la microtopographie étant particulièrement adaptées pour expliquer les patrons de distribution géographique des plantes dans un environnement montagneux, j'ai testé les effets d'échelle sur les variables prédictives et sur les projections des modèles de distribution. J'ai aussi développé un cadre méthodologique pour tester la robustesse potentielle des modèles lors de projections pour le futur. Finalement, j'ai utilisé un automate cellulaire pour simuler de manière dynamique la migration future des plantes dans le paysage et dans quatre scénarios de changement climatique pour le 21ème siècle. J'ai intégré dans ces simulations des mécanismes et des distances plus réalistes de dispersion de graines. J'ai pu montrer, avec les simulations les plus réalistes, que près du tiers des 284 espèces considérées (28.5%) pourraient être menacées d'extinction en 2100 dans le cas du plus sévère scénario de changement climatique A1. Pour le moins sévère des scénarios B1, seulement 4.6% des espèces sont menacées d'extinctions, mais 54% (153 espèces) risquent de perdre plus 80% de leur habitat initial. Les résultats de monitoring des changements de végétation dans le passé montrent que les plantes peuvent réagir rapidement au réchauffement climatique si la compétition est faible. Dans les prairies subalpines, les espèces déjà présentes limitent certainement l'arrivée de nouvelles espèces par effet de compétition. Les résultats de simulation pour le futur prédisent le début d'extinctions massives dans les Préalpes à partir de 2040, au plus tard en 2080. Mon travail démontre aussi l'importance d'études régionales à échelle fine pour évaluer l'impact des changements climatiques sur la végétation, en intégrant des variables plus directes. En effet, les études à échelle continentale ne tiennent pas compte des micro-refuges, des extinctions locales ni des pertes de connectivité entre populations locales. Malgré cela, la migration des plantes de basses altitudes reste difficile à prédire à l'échelle locale sans modélisation plus globale.

The establishment of communication systems depends on the scale of competition

How communication systems emerge and remain stable is an important question in both cognitive science and evolutionary biology. For communication to arise, not only must individuals cooperate by signaling reliable information, but they must also coordinate and perpetuate signals. Most studies on the emergence of communication in humans typically consider scenarios where individuals implicitly share the same interests. Likewise, most studies on human cooperation consider scenarios where shared conventions of signals and meanings cannot be developed de novo. Here, we combined both approaches with an economic experiment where participants could develop a common language, but under different conditions fostering or hindering cooperation. Participants endeavored to acquire a resource through a learning task in a computer-based environment. After this task, participants had the option to transmit a signal (a color) to a fellow group member, who would subsequently play the same learning task. We varied the way participants competed with each other (either global scale or local scale) and the cost of transmitting a signal (either costly or noncostly) and tracked the way in which signals were used as communication among players. Under global competition, players signaled more often and more consistently, scored higher individual payoffs, and established shared associations of signals and meanings. In addition, costly signals were also more likely to be used under global competition; whereas under local competition, fewer signals were sent and no effective communication system was developed. Our results demonstrate that communication involves both a coordination and a cooperative dilemma and show the importance of studying language evolution under different conditions influencing human cooperation.

La significación de un medio innovador local dentro de la industria de fabricación de muebles de Galicia: A Estrada (Pontevedra)

En este trabajo intentamos comprobar, entre otros factores, la configuración de medios innovadores a escala local, donde se forma una red de empresas, se aplica un saber tradicional, una cultura y un capital social que se adapta perfectamente a los mercados internacionales más competitivos. Concretamente, el municipio objeto de estudio, A Estrada (Pontevedra), presenta un desarrollo económico apoyado en la fabricación de muebles.

Very high-resolution digital elevation models: are multi-scale-derived variables ecologically relevant?

