Studies on optical attenuation in sea water using dye laser and laser propagation in a turbulent medium

The central theme of the work presented in this thesis is a careful investigation of the factors influencing the attenuation of laser beam through sea water. The thesis presents a detailed report of the work done by the author on the attenuation studies in sea water and on laser propagation through a turbulent medium. The thesis contains six chapters which are more or less self-contained with separate abstracts and references. The first chapter is divided into two parts. The first part introduces the subject of laser propagation through sea water. It includes a brief description of optical properties of sea water followed by a review of the earlier works on attenuation studies in water. The second part gives the theoretical background of the problem of laser propagation through a turbulent medium.

A study on fuzzy semi inner product spaces

Mathematical models are often used to describe physical realities. However, the physical realities are imprecise while the mathematical concepts are required to be precise and perfect. Even mathematicians like H. Poincare worried about this. He observed that mathematical models are over idealizations, for instance, he said that only in Mathematics, equality is a transitive relation. A first attempt to save this situation was perhaps given by K. Menger in 1951 by introducing the concept of statistical metric space in which the distance between points is a probability distribution on the set of nonnegative real numbers rather than a mere nonnegative real number. Other attempts were made by M.J. Frank, U. Hbhle, B. Schweizer, A. Sklar and others. An aspect in common to all these approaches is that they model impreciseness in a probabilistic manner. They are not able to deal with situations in which impreciseness is not apparently of a probabilistic nature. This thesis is confined to introducing and developing a theory of fuzzy semi inner product spaces.

Quantile based entropy function in past lifetime

Di Crescenzo and Longobardi (2002) introduced a measure of uncertainty in past lifetime distributions and studied its relationship with residual entropy function. In the present paper, we introduce a quantile version of the entropy function in past lifetime and study its properties. Unlike the measure of uncertainty given in Di Crescenzo and Longobardi (2002) the proposed measure uniquely determines the underlying probability distribution. The measure is used to study two nonparametric classes of distributions. We prove characterizations theorems for some well known quantile lifetime distributions

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray Stefan Rohrer Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes, gefördert von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG), wurden am Institut für Mikroelektronik (IPM) der Universität Kassel digitale Magnetfeldsensoren mit einer Breite bis zu 1 µm entwickelt. Die vorliegende Dissertation stellt ein aus diesem Forschungsprojekt entstandenes Magnetfeld-Sensorarray vor, das speziell dazu entworfen wurde, um digitale Magnetfelder schnell und auf minimaler Fläche mit einer guten räumlichen und zeitlichen Auflösung zu detektieren. Der noch in einem 1,0µm-CMOS-Prozess gefertigte Test-Chip arbeitet bis zu einer Taktfrequenz von 27 MHz bei einem Sensorabstand von 6,75 µm. Damit ist er das derzeit kleinste und schnellste digitale Magnetfeld-Sensorarray in einem Standard-CMOS-Prozess. Konvertiert auf eine 0,09µm-Technologie können Frequenzen bis 1 GHz erreicht werden bei einem Sensorabstand von unter 1 µm. In der Dissertation werden die wichtigsten Ergebnisse des Projekts detailliert beschrieben. Basis des Sensors ist eine rückgekoppelte Inverter-Anordnung. Als magnetfeldsensitives Element dient ein auf dem Hall-Effekt basierender Doppel-Drain-MAGFET, der das Verhalten der Kippschaltung beeinflusst. Aus den digitalen Ausgangsdaten kann die Stärke und die Polarität des Magnetfelds bestimmt werden. Die Gesamtanordnung bildet einen stochastischen Magnetfeld-Sensor. In der Arbeit wird ein Modell für das Kippverhalten der rückgekoppelten Inverter präsentiert. Die Rauscheinflüsse des Sensors werden analysiert und in einem stochastischen Differentialgleichungssystem modelliert. Die Lösung der stochastischen Differentialgleichung zeigt die Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Ausgangssignals über die Zeit und welche Einflussfaktoren die Fehlerwahrscheinlichkeit des Sensors beeinflussen. Sie gibt Hinweise darauf, welche Parameter für das Design und Layout eines stochastischen Sensors zu einem optimalen Ergebnis führen. Die auf den theoretischen Berechnungen basierenden Schaltungen und Layout-Komponenten eines digitalen stochastischen Sensors werden in der Arbeit vorgestellt. Aufgrund der technologisch bedingten Prozesstoleranzen ist für jeden Detektor eine eigene kompensierende Kalibrierung erforderlich. Unterschiedliche Realisierungen dafür werden präsentiert und bewertet. Zur genaueren Modellierung wird ein SPICE-Modell aufgestellt und damit für das Kippverhalten des Sensors eine stochastische Differentialgleichung mit SPICE-bestimmten Koeffizienten hergeleitet. Gegenüber den Standard-Magnetfeldsensoren bietet die stochastische digitale Auswertung den Vorteil einer flexiblen Messung. Man kann wählen zwischen schnellen Messungen bei reduzierter Genauigkeit und einer hohen lokalen Auflösung oder einer hohen Genauigkeit bei der Auswertung langsam veränderlicher Magnetfelder im Bereich von unter 1 mT. Die Arbeit präsentiert die Messergebnisse des Testchips. Die gemessene Empfindlichkeit und die Fehlerwahrscheinlichkeit sowie die optimalen Arbeitspunkte und die Kennliniencharakteristik werden dargestellt. Die relative Empfindlichkeit der MAGFETs beträgt 0,0075/T. Die damit erzielbaren Fehlerwahrscheinlichkeiten werden in der Arbeit aufgelistet. Verglichen mit dem theoretischen Modell zeigt das gemessene Kippverhalten der stochastischen Sensoren eine gute Übereinstimmung. Verschiedene Messungen von analogen und digitalen Magnetfeldern bestätigen die Anwendbarkeit des Sensors für schnelle Magnetfeldmessungen bis 27 MHz auch bei kleinen Magnetfeldern unter 1 mT. Die Messungen der Sensorcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen, dass die Empfindlichkeit bei sehr tiefen Temperaturen deutlich steigt aufgrund der Abnahme des Rauschens. Eine Zusammenfassung und ein ausführliches Literaturverzeichnis geben einen Überblick über den Stand der Technik.

