Optimierung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie an Metallen durch Femtosekunden-Doppelpulse für die Entwicklung eines hochauflösenden 3D-Rasterabbildungsverfahrens

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) ist eine spektrochemische Elementanalyse zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer beliebigen Probe. Für die Analyse ist keine spezielle Probenpräparation nötig und kann unter atmosphärischen Bedingungen an Proben in jedem Aggregatzustand durchgeführt werden. Femtosekunden Laserpulse bieten die Vorteile einer präzisen Ablation mit geringem thermischen Schaden sowie einer hohen Reproduzierbarkeit. Damit ist fs-LIPS ein vielversprechendes Werkzeug für die Mikroanalyse technischer Proben, insbesondere zur Untersuchung ihres Ermüdungsverhaltens. Dabei ist interessant, wie sich die initiierten Mikrorisse innerhalb der materialspezifschen Struktur ausbreiten. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein schnelles und einfach zu handhabendes 3D-Rasterabbildungsverfahren zur Untersuchung der Rissausbreitung in TiAl, einer neuen Legierungsklasse, entwickelt werden. Dazu wurde fs-LIPS (30 fs, 785 nm) mit einem modifizierten Mikroskopaufbau (Objektiv: 50x/NA 0.5) kombiniert, welcher eine präzise, automatisierte Probenpositionierung ermöglicht. Spektrochemische Sensitivität und räumliches Auflösungsvermögen wurden in energieabhängigen Einzel- und Multipulsexperimenten untersucht. 10 Laserpulse pro Position mit einer Pulsenergie von je 100 nJ führten in TiAl zum bestmöglichen Kompromiss aus hohem S/N-Verhältnis von 10:1 und kleinen Lochstrukturen mit inneren Durchmessern von 1.4 µm. Die für das Verfahren entscheidende laterale Auflösung, dem minimalen Lochabstand bei konstantem LIPS-Signal, beträgt mit den obigen Parametern 2 µm und ist die bislang höchste bekannte Auflösung einer auf fs-LIPS basierenden Mikro-/Mapping-Analyse im Fernfeld. Fs-LIPS Scans von Teststrukturen sowie Mikrorissen in TiAl demonstrieren eine spektrochemische Sensitivität von 3 %. Scans in Tiefenrichtung erzielen mit denselben Parametern eine axiale Auflösung von 1 µm. Um die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und ein besseres Verständnis für die physikalischen Prozesse während der Laserablation zu erhalten, wurde in Pump-Probe-Experimenten untersucht, in wieweit fs-Doppelpulse den laserinduzierten Abtrag sowie die Plasmaemission beeinflussen. Dazu wurden in einem Mach-Zehnder-Interferometer Pulsabstände von 100 fs bis 2 ns realisiert, Gesamtenergie und Intensitätsverhältnis beider Pulse variiert sowie der Einfluss der Materialparameter untersucht. Sowohl das LIPS-Signal als auch die Lochstrukturen zeigen eine Abhängigkeit von der Verzögerungszeit. Diese wurden in vier verschiedene Regimes eingeteilt und den physikalischen Prozessen während der Laserablation zugeordnet: Die Thermalisierung des Elektronensystems für Pulsabstände unter 1 ps, Schmelzprozesse zwischen 1 und 10 ps, der Beginn des Abtrags nach mehreren 10 ps und die Expansion der Plasmawolke nach über 100 ps. Dabei wird das LIPS-Signal effizient verstärkt und bei 800 ps maximal. Die Lochdurchmesser ändern sich als Funktion des Pulsabstands wenig im Vergleich zur Tiefe. Die gesamte Abtragsrate variiert um maximal 50 %, während sich das LIPS-Signal vervielfacht: Für Ti und TiAl typischerweise um das Dreifache, für Al um das 10-fache. Die gemessenen Transienten zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit, jedoch kaum eine Energie- bzw. materialspezifische Abhängigkeit. Mit diesen Ergebnissen wurde eine gezielte Optimierung der DP-LIPS-Parameter an Al durchgeführt: Bei einem Pulsabstand von 800 ps und einer Gesamtenergie von 65 nJ (vierfach über der Ablationsschwelle) wurde eine 40-fache Signalerhöhung bei geringerem Rauschen erzielt. Die Lochdurchmesser vergrößerten sich dabei um 44 % auf (650±150) nm, die Lochtiefe um das Doppelte auf (100±15) nm. Damit war es möglich, die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung aufrecht zu erhalten.

