Measuring underwater noise with high endurance surface and underwater autonomous vehicles

This paper describes the results of AcousticRobot'13 - a noise measurement campaign that took place off the Portuguese Coast in May 2013, using two high endurance autonomous vehicles capable of silent operation (an underwater glider and an autonmomous sailing vessel) equipped with hydrophones, and a moored hydrophone that served as reference. We show that the autonomous vehicles used can provide useful measurements of underwater noise, and describe the main advantages and shortcomings that became evident during the campaign.

Spatial variability in surface sediment organic carbon structure in Barkley Sound, Vancouver Island, Canada

Senior thesis written for Oceanography 445

Measurement of forces between and within bilayers of neutral phospholipids

Phospholipids in water form lamellar phases made up of alternating layers of water and bimolecular lipid leaflets. Three complementary methods, osmotic, mechanical, and vapour pressures, were used to measure the work of removing water from lamellar phases composed of frozen dipalmitoylphosphatidylcholine ( DPPC ), melted DPPC, egg phosphatidylethanolamine or equimolar mixtures of DPPC and cholesterol ( DPPC/CHOL ), Concurrently the structural changes that resulted from this water removal were measured using X-ray diffraction. The work was divided into that which forces the bilayers together ( F ) and that which compresses the molecules together within the bilayers ( F )# A large repulsive force exists between bilayers composed of each of the lipids studied and this force increases exponentially as bilayer separation is decreased. F is affected by the nature of the head groups, conformation of the acyl chains and heterogeneity of these chains. In general all of the melted phosphatidylcholines ( melted DPPC, egg lecithin and DPPC/CHOL ) have large equilibrium separations in excess water resulting from large repulsive hydration forces between these bilayers. By comparison, egg PE has an increased attractive force, and frozen DPPC has a decreased hydration force; each results in smaller separations in water for these two lipids. The chemical potentials of the water between the bilayers for all these lipids lie on a continuum, indicating that interbilayer water cannot be characterized by two discrete states, usually referred to as "bound" or "non**bound". For all lipids studied a maximum of 25 % of the total work done on the system goes into deforming the bilayers. The method used here viii to separate repulsion from deformation, developed for us by v. A. Parsegian, provides a unique method for the measurement of lateral pressure of a bilayer and its modulus of deformability ( Y ). Lateral pressure is affected by the nature of the head group, conformation and heterogeneity of the acyl chains. For small changes in molecular surface area ( A ) near equilibrium, both melted and frozen DPPC have similar values for the deformability modulus. Thus in this regime it requires about the same force to change the angle of tilt of frozen chains as it does to compress the fluid bilayer. The introduction of cholesterol into bilayers of DPPC reduces dramatically the lateral pressure of the bilayers over a large range of molecular surface areas ( A ). The variation in the magnitude of bilayer repulsion with different phospholipids provides a basis for the mechanism of lipid segregation in mixed lipid systems and suggests that interacting heterogeneous membranes may influence or modulate the composition of the opposing membrane. The measurements of deformabilities of bilayers provides a direct comparison of them with the properties of monolayers.

QUANTIFICATION AND EXTRACTION OF SURFACE FEATURES FROM DIGITAL TERRAIN MODELS

Digital Terrain Models (DTMs) are important in geology and geomorphology, since elevation data contains a lot of information pertaining to geomorphological processes that influence the topography. The first derivative of topography is attitude; the second is curvature. GIS tools were developed for derivation of strike, dip, curvature and curvature orientation from Digital Elevation Models (DEMs). A method for displaying both strike and dip simultaneously as colour-coded visualization (AVA) was implemented. A plug-in for calculating strike and dip via Least Squares Regression was created first using VB.NET. Further research produced a more computationally efficient solution, convolution filtering, which was implemented as Python scripts. These scripts were also used for calculation of curvature and curvature orientation. The application of these tools was demonstrated by performing morphometric studies on datasets from Earth and Mars. The tools show promise, however more work is needed to explore their full potential and possible uses.