Bayesian tools for zero counts in compositional data

The log-ratio methodology makes available powerful tools for analyzing compositional data. Nevertheless, the use of this methodology is only possible for those data sets without null values. Consequently, in those data sets where the zeros are present, a previous treatment becomes necessary. Last advances in the treatment of compositional zeros have been centered especially in the zeros of structural nature and in the rounded zeros. These tools do not contemplate the particular case of count compositional data sets with null values. In this work we deal with \count zeros" and we introduce a treatment based on a mixed Bayesian-multiplicative estimation. We use the Dirichlet probability distribution as a prior and we estimate the posterior probabilities. Then we apply a multiplicative modi¯cation for the non-zero values. We present a case study where this new methodology is applied. Key words: count data, multiplicative replacement, composition, log-ratio analysis

Factores de riesgo cardiovascular en trabajadores de una institución universitaria Bogotá D.C- Colombia

Introducción: la enfermedad cardiovascular es la primera causa de morbi-mortalidad en los países desarrollados, y en algunos en transición como es el caso de Colombia. Según la Organización Mundial de la Salud, las enfermedades cardiovasculares causan 17.5 millones de muertes en el mundo cada año y representan la mitad de todas las muertes en los Estados Unidos y otros países desarrollados. Objetivo: describir la prevalencia de los factores de riesgo cardiovascular en trabajadores de una Institución Universitaria de la ciudad de Bogotá D.C, con el fin de establecer estrategias de promoción de la salud y prevención de enfermedad cardiovascular. Metodología: estudio descriptivo de corte transversal, a través de una muestra de sujetos voluntarios con libre participación. Los trabajadores que decidieron participar se les aplico un cuestionario y se realizó una muestra de sangre por llenado capilar, empleando la técnica de Química Seca (Reflotrón). Acuden 751 trabajadores. Se utilizo un formato como método para recolección de información del examen físico, resultados de paraclínicos y antecedentes de factores de riesgo cardiovascular. Resultados: se realizo la encuesta a 751 trabajadores de las cuales la media de edad fue de 39,7 años. De la población evaluada el 70% pertenecía al género femenino y 30% al género masculino. El 38,6% presentó dislipidemia (colesterol y/o triglicéridos elevados) ;el 7% de la población presentaba diabetes; en diferentes grados de obesidad 6,2% y en sobrepeso se encontraba el 36,8% ; 11,1% son fumadores; y una cifra elevada del 58,7% llevaba una vida sedentaria. El análisis bivariado permitió identificar la relación entre los factores de riesgo y el tipo de trabajador, El valor obtenido se encuentra dentro del rango de mayor probabilidad según la distribución ji-cuadrado frente al factor de riesgo de dislipidemia y sedentarismo. Conclusión: la prevalencia de factores de riesgo en este estudio ha sido similar a la de otros estudios en demás países occidentales; se observó diferencia significativa en la vida sedentaria. Se notó un incremento de los factores de riesgo para las enfermedades cardiovasculares correlacionándolas con la edad, lo cual permite empezar a adoptar y modificar el estilo de vida para disminuir los riesgos de las enfermedades cardiovasculares.

