Exploration of alpine orographic precipitation patterns with radar image processing and clustering techniques

A methodology of exploratory data analysis investigating the phenomenon of orographic precipitation enhancement is proposed. The precipitation observations obtained from three Swiss Doppler weather radars are analysed for the major precipitation event of August 2005 in the Alps. Image processing techniques are used to detect significant precipitation cells/pixels from radar images while filtering out spurious effects due to ground clutter. The contribution of topography to precipitation patterns is described by an extensive set of topographical descriptors computed from the digital elevation model at multiple spatial scales. Additionally, the motion vector field is derived from subsequent radar images and integrated into a set of topographic features to highlight the slopes exposed to main flows. Following the exploratory data analysis with a recent algorithm of spectral clustering, it is shown that orographic precipitation cells are generated under specific flow and topographic conditions. Repeatability of precipitation patterns in particular spatial locations is found to be linked to specific local terrain shapes, e.g. at the top of hills and on the upwind side of the mountains. This methodology and our empirical findings for the Alpine region provide a basis for building computational data-driven models of orographic enhancement and triggering of precipitation. Copyright (C) 2011 Royal Meteorological Society .

Digital beamforming and moving target indication for future spaceborne synthetic aperture radar

During the last decade the interest on space-borne Synthetic Aperture Radars (SAR) for remote sensing applications has grown as testified by the number of recent and forthcoming missions as TerraSAR-X, RADARSAT-2, COSMO-kyMed, TanDEM-X and the Spanish SEOSAR/PAZ. In this sense, this thesis proposes to study and analyze the performance of the state-of-the-Art space-borne SAR systems, with modes able to provide Moving Target Indication capabilities (MTI), i.e. moving object detection and estimation. The research will focus on the MTI processing techniques as well as the architecture and/ or configuration of the SAR instrument, setting the limitations of the current systems with MTI capabilities, and proposing efficient solutions for the future missions. Two European projects, to which the Universitat Politècnica de Catalunya provides support, are an excellent framework for the research activities suggested in this thesis. NEWA project proposes a potential European space-borne radar system with MTI capabilities in order to fulfill the upcoming European security policies. This thesis will critically review the state-of-the-Art MTI processing techniques as well as the readiness and maturity level of the developed capabilities. For each one of the techniques a performance analysis will be carried out based on the available technologies, deriving a roadmap and identifying the different technological gaps. In line with this study a simulator tool will be developed in order to validate and evaluate different MTI techniques in the basis of a flexible space-borne radar configuration. The calibration of a SAR system is mandatory for the accurate formation of the SAR images and turns to be critical in the advanced operation modes as MTI. In this sense, the SEOSAR/PAZ project proposes the study and estimation of the radiometric budget. This thesis will also focus on an exhaustive analysis of the radiometric budget considering the current calibration concepts and their possible limitations. In the framework of this project a key point will be the study of the Dual Receive Antenna (DRA) mode, which provides MTI capabilities to the mission. An additional aspect under study is the applicability of the Digital Beamforming on multichannel and/or multistatic radar platforms, which conform potential solutions for the NEWA project with the aim to fully exploit its capability jointly with MTI techniques.

Aproximació sintètica d'alcaloides de la família de les Coccinelidae

L’interès per a la síntesi d’alcaloides amb estructura bàsica de perhidro-9b-azafenalè ha augmentat durant els darrers anys, ja que aquesta família d’alcaloides, presents en els coccinèl·lids, poden ser emprats com a mètode biològic en el control de plagues. En el present treball s’ha iniciat l’estudi d’una nova aproximació sintètica als alcaloides amb aquest esquelet. La ruta proposada té com a punt de partida l’Nalquilació enantioselectiva de la glutarimida per a obtenir un alcohol, en base a treballs realitzats amb anterioritat en el nostre grup de recerca. Posteriorment, s’ha realitzat una al·lilació d’un catió acilimini, seguit d’una metàtesi de tancament d’anell, per tal d’obtenir lactames. Finalment , després de tres etapes sintètiques addicionals s’obté l’aminoalcohol bicíclic, el qual ens encamina a la formació del tercer anell present en els alcaloides objectiu 1.