Étude comparative de l'anatomie des plaies de greffe de cornée par tomographie de cohérence optique (OCT)

Cette thèse porte sur l’étude de l’anatomie de la cornée après 3 techniques de greffe soient, la greffe totale traditionnelle (GTT) et des techniques de greffe lamellaire postérieur (GLP) telles que la greffe lamellaire endothéliale profonde (DLEK) et la greffe endothélium/membrane de Descemet (EDMG) pour le traitement des maladies de l’endothélium, telles que la dystrophie de Fuchs et de la kératopathie de l’aphaque et du pseudophaque. Dans ce contexte, cette thèse contribue également à démontrer l’utilité de la tomographie de cohérence optique (OCT) pour l’étude de l’anatomie des plaies chirurgicales la cornée post transplantation. Au cours de ce travail nous avons étudié l'anatomie de la DLEK, avant et 1, 6, 12 et 24 mois après la chirurgie. Nous avons utilisé le Stratus OCT (Version 3, Carl Zeiss, Meditec Inc.) pour documenter l’anatomie de la plaie. L'acquisition et la manipulation des images du Stratus OCT, instrument qui à été conçu originalement pour l’étude de la rétine et du nerf optique, ont été adaptées pour l'analyse du segment antérieur de l’oeil. Des images cornéennes centrales verticales et horizontales, ainsi que 4 mesures radiaires perpendiculaires à la plaie à 12, 3, 6 et 9 heures ont été obtenues. Les paramètres suivants ont été étudiés: (1) Les espaces (gap) entre les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (2) les dénivelés de surface postérieure (step) entre le les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (3) la compression tissulaire, (4) le décollement du greffon, 6) les élévations de la surface antérieure de la cornée et 7) la pachymétrie centrale de la cornée. Les mesures d’épaisseur totale de la cornée ont été comparées et corrélées avec celles obtenues avec un pachymètre à ultra-sons. Des mesures d’acuité visuelle, de réfraction manifeste et de topographie ont aussi été acquises afin d’évaluer les résultats fonctionnels. Enfin, nous avons comparé les données de DLEK à celles obtenues de l’EDMG et de la GTT, afin de caractériser les plaies et de cerner les avantages et inconvénients relatifs à chaque technique chirurgicale. Nos résultats anatomiques ont montré des différences importantes entre les trois techniques chirurgicales. Certains des paramètres étudiés, comme le sep et le gap, ont été plus prononcés dans la GTT que dans la DLEK et complètement absents dans l’EDMG. D’autres, comme la compression tissulaire et le décollement du greffon n’ont été observés que dans la DLEK. Ceci laisse entrevoir que la distorsion de la plaie varie proportionnellement à la profondeur de la découpe stromale du receveur, à partir de la face postérieure de la cornée. Moins la découpe s’avance vers la face antérieure (comme dans l’EDMG), moins elle affecte l’intégrité anatomique de la cornée, le pire cas étant la découpe totale comme dans la GTT. Cependant, tous les paramètres d’apposition postérieure sous-optimale et d’élévation de la surface antérieure (ce dernier observé uniquement dans la GTT) finissent par diminuer avec le temps, évoluant à des degrés variables vers un profil topographique plus semblable à celui d’une cornée normale. Ce processus paraît plus long et plus incomplet dans les cas de GTT à cause du type de plaie, de la présence de sutures et de la durée de la cicatrisation. Les valeurs moyennes d’épaisseur centrale se sont normalisées après la chirurgie. De plus, ces valeurs moyennes obtenues par OCT étaient fortement corrélées à celles obtenues par la pachymétrie à ultra-sons et nous n’avons remarqué aucune différence significative entre les valeurs moyennes des deux techniques de mesure. L’OCT s’est avéré un outil utile pour l’étude de l’anatomie microscopique des plaies chirurgicales. Les résultats d’acuité visuelle, de réfraction et de topographie des techniques de GLP ont montré qu’il existe une récupération visuelle rapide et sans changements significatifs de l’astigmatisme, contrairement à la GTT avec et sans suture. La GLP a permis une meilleure conservation de la morphologie de la cornée, et par conséquence des meilleurs résultats fonctionnels que la greffe de pleine épaisseur. Ceci nous permet d’avancer que la GLP pourrait être la technique chirurgicale à adopter comme traitement pour les maladies de l’endothélium cornéen.