La sabiduría como competencia gerencial

Aunque el concepto de sabiduría ha sido ampliamente estudiado por expertos de áreas como la filosofía, la religión y la psicología, aún enfrenta limitaciones en cuanto a su definición y evaluación. Por esto, el presente trabajo tiene como objetivo, formular una definición del concepto de sabiduría que permita realizar una propuesta de evaluación del concepto como competencia en los gerentes. Para esto, se realizó un análisis documental de tipo cualitativo. De esta manera, se analizaron diversos textos sobre la historia, las definiciones y las metodologías para evaluar tanto la sabiduría como las competencias; diferenciando la sabiduría de otros constructos y analizando la diferencia entre las competencias generales y las gerenciales para posteriormente, definir la sabiduría como una competencia gerencial. Como resultado de este análisis se generó un prototipo de prueba denominado SAPIENS-O, a través del cuál se busca evaluar la sabiduría como competencia gerencial. Como alcances del instrumento se pueden identificar la posibilidad de medir la sabiduría como competencia en los gerentes, la posibilidad de dar un nuevo panorama a las dificultades teóricas y empíricas sobre la sabiduría y la posibilidad de facilitar el estudio de la sabiduría en ambientes reales, más específicamente en ambientes organizacionales.

Self-organized sociopolitical interactions as the best way to achieve organized patterns in human social systems: going beyond the top-down control of classical political regimes

La monografía presenta la auto-organización sociopolítica como la mejor manera de lograr patrones organizados en los sistemas sociales humanos, dada su naturaleza compleja y la imposibilidad de las tareas computacionales de los regímenes políticos clásico, debido a que operan con control jerárquico, el cual ha demostrado no ser óptimo en la producción de orden en los sistemas sociales humanos. En la monografía se extrapola la teoría de la auto-organización en los sistemas biológicos a las dinámicas sociopolíticas humanas, buscando maneras óptimas de organizarlas, y se afirma que redes complejas anárquicas son la estructura emergente de la auto-organización sociopolítica.

Processos convectius en un sistema aquàtic natural: l'estany de Banyoles

En aquesta tesi s'aborda l'estudi de la turbulència convectiva, a partir d'un treball experimental realitzat a l'estany de Banyoles. Més concretament, els objectius s'emmarquen en dues categories diferents. En la primera, es pretén sistematitzar el marc teòric-conceptual de la turbulència i més concretament de la turbulència convectiva, el qual es troba molt dispers a la bibliografia i sovint enfocat des de perspectives prou diverses. Dins aquest primer objectiu també es pretén sistematitzar tot un conjunt d'eines experimentals de tractament de dades que ens permetran obtenir els valors de les velocitats de dissipació de l'energia cinètica turbulenta i de la variància de temperatura de forma automàtica y obtenir els fluxos turbulents. També volem abordar la caracterització del les escales turbulentes, pel que treballarem amb l'escala de Thorpe i utilitzarem l'anàlisi d'ondetes del senyal de microstructura tèrmica. Dins la segona categoria d'objectius, aquests aplicats directament a l'estany de Banyoles, es pretén aplicar els conceptes desenvolupats al primer objectiu en dos sistemes convectius, un de tipus plomall i l'altre del tipus multidifusiu. Dins aquest context, en els dos primers capítols es presenta teòricament com s'obtenen els fluxos turbulents i s'introdueixen els fenòmens convectius, i en el tercer i quart capítols es descriuen tot un conjunt d'eines d'anàlisi experimental que ens serviran per a l'estudi del cas concret de la convecció al fons de l'estany de Banyoles.