1. Digital elevation models (DEMs) are often used in landscape ecology to retrieve elevation or first derivative terrain attributes such as slope or aspect in the context of species distribution modelling. However, DEM-derived variables are scale-dependent and, given the increasing availability of very high-resolution (VHR) DEMs, their ecological relevancemust be assessed for different spatial resolutions. 2. In a study area located in the Swiss Western Alps, we computed VHR DEMs-derived variables related to morphometry, hydrology and solar radiation. Based on an original spatial resolution of 0.5 m, we generated DEM-derived variables at 1, 2 and 4 mspatial resolutions, applying a Gaussian Pyramid. Their associations with local climatic factors, measured by sensors (direct and ambient air temperature, air humidity and soil moisture) as well as ecological indicators derived fromspecies composition, were assessed with multivariate generalized linearmodels (GLM) andmixed models (GLMM). 3. Specific VHR DEM-derived variables showed significant associations with climatic factors. In addition to slope, aspect and curvature, the underused wetness and ruggedness indices modelledmeasured ambient humidity and soilmoisture, respectively. Remarkably, spatial resolution of VHR DEM-derived variables had a significant influence on models' strength, with coefficients of determination decreasing with coarser resolutions or showing a local optimumwith a 2 mresolution, depending on the variable considered. 4. These results support the relevance of using multi-scale DEM variables to provide surrogates for important climatic variables such as humidity, moisture and temperature, offering suitable alternatives to direct measurements for evolutionary ecology studies at a local scale.

Association between Long-Term Exposure to Traffic-Related Air Pollution and Subclinical Atherosclerosis: The REGICOR Study

Background: Epidemiological evidence of the effects of long-term exposure to air pollu tion on the chronic processes of athero genesis is limited. Objective: We investigated the association of long-term exposure to traffic-related air pollu tion with subclinical atherosclerosis, measured by carotid intima media thickness (IMT) and ankle–brachial index (ABI). Methods: We performed a cross-sectional analysis using data collected during the reexamination (2007–2010) of 2,780 participants in the REGICOR (Registre Gironí del Cor: the Gerona Heart Register) study, a population-based prospective cohort in Girona, Spain. Long-term exposure across residences was calculated as the last 10 years’ time-weighted average of residential nitrogen dioxide (NO2) estimates (based on a local-scale land-use regression model), traffic intensity in the nearest street, and traffic intensity in a 100 m buffer. Associations with IMT and ABI were estimated using linear regression and multinomial logistic regression, respectively, controlling for sex, age, smoking status, education, marital status, and several other potential confounders or intermediates. Results: Exposure contrasts between the 5th and 95th percentiles for NO2 (25 μg/m), traffic intensity in the nearest street (15,000 vehicles/day), and traffic load within 100 m (7,200,000 vehicle-m/day) were associated with differences of 0.56% (95% CI: –1.5, 2.6%), 2.32% (95% CI: 0.48, 4.17%), and 1.91% (95% CI: –0.24, 4.06) percent difference in IMT, respectively. Exposures were positively associated with an ABI of > 1.3, but not an ABI of < 0.9. Stronger associations were observed among those with a high level of education and in men ≥ 60 years of age. Conclusions: Long-term traffic-related exposures were associated with subclinical markers of atherosclerosis. Prospective studies are needed to confirm associations and further examine differences among population subgroups.key words: ankle–brachial index, average daily traffic, cardiovascular disease, exposure assessment, exposure to tailpipe emissions, intima media thickness, land use regression model, Mediterranean diet, nitrogen dioxide

Sélection et polymorphisme chez des grenouilles mimétiques du Pérou (Dendrobatidae)