Une nouvelle méthode de détection du glaucome par la mesure de l'asymétrie interoculaire : l’asymétrie du rapport de la surface neurorétinienne sur la surface du disque optique ou rim area to disc area asymmetry ratio (RADAAR)

Cette thèse constitue à la fois un apport de nature clinique et technologique dans l’approche diagnostique du glaucome. Plus précisément, nous nous proposons d’étudier une nouvelle façon de détecter le glaucome par la mesure de l’asymétrie du rapport de la surface de l’anneau neurorétinien et de la surface de la papille ou du disque optique ou rim to disc area asymmetry ratio (RADAAR). Pour atteindre cet objectif, nous avons recours à une base de données composée d’une population subdivisée en 4 différents groupes de diagnostic (normal, glaucome possible, glaucome probable et glaucome définitif). Les mesures du RADAAR sont calculées de différentes façons à partir des paramètres stéréométriques de la tête du nerf optique des sujets, produits par la microscopie confocale à balayage laser (Heidelberg Retina Tomograph (HRT) (Heidelberg Engineering, Germany)). Nous procédons à une analyse de données grâce au logiciel SPSS où nous mettons en exergue la distribution du RADAAR dans les différentes populations, sa validité et son utilité dans le dépistage du glaucome. Nous enrôlons donc 523 sujets dans cette étude avec 82 sujets atteints de glaucome définitif. La moyenne d’âge est de 62 ans. Il y a plus de femmes que d’hommes et plus de Caucasiens que d’Africains Caribéens. Nous trouvons que la distribution de la mesure du RADAAR est différente des sujets d’un groupe de diagnostic à l’autre. En termes de performance, la sensibilité de la mesure du RADAAR est très basse c'est-à-dire que sa capacité de détecter la maladie est basse. En revanche la mesure du RADAAR est plus spécifique c'est-à-dire que sa capacité d’identifier les sujets exempts de la maladie est plus grande. Elle tendrait à être aussi plus performante chez les Africains Caribéens que chez les Caucasiens. De même, elle serait plus sensible chez les hommes que chez les femmes. La mesure du RADAAR est utile si on l’associe à une autre méthode de diagnostic comme l’analyse de Régression de Moorfields (MRA) incluse dans le logiciel du HRT3 spécialement lors de la détection du glaucome dans la population à haut risque. En définitive, nous déterminons que la mesure du RADAAR se veut un outil d’aide au diagnostic. Elle est particulièrement intéressante dans le contexte de dépistage de glaucome.

Multilevel Analysis of Trunk Surface Measurements for Noninvasive Assessment of Scoliosis Deformities.

Study Design. Reliability study. Objectives. To assess between-acquisition reliability of new multilevel trunk cross sections measurements, in order to define what is a real change when comparing 2 trunk surface acquisitions of a same patient, before and after surgery or throughout the clinical monitoring. Summary of Background Data. Several cross-sectional surface measurements have been proposed in the literature for noninvasive assessment of trunk deformity in patients with adolescent idiopathic scoliosis (AIS). However, only the maximum values along the trunk are evaluated and used for monitoring progression and assessing treatment outcome. Methods. Back surface rotation (BSR), trunk rotation (TR), and coronal and sagittal trunk deviation are computed on 300 cross sections of the trunk. Each set of 300 measures is represented as a single functional data, using a set of basis functions. To evaluate between-acquisition variability at all trunk levels, a test-retest reliability study is conducted on 35 patients with AIS. A functional correlation analysis is also carried out to evaluate any redundancy between the measurements. Results. Each set of 300 measures was successfully described using only 10 basis functions. The test-retest reliability of the functional measurements is good to very good all over the trunk, except above the shoulders level. The typical errors of measurement are between 1.20° and 2.2° for the rotational measures and between 2 and 6 mm for deviation measures. There is a very strong correlation between BSR and TR all over the trunk, a moderate correlation between coronal trunk deviation and both BSR and TR, and no correlation between sagittal trunk deviation and any other measurement. Conclusion. This novel representation of trunk surface measurements allows for a global assessment of trunk surface deformity. Multilevel trunk measurements provide a broader perspective of the trunk deformity and allow a reliable multilevel monitoring during clinical follow-up of patients with AIS and a reliable assessment of the esthetic outcome after surgery.