Distribució espacial i ús de l'hàbitat de la comunitat de peixos a l'estany de Banyoles

En el marc d'un projecte més ampli sobre la comunitat de peixos de la conca lacustre de Banyoles, s'ha estudiat la distribució espacial de les diferents espècies així com l'ús que aquestes fan de l'hàbitat. El poblament piscícola de l'estany de Banyoles és el resultat d'un llarg historial d'introducció d'espècies exòtiques i extinció de les poblacions autòctones locals. S'ha revisat la seva composició actual detectant un total de 18 espècies (4 autòctones i 14 introduïdes) de les quals només 13 presenten una població estable. L'estudi de l'hàbitat s'ha centrat a l'Estany, l'element principal del sistema lacustre, analitzant per separat la zona litoral i la zona limnètica. En el primer cas s'han realitzat les captures d'individus mitjançant pesca elèctrica des d'una embarcació adaptada per aquesta pràctica. La totalitat del litoral ha estat dividida en trams de característiques homogènies on s'han obtingut les captures per unitat d'esforç per cada espècie. El mostreig s'ha desenvolupat entre l'estiu de 1997 i la primavera del 2000 realitzant un total de 10 campanyes de pesca. Les espècies més abundants al litoral són la perca americana (Micropterus salmoides) i el peix sol (Lepomis gibbosus), essent també presents la perca (Perca fluviatilis), carpa (Cyprinus carpio) i el gardí (Scardinius erythrophthalmus). S'han capturat altres espècies com ara anguila (Anguilla anguilla), bagra (Squalius cephalus), sandra (Sander lucioperca), carpí (Carassius auratus) i madrilleta vera (Rutilus rutilus), però són molt menys abundants en nombre. S'ha examinat, per cadascuna de les espècies, si existeix selecció de l'hàbitat i en cas afirmatiu, quin és el preferent en base a la classificació del litoral en sis tipus de vegetació predominant. Les espècies més abundants, perca americana i peix sol, ocupen tots els hàbitats disponibles però amb una densitat diferent. La perca mostra també una clara selecció de l'hàbitat a favor de les zones molt estructurades amb abundant presència de jonca litoral. Carpa i gardí seleccionen els ambients més fondos amb major presència de matèria orgànica d'origen vegetal procedent del bogar. En general els individus ocupen les zones amb una densitat de vegetació intermèdia, majoritàriament zones de jonca a l'estiu i zones amb mansega a l'hivern, on troben refugi i els recursos tròfics necessaris. La perca americana, a més, presenta una elevada fidelitat a un mateix punt del litoral al llarg de la seva vida. La zona limnètica ha estat prospectada mensualment mitjançant ecosondació, realitzant transectes perpendiculars a l'eix principal de l'Estany, cobrint la seva totalitat. La composició d'espècies s'ha obtingut a partir de les captures fetes amb xarxes (tresmalls) amb periodicitat estacional. L'anàlisi geoestadística de la densitat de peixos ha permès descriure l'estructura espacial d'aquesta a partir dels variogrames, així com la seva variabilitat tant espacial com temporal, i obtenir els mapes de densitat. A l'hivern, la densitat de peixos a la zona limnètica assoleix els seus valors mínims i els individus es troben formant agregats dispersos, pels diferents estrats de fondària. A partir de la primavera la densitat augmenta, pel reclutament i la major freqüència d'individus que abandonen el litoral; la densitat esdevé més homogènia a les primer capes de fondària. A l'estiu la densitat és màxima i l'estrat més homogeni coincideix amb la posició de la termoclina. Aquest estructura varia en disminuir la temperatura i barrejar-se la columna d'aigua, tornant a la situació hivernal. La perca i la madrilleta vera són les espècies predominants en aquest ambient, juntament amb la carpa. La seva distribució no és homogènia i respon a les característiques limnològiques de les diferents cubetes de l'Estany. Una particularitat d'aquest, relacionada amb el seu origen càrstic, es la formació d'una ploma hidrotermal que afecta la distribució dels peixos, probablement en augmentar la terbolesa. S'ha integrat l'ús de l'hàbitat de les espècies que ocupen tant la zona limnètica com la litoral a partir del seguiment d'individus, concretament de perca i bagra. S'ha utilitzat un sistema automàtic de posicionament que estima la localització dels individus marcats amb transmissor de telemetria acústica. L'anàlisi dels desplaçaments mostra un rang superior per la bagra en comparació amb la perca. Ambdues espècies mostren una orientació en els seus desplaçaments. La perca ocupa el litoral a la nit i es desplaça a la zona limnètica de dia, amb un ritme d'activitat marcat per dos màxims coincidint amb la sortida i posta de sol; en canvi la bagra mostra una major activitat nocturna amb zones de repòs properes al litoral. S'ha estimat igualment els dominis vital de cada individu marcat.