La diversification des signaux aposématiques dans un cadre de mimétisme müllérien est un phénomène intrigant. Alors que la théorie relative à l'aposématisme et au mimétisme suggère l'évolution vers un signal aposématique unique, d'impressionnantes variations peuvent être observées entre les populations, et cela à petite échelle spatiale. Il a été supposé que la variation spatiale des pressions de sélection engendrées par différents prédateurs puisse être à l'origine de ce phénomène. Afin de tester cette hypothèse, nous avons étudié la transition entre deux systèmes géographiques caractérisés par des patrons aposématiques distincts chez des grenouilles mimétiques et toxiques du nord du Pérou (Dendrobatidae) en combinant les outils de génétique des populations aux outils écologiques. Dans chacun de ces systèmes, Ranitomeya imitator vit en sympatrie avec R. ventrimaculata ou R. variabilis. Il s'agit du principal exemple empirique suggérant que dans un cadre de mimétisme müllérien, il n'y a pas convergence des signaux aposématiques des deux espèces, mais plutôt convergence unidirectionnelle où R. imitator, étant polymorphe, imite des espèces monomorphes avec lesquelles elle est sympatrique. Premièrement, les résultats réfutent les prémisses qui suggèrent que R. imitator converge vers le signal aposématique d’une autre espèce. La haute similarité génétique entre les espèces modèles suggère qu'elles ont divergé plus récemment que les populations de R. imitator ou qu'elles sont encore connectées par du flux génique. Ces résultats indiquent que ces espèces ont été identifiées à tort comme des espèces différentes. De fait, l'identification de l'espèce imitatrice basée sur la variabilité phénotypique est invalidée dans ce système puisque R. imitator et R. variabilis/ventrimaculata démontrent la même variabilité. Deuxièmement, nos résultats démontrent que la prédation varie spatialement, autant en intensité qu'en direction, créant ainsi un paysage hétérogène de pressions de sélection. Ainsi, de fortes pressions de prédation stabilisatrice permettent le maintien de l'organisation géographique de différents signaux aposématiques et expliquent l'uniformité de ces signaux ainsi que les relations mimétiques. Par contre, le relâchement temporaire des pressions de prédation permet l'apparition de nouveaux phénotypes aposématiques via les processus évolutifs neutres, conduisant à un haut polymorphisme au niveau de ces populations. L'interaction de ces modes sélectifs nous a permis de démontrer pour la première fois comment la théorie évolutive de Wright (shifting balance theory) permet la diversification adaptative dans un système naturel. Pour conclure, cette étude a permis de mettre en évidence à quel point les systèmes de mimétisme müllérien peuvent être dynamiques. L'alternance spatiale entre les processus évolutifs neutres et la sélection naturelle permet l'émergence de nouveaux phénotypes aposématiques à une échelle locale, ainsi que l'apparition d'une organisation géographique des signaux d'avertissement et des relations de mimétisme müllérien.

L’adaptation des services de santé à l’égard de personnes migrantes : cas des services infirmiers en première ligne

Comment s’adaptent des organisations lorsqu’elles font face à des changements qui les dépassent? De cette question a émergé une recherche voulant comprendre comment et pourquoi des organisations de santé décident d’adapter (ou non) leurs services aux besoins et aux caractéristiques des populations migrantes accueillies sur leur territoire. Pour y répondre, cette thèse s’est intéressée à la gouvernance multiniveaux appliquée aux organisations de santé fournissant des services à des populations migrantes. Dans un contexte de régionalisation de l’immigration, la dynamique du processus migratoire est de mieux en mieux documentée, mais les capacités organisationnelles d’adaptation le sont beaucoup moins. Nous avons réalisé une étude de cas multiples à l’aide d’entrevues semi-directives auprès d’acteurs provenant de deux CSSS montéregiens (région au sud de Montréal, Québec) et des paliers locaux, régionaux et nationaux. Les résultats de cette étude ont permis (1) de mettre en évidence les différents acteurs impliqués dans ce processus d’adaptation, dont des acteurs de connectivité; (2) de cerner huit leviers d’action, divisés en trois catégories de leviers : administratif, émergent et d’habilitation. La possible imbrication de ces trois catégories de leviers facilite l’apparition de structures de connectivité, légitimant ainsi l’adaptation de l’organisation; et (3) de montrer l’ambigüité de l’adaptation à travers des facteurs d’influence qui favorisent ou entravent le processus d’adaptation à plusieurs niveaux de la gouvernance. Cette thèse est construite autour de quatre articles. Le premier, de nature conceptuelle, permet de circonscrire les concepts d’adaptation et de gouvernance multiniveaux à travers la lentille des théories de la complexité. Nous campons ainsi notre sujet dans une problématique liée à la vulnérabilité et la migration tout en appréhendant l’adaptation du système et son opérationnalisation au niveau local. Il en ressort un cadre conceptuel avec six propositions de recherches. Le second article permet quant à lui de comprendre les jeux des acteurs au sein d’une organisation de santé et à travers son Environnement. Le rôle spécifique d’acteurs de connectivité y est révélé. C’est dans un troisième article que nous nous intéressons davantage aux différents leviers d’action, analysés selon trois catégories : administrative, émergente et d’habilitation. Les acteurs peuvent les solliciter afin de d’adapter leurs pratiques au contexte particulier de la prise en charge de patients migrants. Un passage des acteurs aux structures de connectivité est alors rendu possible via un espace : la gouvernance multiniveaux. Enfin, le quatrième et dernier article s’articule autour de l’analyse des différents facteurs pouvant influencer l’adaptation d’une organisation de santé, en lien avec son Environnement. Il en ressort principalement que les facteurs identifiés sont pour beaucoup des leviers d’action (cf. article3) qui à travers le temps, et par récursivité, deviennent des facteurs d’influence. De plus, le type d’interdépendance développé par les acteurs a tendance soit à façonner un Environnement « stable », laissant reposer les besoins d’adaptation sur les acteurs opérationnels; soit à façonner un Environnement plus « accidenté », reposant davantage sur des interactions diversifiées entre les acteurs d’une gouvernance multiniveaux. De cette adéquation avec l’Environnement à façonner découle l’ambigüité de s’adapter ou non pour une organisation.