Photoacoustic measurement of transport properties in doped GaAs epitaxial layers

The photoacoustic technique under heat transmission configuration is used to determine the effect of doping on both the thermal and transport properties of p- and n-type GaAs epitaxial layers grown on GaAs substrate by the molecular beam epitaxial method. Analysis of the data is made on the basis of the theoretical model of Rosencwaig and Gersho. Thermal and transport properties of the epitaxial layers are found by fitting the phase of the experimentally obtained photoacoustic signal with that of the theoretical model. It is observed that both the thermal and transport properties, i.e. thermal diffusivity, diffusion coefficient, surface recombination velocity and nonradiative recombination time, depend on the type of doping in the epitaxial layer. The results clearly show that the photoacoustic technique using heat transmission configuration is an excellent tool to study the thermal and transport properties of epitaxial layers under different doping conditions.

Influence of substrate topography on the growth and magnetic properties of obliquely deposited amorphous nanocolumns of Fe–Ni

We investigated the influence of substrate surface roughness on the structural and magnetic properties of obliquely deposited amorphous nanocolumns of Fe–Ni. Experiments showed that the surface roughness of the substrate greatly determines the morphology of the columnar structures and this in turn has a profound influence on the magnetic properties. Nucleation of Fe–Ni nanocolumns on a smooth silicon substrate was at random, while that on a rough glass substrate was defined by the irregularities on the substrate surface. It has been found that magnetic interaction between the nanocolumns prepared on a silicon substrate was due to their small inter-column separation. Well separated nanocolumns on a glass substrate resulted in exchange isolated magnetic domains. The size, shape and the distribution of nanocolumns can be tailored by appropriately choosing the surface roughness of the substrate. This will find potential applications in thin film magnetism.

A High Order Finite Volume Scheme for the 2D Shallow Water Equations Including Topography

Inhalt dieser Arbeit ist ein Verfahren zur numerischen Lösung der zweidimensionalen Flachwassergleichung, welche das Fließverhalten von Gewässern, deren Oberflächenausdehnung wesentlich größer als deren Tiefe ist, modelliert. Diese Gleichung beschreibt die gravitationsbedingte zeitliche Änderung eines gegebenen Anfangszustandes bei Gewässern mit freier Oberfläche. Diese Klasse beinhaltet Probleme wie das Verhalten von Wellen an flachen Stränden oder die Bewegung einer Flutwelle in einem Fluss. Diese Beispiele zeigen deutlich die Notwendigkeit, den Einfluss von Topographie sowie die Behandlung von Nass/Trockenübergängen im Verfahren zu berücksichtigen. In der vorliegenden Dissertation wird ein, in Gebieten mit hinreichender Wasserhöhe, hochgenaues Finite-Volumen-Verfahren zur numerischen Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Lösung der zweidimensionalen Flachwassergleichung aus gegebenen Anfangs- und Randbedingungen auf einem unstrukturierten Gitter vorgestellt, welches in der Lage ist, den Einfluss topographischer Quellterme auf die Strömung zu berücksichtigen, sowie in sogenannten \glqq lake at rest\grqq-stationären Zuständen diesen Einfluss mit den numerischen Flüssen exakt auszubalancieren. Basis des Verfahrens ist ein Finite-Volumen-Ansatz erster Ordnung, welcher durch eine WENO Rekonstruktion unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate und eine sogenannte Space Time Expansion erweitert wird mit dem Ziel, ein Verfahren beliebig hoher Ordnung zu erhalten. Die im Verfahren auftretenden Riemannprobleme werden mit dem Riemannlöser von Chinnayya, LeRoux und Seguin von 1999 gelöst, welcher die Einflüsse der Topographie auf den Strömungsverlauf mit berücksichtigt. Es wird in der Arbeit bewiesen, dass die Koeffizienten der durch das WENO-Verfahren berechneten Rekonstruktionspolynome die räumlichen Ableitungen der zu rekonstruierenden Funktion mit einem zur Verfahrensordnung passenden Genauigkeitsgrad approximieren. Ebenso wird bewiesen, dass die Koeffizienten des aus der Space Time Expansion resultierenden Polynoms die räumlichen und zeitlichen Ableitungen der Lösung des Anfangswertproblems approximieren. Darüber hinaus wird die wohlbalanciertheit des Verfahrens für beliebig hohe numerische Ordnung bewiesen. Für die Behandlung von Nass/Trockenübergangen wird eine Methode zur Ordnungsreduktion abhängig von Wasserhöhe und Zellgröße vorgeschlagen. Dies ist notwendig, um in der Rechnung negative Werte für die Wasserhöhe, welche als Folge von Oszillationen des Raum-Zeit-Polynoms auftreten können, zu vermeiden. Numerische Ergebnisse die die theoretische Verfahrensordnung bestätigen werden ebenso präsentiert wie Beispiele, welche die hervorragenden Eigenschaften des Gesamtverfahrens in der Berechnung herausfordernder Probleme demonstrieren.