Dynamics of hydrothermal plumes in Lake Banyoles

Aquesta tesi permet adquirir una millor comprensió de la dinàmica dels plomalls hidrotèrmics en l'estany de Banyoles i correlacionar la meteorologia amb els processos de fluïdització que s'hi produeixen. S'han trobat els patrons atmosfèrics que generen els esdeveniments de les fluïditzacions així com la seva freqüència. Això és crucial per a determinar la qualitat de l'aigua de l'estany. S'han trobat inhomogeneïtats espacials tant en el plomall crònic que es desenvolupa en la cubeta B1, com en el plomall episòdic de la cubeta B2. S'ha caracteritzat l'estructura del plomall generat a la cubeta B2 i s'ha comparat amb el desenvolupat a la cubeta B1. Finalment, s'han realitzat simulacions numèriques mitjançant un model numèric: MIT General Circulation Model, en el qual s'ha hagut de fer canvis en les condicions de contorn per a situar la font convectiva al fons de la columna d'aigua. Les simulacions s'han comparat amb els resultats experimentals trobats mitjançant campanyes.

Processes influencing ozone levels in Alaskan forest fire plumes during long-range transport over the North Atlantic

A case of long-range transport of a biomass burning plume from Alaska to Europe is analyzed using a Lagrangian approach. This plume was sampled several times in the free troposphere over North America, the North Atlantic and Europe by three different aircraft during the IGAC Lagrangian 2K4 experiment which was part of the ICARTT/ITOP measurement intensive in summer 2004. Measurements in the plume showed enhanced values of CO, VOCs and NOy, mainly in form of PAN. Observed O3 levels increased by 17 ppbv over 5 days. A photochemical trajectory model, CiTTyCAT, was used to examine processes responsible for the chemical evolution of the plume. The model was initialized with upwind data and compared with downwind measurements. The influence of high aerosol loading on photolysis rates in the plume was investigated using in situ aerosol measurements in the plume and lidar retrievals of optical depth as input into a photolysis code (Fast-J), run in the model. Significant impacts on photochemistry are found with a decrease of 18% in O3 production and 24% in O3 destruction over 5 days when including aerosols. The plume is found to be chemically active with large O3 increases attributed primarily to PAN decomposition during descent of the plume toward Europe. The predicted O3 changes are very dependent on temperature changes during transport and also on water vapor levels in the lower troposphere which can lead to O3 destruction. Simulation of mixing/dilution was necessary to reproduce observed pollutant levels in the plume. Mixing was simulated using background concentrations from measurements in air masses in close proximity to the plume, and mixing timescales (averaging 6.25 days) were derived from CO changes. Observed and simulated O3/CO correlations in the plume were also compared in order to evaluate the photochemistry in the model. Observed slopes change from negative to positive over 5 days. This change, which can be attributed largely to photochemistry, is well reproduced by multiple model runs even if slope values are slightly underestimated suggesting a small underestimation in modeled photochemical O3 production. The possible impact of this biomass burning plume on O3 levels in the European boundary layer was also examined by running the model for a further 5 days and comparing with data collected at surface sites, such as Jungfraujoch, which showed small O3 increases and elevated CO levels. The model predicts significant changes in O3 over the entire 10 day period due to photochemistry but the signal is largely lost because of the effects of dilution. However, measurements in several other BB plumes over Europe show that O3 impact of Alaskan fires can be potentially significant over Europe.