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.

Contribuyendo al reto de la sostenibilidad: el sistema producto- servicio en la industria de la moda rápida

El presente proyecto de grado se inscribe bajo el proyecto de Responsabilidad Social Empresarial de la línea de investigación de Realidad Empresarial de la Facultad de Administración de la Universidad del Rosario. El problema de investigación surge de dos problemas actuales, que convergen en la insostenibilidad a largo y mediano plazo de la manera en que se hacen la mayoría de los negocios hoy en día. El primer problema, es el de suficiencia, se evidencia desde el punto de vista del consumidor, el cual pareciera estar diseñado para comprar y acumular objetos y cosas que luego de un tiempo irán a parar a la basura. El segundo problema es el modelo de negocio que extrae recursos, los transforma, los comercializa de manera repetitiva y obliga al cliente a seguir comprando, olvidando que la mayoría de cosas que produce, terminan en el basurero. La deficiencia actual del consumismo insostenible y del diseño que no piensa en las generaciones futuras son dos caras de la misma moneda. Por eso es que se estudia el problema desde la perspectiva tanto del consumidor, como del productor. Las tendencias internacionales relacionadas con la sostenibilidad están llevando a los negocios por una nueva senda, la cual les dará ventajas competitivas a los adoptadores tempranos. A raíz de los problemas planteados y con el objetivo de encontrar la sostenibilidad empresarial, se estudia una posible solución para cada actor del problema. Por el lado del consumidor, se analiza la teoría que gira alrededor del consumo responsable y de cómo los consumidores tienen el poder de causar un efecto positivo con lo que mejor saben hacer: comprando (y eligiendo que comprar). Por el lado del productor se estudia un nuevo modelo de negocios llamado el sistema producto-servicio, el cual se enfoca a satisfacer necesidades de los clientes por medio de una combinación de prestación de servicios y facilitación de productos, en vez de la comercialización de estos. Es decir que en vez de vender cosas que los consumidores quieran acumular (problema de suficiencia), se les vende soluciones que satisfagan sus necesidades, reteniendo la compañía la propiedad sobre los productos que integran al servicio. Se estudia también de que maneras este modelo particular de sistemas producto-servicio puede ser recibido por los consumidores de hoy en día, tan acostumbrados al modelo actual. Se quiere explorar el sistema de productos y servicio como una alternativa empresarial perdurable que solucione los retos ambientales del siglo XXI. Para poder probar la viabilidad de este hipotético modelo que cambia los patrones de interacción de las empresas con los usuarios, se plantea una idea de negocio que integre productos y servicios para satisfacer las necesidades del cliente. Se escogió un área viii caracterizada por ser de las más consumistas y acumuladoras en cuanto al volumen de compras anual de los clientes: el negocio de la ropa. Y no solo cualquier tipo de ropa, sino el de la moda rápida, un modelo que obliga a los consumidores a comprar ropa con una frecuencia aún mayor. Se hizo esto con el objetivo de probar que el modelo propuesto puede funcionar inclusive bajo los supuestos más “consumistas” que existen hoy en día.

A dynamic knowledge-based decision support system to handle solids separation problems in activated sludge systems: development and validation

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent. En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema. Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi.