UV index measurement and model agreement: uncertainties and limitations

En les últimes dècades, l'increment dels nivells de radiació solar ultraviolada (UVR) que arriba a la Terra (principalment degut a la disminució d'ozó estratosfèric) juntament amb l'augment detectat en malalties relacionades amb l'exposició a la UVR, ha portat a un gran volum d'investigacions sobre la radiació solar en aquesta banda i els seus efectes en els humans. L'índex ultraviolat (UVI), que ha estat adoptat internacionalment, va ser definit amb el propòsit d'informar al públic general sobre els riscos d'exposar el cos nu a la UVR i per tal d'enviar missatges preventius. L'UVI es va definir inicialment com el valor màxim diari. No obstant, el seu ús actual s'ha ampliat i té sentit referir-se a un valor instantani o a una evolució diària del valor d'UVI mesurat, modelitzat o predit. El valor concret d'UVI està afectat per la geometria Sol-Terra, els núvols, l'ozó, els aerosols, l'altitud i l'albedo superficial. Les mesures d'UVI d'alta qualitat són essencials com a referència i per estudiar tendències a llarg termini; es necessiten també tècniques acurades de modelització per tal d'entendre els factors que afecten la UVR, per predir l'UVI i com a control de qualitat de les mesures. És d'esperar que les mesures més acurades d'UVI s'obtinguin amb espectroradiòmetres. No obstant, com que els costs d'aquests dispositius són elevats, és més habitual trobar dades d'UVI de radiòmetres eritemàtics (de fet, la majoria de les xarxes d'UVI estan equipades amb aquest tipus de sensors). Els millors resultats en modelització s'obtenen amb models de transferència radiativa de dispersió múltiple quan es coneix bé la informació d'entrada. No obstant, habitualment no es coneix informació d'entrada, com per exemple les propietats òptiques dels aerosols, la qual cosa pot portar a importants incerteses en la modelització. Sovint, s'utilitzen models més simples per aplicacions com ara la predicció d'UVI o l'elaboració de mapes d'UVI, ja que aquests són més ràpids i requereixen menys paràmetres d'entrada. Tenint en compte aquest marc de treball, l'objectiu general d'aquest estudi és analitzar l'acord al qual es pot arribar entre la mesura i la modelització d'UVI per condicions de cel sense núvols. D'aquesta manera, en aquest estudi es presenten comparacions model-mesura per diferents tècniques de modelització, diferents opcions d'entrada i per mesures d'UVI tant de radiòmetres eritemàtics com d'espectroradiòmeters. Com a conclusió general, es pot afirmar que la comparació model-mesura és molt útil per detectar limitacions i estimar incerteses tant en les modelitzacions com en les mesures. Pel que fa a la modelització, les principals limitacions que s'han trobat és la falta de coneixement de la informació d'aerosols considerada com a entrada dels models. També, s'han trobat importants diferències entre l'ozó mesurat des de satèl·lit i des de la superfície terrestre, la qual cosa pot portar a diferències importants en l'UVI modelitzat. PTUV, una nova i simple parametrització pel càlcul ràpid d'UVI per condicions de cel serens, ha estat desenvolupada en base a càlculs de transferència radiativa. La parametrització mostra una bona execució tant respecte el model base com en comparació amb diverses mesures d'UVI. PTUV ha demostrat la seva utilitat per aplicacions particulars com ara l'estudi de l'evolució anual de l'UVI per un cert lloc (Girona) i la composició de mapes d'alta resolució de valors d'UVI típics per un territori concret (Catalunya). En relació a les mesures, es constata que és molt important saber la resposta espectral dels radiòmetres eritemàtics per tal d'evitar grans incerteses a la mesura d'UVI. Aquest instruments, si estan ben caracteritzats, mostren una bona comparació amb els espectroradiòmetres d'alta qualitat en la mesura d'UVI. Les qüestions més importants respecte les mesures són la calibració i estabilitat a llarg termini. També, s'ha observat un efecte de temperatura en el PTFE, un material utilitzat en els difusors en alguns instruments, cosa que potencialment podria tenir implicacions importants en el camp experimental. Finalment, i pel que fa a les comparacions model-mesura, el millor acord s'ha trobat quan es consideren mesures d'UVI d'espectroradiòmetres d'alta qualitat i s'usen models de transferència radiativa que consideren les millors dades disponibles pel que fa als paràmetres òptics d'ozó i aerosols i els seus canvis en el temps. D'aquesta manera, l'acord pot ser tan alt dins un 0.1º% en UVI, i típicament entre menys d'un 3%. Aquest acord es veu altament deteriorat si s'ignora la informació d'aerosols i depèn de manera important del valor d'albedo de dispersió simple dels aerosols. Altres dades d'entrada del model, com ara l'albedo superficial i els perfils d'ozó i temperatura introdueixen una incertesa menor en els resultats de modelització.