Wind-tunnel modelling of dispersion from a scalar area source in urban-like roughness

A wind-tunnel study was conducted to investigate ventilation of scalars from urban-like geometries at neighbourhood scale by exploring two different geometries a uniform height roughness and a non-uniform height roughness, both with an equal plan and frontal density of λ p = λ f = 25%. In both configurations a sub-unit of the idealized urban surface was coated with a thin layer of naphthalene to represent area sources. The naphthalene sublimation method was used to measure directly total area-averaged transport of scalars out of the complex geometries. At the same time, naphthalene vapour concentrations controlled by the turbulent fluxes were detected using a fast Flame Ionisation Detection (FID) technique. This paper describes the novel use of a naphthalene coated surface as an area source in dispersion studies. Particular emphasis was also given to testing whether the concentration measurements were independent of Reynolds number. For low wind speeds, transfer from the naphthalene surface is determined by a combination of forced and natural convection. Compared with a propane point source release, a 25% higher free stream velocity was needed for the naphthalene area source to yield Reynolds-number-independent concentration fields. Ventilation transfer coefficients w T /U derived from the naphthalene sublimation method showed that, whilst there was enhanced vertical momentum exchange due to obstacle height variability, advection was reduced and dispersion from the source area was not enhanced. Thus, the height variability of a canopy is an important parameter when generalising urban dispersion. Fine resolution concentration measurements in the canopy showed the effect of height variability on dispersion at street scale. Rapid vertical transport in the wake of individual high-rise obstacles was found to generate elevated point-like sources. A Gaussian plume model was used to analyse differences in the downstream plumes. Intensified lateral and vertical plume spread and plume dilution with height was found for the non-uniform height roughness

A stochastic parameterization for deep convection based on equilibrium statistics

A stochastic parameterization scheme for deep convection is described, suitable for use in both climate and NWP models. Theoretical arguments and the results of cloud-resolving models, are discussed in order to motivate the form of the scheme. In the deterministic limit, it tends to a spectrum of entraining/detraining plumes and is similar to other current parameterizations. The stochastic variability describes the local fluctuations about a large-scale equilibrium state. Plumes are drawn at random from a probability distribution function (pdf) that defines the chance of finding a plume of given cloud-base mass flux within each model grid box. The normalization of the pdf is given by the ensemble-mean mass flux, and this is computed with a CAPE closure method. The characteristics of each plume produced are determined using an adaptation of the plume model from the Kain-Fritsch parameterization. Initial tests in the single column version of the Unified Model verify that the scheme is effective in producing the desired distributions of convective variability without adversely affecting the mean state.

A review of the theoretical basis for bulk mass flux convective parameterization

Most parameterizations for precipitating convection in use today are bulk schemes, in which an ensemble of cumulus elements with different properties is modelled as a single, representative entraining-detraining plume. We review the underpinning mathematical model for such parameterizations, in particular by comparing it with spectral models in which elements are not combined into the representative plume. The chief merit of a bulk model is that the representative plume can be described by an equation set with the same structure as that which describes each element in a spectral model. The equivalence relies on an ansatz for detrained condensate introduced by Yanai et al. (1973) and on a simplified microphysics. There are also conceptual differences in the closure of bulk and spectral parameterizations. In particular, we show that the convective quasi-equilibrium closure of Arakawa and Schubert (1974) for spectral parameterizations cannot be carried over to a bulk parameterization in a straightforward way. Quasi-equilibrium of the cloud work function assumes a timescale separation between a slow forcing process and a rapid convective response. But, for the natural bulk analogue to the cloud-work function (the dilute CAPE), the relevant forcing is characterised by a different timescale, and so its quasi-equilibrium entails a different physical constraint. Closures of bulk parameterization that use the non-entraining parcel value of CAPE do not suffer from this timescale issue. However, the Yanai et al. (1973) ansatz must be invoked as a necessary ingredient of those closures.