DESENVOLVIMENTO DO TURISMO EM CABO VERDE APARTIR DA ABERTURA POLITICA (1990) A ACTUALIDADE

O turismo é um fenómeno que ganhou terreno nas últimas décadas. A sua transversalidade fez com que se alastrasse a diversas áreas, contribuindo para o desenvolvimento de muitos países. Depois da Europa e América exploradas, voltou-se para Ásia e África, à descoberta do diferente. No início dos anos 90 deu-se uma viragem na política, muitos países em África abriram-se às eleições partidárias, pondo o fim ao partido único. Cabo Verde, a partir de 1990, conjuntamente com a abertura política abriu-se às cooperações, às privatizações e aos investimentos estrangeiros, e oportunamente, o sector turístico. Foi ganhando importância, ao ponto dos governos assumirem o fenómeno como um dos motores do desenvolvimento e de combate à pobreza. A presente dissertação pretende descrever o desenvolvimento do sector a partir de 1990 à actualidade, verificar a adequação das estratégias à realidade do país. Percebe-se a necessidade de planear o turismo, envolver mais a comunidade, desenvolver um turismo competitivo e sustentável, apostando na formação dos profissionais e na segurança. Fica explícito que a articulação dos sectores públicos e privados constitui a chave para o sucesso do turismo no arquipélago

A abertura política e o processo de transição democrática em Cabo Verde

A presente dissertação discute o processo de abertura política em Cabo Verde e a transição do regime autoritário de partido único para o democrático. A análise enfoca essencialmente três momentos de transição política ocorridos em Cabo Verde. O primeiro refere-se ao processo que levou à independência política. Neste ponto, esta dissertação concentrou-se em demonstrar como as razões que condicionaram a independência desse país determinaram a implantação de um regime autoritário com características monopartidárias, que sobreviveu por quinze anos. No segundo momento discutimos o processo de abertura política e a transição para a democracia, analisando os imperativos que condicionaram este processo. Finalmente, no terceiro momento questionamos a possibilidade de haver uma consolidação do regime democrático em Cabo Verde.

Cabo Verde: da Descolonização à Abertura Democrática

Cabo Verde, descoberto no século XV, viveu sob o domínio de Portugal até ao processo de descolonização, que culminou na independência do arquipélago. A 5 de julho de 1975, o PAIGC, partido binacional, que já estava no Poder na Guiné-Bissau, tomou conta do Poder em Cabo Verde, passando ambos os países a viver sob o regime de partido único. Esta união foi mantida até ao golpe de Estado de 1980, em Bissau, que levou à cisão dos dois Estados, dando lugar a um novo partido, o PAICV, que passou a governar Cabo Verde a partir de 1981. No entanto, o regime continuou a ser de partido único. Em 1990, o Conselho Nacional do PAICV decidiu proceder à abertura política, permitindo que outros partidos concorressem às eleições. Assim, as eleições legislativas, as presidenciais e as autárquicas de 1991, foram vencidas de forma clara pelo único partido da oposição que cumpria as exigências legais para concorrer, o MpD. O estudo da evolução política do arquipélago permite constatar que a democracia está no caminho da consolidação, tendo havido alternância política nas eleições de 2001. Por isso, Cabo Verde tem sido apontado como um exemplo no que concerne ao regime democrático na África não apenas Lusófona. O objetivo desta dissertação é analisar a evolução política de Cabo Verde, desde o processo de descolonização até à abertura política e traçar uma visão prospetiva sobre o país.

Aproximació sintètica a alcaloides azafenalènics

L’interès per a la síntesi d’alcaloides amb estructura bàsica de perhidro-9b-azafenalè ha augmentat durant els darrers anys, ja que aquesta família d’alcaloides presents en els coccinèl·lids, poden ser emprats com a mètode biològic de control de plagues. En aquest treball s’ha iniciat l’estudi d’una nova aproximació sintètica als alcaloides amb aquest esquelet.

Estimation of surface roughness in a semiarid region from C-band ERS-1 synthetic aperture radar data

In this study, we investigated the feasibility of using the C-band European Remote Sensing Satellite (ERS-1) synthetic aperture radar (SAR) data to estimate surface soil roughness in a semiarid rangeland. Radar backscattering coefficients were extracted from a dry and a wet season SAR image and were compared with 47 in situ soil roughness measurements obtained in the rocky soils of the Walnut Gulch Experimental Watershed, southeastern Arizona, USA. Both the dry and the wet season SAR data showed exponential relationships with root mean square (RMS) height measurements. The dry C-band ERS-1 SAR data were strongly correlated (R² = 0.80), while the wet season SAR data have somewhat higher secondary variation (R² = 0.59). This lower correlation was probably provoked by the stronger influence of soil moisture, which may not be negligible in the wet season SAR data. We concluded that the single configuration C-band SAR data is useful to estimate surface roughness of rocky soils in a semiarid rangeland.