Estimating surface CO2 fluxes from space-borne dry air mole fraction observations using an Ensemble Kalman filter

We have developed an ensemble Kalman Filter (EnKF) to estimate 8-day regional surface fluxes of CO2 from space-borne CO2 dry-air mole fraction observations (XCO2) and evaluate the approach using a series of synthetic experiments, in preparation for data from the NASA Orbiting Carbon Observatory (OCO). The 32-day duty cycle of OCO alternates every 16 days between nadir and glint measurements of backscattered solar radiation at short-wave infrared wavelengths. The EnKF uses an ensemble of states to represent the error covariances to estimate 8-day CO2 surface fluxes over 144 geographical regions. We use a 12×8-day lag window, recognising that XCO2 measurements include surface flux information from prior time windows. The observation operator that relates surface CO2 fluxes to atmospheric distributions of XCO2 includes: a) the GEOS-Chem transport model that relates surface fluxes to global 3-D distributions of CO2 concentrations, which are sampled at the time and location of OCO measurements that are cloud-free and have aerosol optical depths <0.3; and b) scene-dependent averaging kernels that relate the CO2 profiles to XCO2, accounting for differences between nadir and glint measurements, and the associated scene-dependent observation errors. We show that OCO XCO2 measurements significantly reduce the uncertainties of surface CO2 flux estimates. Glint measurements are generally better at constraining ocean CO2 flux estimates. Nadir XCO2 measurements over the terrestrial tropics are sparse throughout the year because of either clouds or smoke. Glint measurements provide the most effective constraint for estimating tropical terrestrial CO2 fluxes by accurately sampling fresh continental outflow over neighbouring oceans. We also present results from sensitivity experiments that investigate how flux estimates change with 1) bias and unbiased errors, 2) alternative duty cycles, 3) measurement density and correlations, 4) the spatial resolution of estimated flux estimates, and 5) reducing the length of the lag window and the size of the ensemble. At the revision stage of this manuscript, the OCO instrument failed to reach its orbit after it was launched on 24 February 2009. The EnKF formulation presented here is also applicable to GOSAT measurements of CO2 and CH4.