Developing a desertification indicator system for a small Mediterranean catchment: a case study from the Serra de Rodes, Alt Empordà, Catalunya, NE Spain

La desertificació és un problema de degradació de sòls de gran importància en regions àrides, semi-àrides i sub-humides, amb serioses conseqüències ambientals, socials i econòmiques com a resultat de l'impacte d'activitats humanes en combinació amb condicions físiques i medi ambientals desfavorables (UNEP, 1994). L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser el desenvolupament d'una metodologia simple per tal de poder avaluar de forma precisa l'estat i l'evolució de la desertificació a escala local, a través de la creació d'un model anomenat sistema d'indicators de desertificació (DIS). En aquest mateix context, un dels dos objectius específics d'aquesta recerca es va centrar en l'estudi dels factors més importants de degradació de sòls a escala de parcel.la, comportant un extens treball de camp, analisi de laboratori i la corresponent interpretació i discussió dels resultats obtinguts. El segon objectiu específic es va basar en el desenvolupament i aplicació del DIS. L'àrea d'estudi seleccionada va ser la conca de la Serra de Rodes, un ambient típic Mediterràni inclòs en el Parc Natural del Cap de Creus, NE Espanya, el qual ha estat progressivament abandonat pels agricultors durant el segle passat. Actualment, els incendis forestals així com el canvi d'ús del sòl i especialment l'abandonament de terres són considerats els problemes ambientals més importants a l'àrea d'estudi (Dunjó et al., 2003). En primer lloc, es va realitzar l'estudi dels processos i causes de la degradació dels sòls a l'àrea d'interés. En base a aquest coneixement, es va dur a terme la identificació i selecció dels indicadors de desertificació més rellevants. Finalment, els indicadors de desertificació seleccionats a escala de conca, incloent l'erosió del sòl i l'escolament superficial, es van integrar en un model espaial de procés. Ja que el sòl és considerat el principal indicador dels processos d'erosió, segons la FAO/UNEP/UNESCO (1979), tant el paisatge original així com els dos escenaris d'ús del sòl desenvolupats, un centrat en el cas hipotétic del pas d'un incendi forestal, i l'altre un paisatge completament cultivat, poden ser ambients classificats sota baixa o moderada degradació. En comparació amb l'escenari original, els dos escenaris creats van revelar uns valors més elevats d'erosió i escolament superficial, i en particular l'escenari cultivat. Per tant, aquests dos hipotètic escenaris no semblen ser una alternativa sostenible vàlida als processos de degradació que es donen a l'àrea d'estudi. No obstant, un ampli ventall d'escenaris alternatius poden ser desenvolupats amb el DIS, tinguent en compte les polítiques d'especial interés per la regió de manera que puguin contribuir a determinar les conseqüències potencials de desertificació derivades d'aquestes polítiques aplicades en aquest escenari tan complexe espaialment. En conclusió, el model desenvolupat sembla ser un sistema força acurat per la identificació de riscs presents i futurs, així com per programar efectivament mesures per combatre la desertificació a escala de conca. No obstant, aquesta primera versió del model presenta varies limitacions i la necessitat de realitzar més recerca en cas de voler desenvolupar una versió futura i millor del DIS.

La transformació del paisatge litoral de la Costa Brava: Anàlisi de l'evolució (1956-2003), diagnosi de l'estat actual i prognosi de futur