Mineralização de palha de milho e adsorção de carbono, cálcio, magnésio e potássio em substratos com caulinita natural e goethita sintética

Carbono e nutrientes liberados na decomposição de resíduos orgânicos podem sofrer vários tipos de interação com diferentes componentes da fase mineral, alterando sua dinâmica no solo. Com o objetivo de avaliar a retenção de carbono, Ca2+, Mg2+ e K+ em caulinita natural e goethita sintética, foi realizado um experimento com mistura de palha de milho em substratos inorgânicos preparados com areia e quantidades conhecidas de cada componente. Nesses substratos, foram realizadas percolações com água destilada aos 7, 15, 33, 68 e 113 dias de incubação, em temperatura ambiente, sendo as massas dos elementos liberados acumuladas no tempo. Após duzentos dias de incubação, foi determinado o carbono orgânico total que permaneceu nos substratos. A soma das massas de Ca2+, Mg2+, K+ e carbono, liberados com a água de percolação, foi inversamente relacionada com a massa dos componentes inorgânicos nos substratos, exceto para o K+ nos substratos com goethita. A caulinita e a goethita apresentaram diferente retenção do Ca2+, Mg2+ e K+ liberados, independentemente da área superficial, o que pode estar relacionado com suas distintas características eletroquímicas superficiais. A goethita foi mais efetiva do que a caulinita em reter carbono da solução do solo e acumular carbono orgânico total, sendo sua maior reatividade diretamente relacionada com sua superfície específica.

Uso do radar penetrante no solo (GPR) na investigação dos solos dos tabuleiros costeiros no litoral norte do estado da Bahia

Foram estudados nove perfis ao longo de uma toposseqüência sobre os sedimentos do Grupo Barreiras, na Fazenda Rio Negro, município de Entre Rios (BA), utilizando a prospecção eletromagnética por meio do Radar Penetrante no Solo - "Ground-penetrating radar - GPR", objetivando analisar a utilização dessa ferramenta na aquisição de informações sobre as feições que ocorrem no solo, mediante a comparação entre os radargramas obtidos e a descrição pedológica. O equipamento utilizado foi um Geophysical Survey System modelo GPR SR system-2, com antena de 80 MHz. A análise radargramétrica confirmou o aparecimento dos fragipãs e duripãs em profundidade, que ocorrem sempre acompanhados de um processo de transformação dos solos do tipo Latossolo Amarelo e Argissolo Amarelo em Espodossolo. Os padrões de reflexão mostram claramente os domínios dos solos argilosos e dos solos arenosos, com e sem a presença dos horizontes endurecidos.

Inferring transport characteristics in a fractured rock aquifer by combining single-hole ground-penetrating radar reflection monitoring and tracer test data

Investigations of solute transport in fractured rock aquifers often rely on tracer test data acquired at a limited number of observation points. Such data do not, by themselves, allow detailed assessments of the spreading of the injected tracer plume. To better understand the transport behavior in a granitic aquifer, we combine tracer test data with single-hole ground-penetrating radar (GPR) reflection monitoring data. Five successful tracer tests were performed under various experimental conditions between two boreholes 6 m apart. For each experiment, saline tracer was injected into a previously identified packed-off transmissive fracture while repeatedly acquiring single-hole GPR reflection profiles together with electrical conductivity logs in the pumping borehole. By analyzing depth-migrated GPR difference images together with tracer breakthrough curves and associated simplified flow and transport modeling, we estimate (1) the number, the connectivity, and the geometry of fractures that contribute to tracer transport, (2) the velocity and the mass of tracer that was carried along each flow path, and (3) the effective transport parameters of the identified flow paths. We find a qualitative agreement when comparing the time evolution of GPR reflectivity strengths at strategic locations in the formation with those arising from simulated transport. The discrepancies are on the same order as those between observed and simulated breakthrough curves at the outflow locations. The rather subtle and repeatable GPR signals provide useful and complementary information to tracer test data acquired at the outflow locations and may help us to characterize transport phenomena in fractured rock aquifers.

A methodology for the classification of convective structures using meteorological radar: Application to heavy rainfall events on the Mediterranean coast of the Iberian Peninsula

During the period 1996-2000, forty-three heavy rainfall events have been detected in the Internal Basins of Catalonia (Northeastern of Spain). Most of these events caused floods and serious damage. This high number leads to the need for a methodology to classify them, on the basis of their surface rainfall distribution, their internal organization and their physical features. The aim of this paper is to show a methodology to analyze systematically the convective structures responsible of those heavy rainfall events on the basis of the information supplied by the meteorological radar. The proposed methodology is as follows. Firstly, the rainfall intensity and the surface rainfall pattern are analyzed on the basis of the raingauge data. Secondly, the convective structures at the lowest level are identified and characterized by using a 2-D algorithm, and the convective cells are identified by using a 3-D procedure that looks for the reflectivity cores in every radar volume. Thirdly, the convective cells (3-D) are associated with the 2-D structures (convective rainfall areas). This methodology has been applied to the 43 heavy rainfall events using the meteorological radar located near Barcelona and the SAIH automatic raingauge network.