A geostatistical analysis of soil, vegetation, and image data characterizing land surface variation

The elucidation of spatial variation in the landscape can indicate potential wildlife habitats or breeding sites for vectors, such as ticks or mosquitoes, which cause a range of diseases. Information from remotely sensed data could aid the delineation of vegetation distribution on the ground in areas where local knowledge is limited. The data from digital images are often difficult to interpret because of pixel-to-pixel variation, that is, noise, and complex variation at more than one spatial scale. Landsat Thematic Mapper Plus (ETM+) and Satellite Pour l'Observation de La Terre (SPOT) image data were analyzed for an area close to Douna in Mali, West Africa. The variograms of the normalized difference vegetation index (NDVI) from both types of image data were nested. The parameters of the nested variogram function from the Landsat ETM+ data were used to design the sampling for a ground survey of soil and vegetation data. Variograms of the soil and vegetation data showed that their variation was anisotropic and their scales of variation were similar to those of NDVI from the SPOT data. The short- and long-range components of variation in the SPOT data were filtered out separately by factorial kriging. The map of the short-range component appears to represent the patterns of vegetation and associated shallow slopes and drainage channels of the tiger bush system. The map of the long-range component also appeared to relate to broader patterns in the tiger bush and to gentle undulations in the topography. The results suggest that the types of image data analyzed in this study could be used to identify areas with more moisture in semiarid regions that could support wildlife and also be potential vector breeding sites.

Diurnal cycle of land surface temperature in a desert encroachment zone as observed from satellites

Climate variability in the African Soudano-Sahel savanna zone has attracted much attention because of the persistence of anomalously low rainfall. Past efforts to monitor the climate of this region have focused on rainfall and vegetation conditions, while land surface temperature (LST) has received less attention. Remote sensing of LST is feasible and possible at global scale. Most remotely sensed estimates of LST are based on the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) that are limited in their ability to capture the full diurnal cycle. Although more frequent observations are available from past geostationary satellites, their spatial resolution is coarser than that of polar orbiting satellites. In this study, the improved capabilities of the Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) on the METEOSAT Second Generation (MSG) instrument are used to remotely sense the LST in the African Soudano-Sahel savanna zone at a resolution of 3 km and 15 minutes. In support of the Radiative Atmospheric Divergence using the ARM Mobile Facility (AMF), GERB and AMMA Stations (RADAGAST) project, African Monsoon Multidisciplinary Analyses (AMMA) project and the Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) program, the ARM Mobile Facility was deployed during 2006 in this climatically sensitive region, thereby providing a unique opportunity to evaluate remotely sensed algorithms for deriving LST.

Approximations to the scattering of water waves by steep topography

A new method is developed for approximating the scattering of linear surface gravity waves on water of varying quiescent depth in two dimensions. A conformal mapping of the fluid domain onto a uniform rectangular strip transforms steep and discontinuous bed profiles into relatively slowly varying, smooth functions in the transformed free-surface condition. By analogy with the mild-slope approach used extensively in unmapped domains, an approximate solution of the transformed problem is sought in the form of a modulated propagating wave which is determined by solving a second-order ordinary differential equation. This can be achieved numerically, but an analytic solution in the form of a rapidly convergent infinite series is also derived and provides simple explicit formulae for the scattered wave amplitudes. Small-amplitude and slow variations in the bedform that are excluded from the mapping procedure are incorporated in the approximation by a straightforward extension of the theory. The error incurred in using the method is established by means of a rigorous numerical investigation and it is found that remarkably accurate estimates of the scattered wave amplitudes are given for a wide range of bedforms and frequencies.