En la tesi es presenta una anàlisi de l'evolució dels canvis succeïts en el paisatge costaner de la Costa Brava (22 municipis litorals) en els darrers cinquanta anys (1956-2003); un estudi de la seva estructura ecopaisatgística, actual i passada, amb una especial èmfasi en la diagnosi de les conseqüències geoambientals de l'esclat urbanístic iniciat a la dècada de 1960, i s'ha determinat quina ha estat la tendència de canvi en els darrers vint-i-cinc anys la qual s'ha utilitzat per a elaborar models explicatius de la dinàmica territorial seguida i projectar-los cap al futur tot dissenyant escenaris probables. A les Bases teòriques s'exposa en quina parcel·la del coneixement científic es situa aquesta recerca i es repassa l'evolució dels diferents corrents i enfocaments que han precedit, dins la Ciència Geogràfica, els estudis sobre transformació del paisatge. Es posa especial en els principis i metodologies que plantegen les dues escoles d'anàlisi del paisatge en que es basa aquesta tesi: la Landscape Ecology i la estructurada a l'entorn del programa internacional Land Use and Land Cover Change (LUCC). S'ha dissenyat una pauta metodològica per a l'anàlisi paisatgística d'un territori a diferents escales: des de l'àmbit regional de tota la Costa Brava (66.230 ha), on es poden detectar les tendències generals, fins l'estudi detallat a escala local, on s'ha pres com a àrea d'estudi tres municipis del centre de la Costa Brava (6.960 Ha): Palamós, Calonge i Castell-Platja d'Aro. Els principals resultats obtinguts són els següents: Una cartografia d'usos i cobertes del sòl de tres períodes temporals i la conseqüent interpretació espacial per a cada etapa: 1957 (situació preturística), 1980 (inici de les actuacions dels ajuntaments democràtics) i 2003 (actualitat). Una anàlisi quantitativa de la transformació del paisatge i de les relacions espacials associades al canvi, a partir de la cartografia d'usos i cobertes del sòl dels tres períodes mapificats (1956, 1980, 2003). Amb l'objectiu d'arribar a definir quina ha estat la dinàmica dels canvis ocorreguts al llarg dels darrers gairebé cinquanta anys. Una anàlisi de l'estructura del mosaic paisatgístic de cadascun dels talls temporals per mitjà de l'aplicació dels principals índexs de l'Ecologia del Paisatge. S'ha analitzat la geometria de la conversió dels usos del sòl i s'han posat de manifest les repercussions ecològiques i paisatgístiques d'aquests canvis. Per una banda, a partir del càlcul i interpretació dels índexos esmentats s'ha analitzat l'evolució de la morfologia i la distribució territorial dels quatre principals usos i cobertes del sòl de la Costa Brava. Per l'altra, per a la Costa Brava centre s'ha analitzat l'estat dels dos sistemes naturals del litoral amb més pressió antròpica: la franja estrictament costanera i les masses forestals. Respecte als tres municipis de la Costa Brava centre s'han tingut en compte en l'anàlisi de l'evolució del paisatge a escala local, les actuacions desenvolupades en l'àmbit urbanístic municipal i les seves conseqüències paisatgístiques i ambientals. A partir de la informació ja processada, s'han detectat les tendències de canvi a partir de models de canvi d'usos i cobertes del sòl. S'han incorporat també els factors biofísics i antròpics, socials i econòmics, condicionants i responsables d'una determinada utilització del territori en cadascun dels tres períodes. Mitjançant l'anàlisi multivariable s'ha intentat descobrir el conjunt de factors que influencien en la taxa i el patró espacial de canvi d'usos i les seves conseqüències territorials. Finalment s'ha aplicat un model de simulació, basat en els automatismes cel·lulars de Markov, per tal de projectar les tendències de canvi i plantejar escenaris futurs, una eina bàsica per a la planificació futura del territori i per al control de les problemàtiques ambientals. Aquestes mesures serveixen per a definir, per a la Costa Brava centre, un patró espacial dels canvis d'usos del sòl a nivell local, i, per al conjunt de la Costa Brava, per a predir, mitjançant models de simulació quantitativa, els possibles desenvolupaments i per estimar els impactes.

Catchment-scale modelling of flow and nutrient transport in the Chalk unsaturated zone

The unsaturated zone exerts a major control on the delivery of nutrients to Chalk streams, yet flow and transport processes in this complex, dual-porosity medium have remained controversial. A major challenge arises in characterising these processes, both at the detailed mechanistic level and at an appropriate level for inclusion within catchment-scale models for nutrient management. The lowland catchment research (LOCAR) programme in the UK has provided a unique set of comprehensively instrumented groundwater-dominated catchments. Of these, the Pang and Lambourn, tributaries of the Thames near Reading, have been a particular focus for research into subsurface processes and surface water-groundwater interactions. Data from LOCAR and other sources, along with a new dual permeability numerical model of the Chalk, have been used to explore the relative roles of matrix and fracture flow within the unsaturated zone and resolve conflicting hypotheses of response. From the improved understanding gained through these explorations, a parsimonious conceptualisation of the general response of flow and transport within the Chalk unsaturated zone was formulated. This paper summarises the modelling and data findings of these explorations, and describes the integration of the new simplified unsaturated zone representation with a catchment-scale model of nutrients (INCA), resulting in a new model for catchment-scale flow and transport within Chalk systems: INCA-Chalk. This model is applied to the Lambourn, and results, including hindcast and forecast simulations, are presented. These clearly illustrate the decadal time-scales that need to be considered in the context of nutrient management and the EU Water Framework Directive. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.