Una aproximación de la variable aleatoria a procesos de toma de decisión que implican condiciones de riesgo e incertidumbre

La variable aleatoria es una función matemática que permite asignar valores numéricos a cada uno de los posibles resultados obtenidos en un evento de naturaleza aleatoria. Si el número de estos resultados se puede contar, se tiene un conjunto discreto; por el contrario, cuando el número de resultados es infinito y no se puede contar, se tiene un conjunto continuo. El objetivo de la variable aleatoria es permitir adelantar estudios probabilísticos y estadísticos a partir del establecimiento de una asignación numérica a través de la cual se identifiquen cada uno de los resultados que pueden ser obtenidos en el desarrollo de un evento determinado. El valor esperado y la varianza son los parámetros por medio de los cuales es posible caracterizar el comportamiento de los datos reunidos en el desarrollo de una situación experimental; el valor esperado permite establecer el valor sobre el cual se centra la distribución de la probabilidad, mientras que la varianza proporciona información acerca de la manera como se distribuyen los datos obtenidos. Adicionalmente, las distribuciones de probabilidad son funciones numéricas asociadas a la variable aleatoria que describen la asignación de probabilidad para cada uno de los elementos del espacio muestral y se caracterizan por ser un conjunto de parámetros que establecen su comportamiento funcional, es decir, cada uno de los parámetros propios de la distribución suministra información del experimento aleatorio al que se asocia. El documento se cierra con una aproximación de la variable aleatoria a procesos de toma de decisión que implican condiciones de riesgo e incertidumbre.

Aplicación de colas de Poisson en procesos de ‘toma de decisiones’ en la gestión de servicios médicos

En este documento se revisa teóricamente la distribución de probabilidad de Poisson como función que asigna a cada suceso definido, sobre una variable aleatoria discreta, la probabilidad de ocurrencia en un intervalo de tiempo o región del espacio disjunto. Adicionalmente se revisa la distribución exponencial negativa empleada para modelar el intervalo de tiempo entre eventos consecutivos de Poisson que ocurren de manera independiente; es decir, en los cuales la probabilidad de ocurrencia de los eventos sucedidos en un intervalo de tiempo no depende de los ocurridos en otros intervalos de tiempo, por esta razón se afirma que es una distribución que no tiene memoria. El proceso de Poisson relaciona la función de Poisson, que representa un conjunto de eventos independientes sucedidos en un intervalo de tiempo o región del espacio con los tiempos dados entre la ocurrencia de los eventos según la distribución exponencial negativa. Los anteriores conceptos se usan en la teoría de colas, rama de la investigación de operaciones que describe y brinda soluciones a situaciones en las que un conjunto de individuos o elementos forman colas en espera de que se les preste un servicio, por lo cual se presentan ejemplos de aplicación en el ámbito médico.

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

Operations on Risk Variables

In the article the author considers and analyzes operations and functions on risk variables. She takes into account the following variables: the sum of risk variables, its product, multiplication by a constant, division, maximum, minimum and median of a sum of random variables. She receives the formulas for probability distribution and basic distribution parameters. She conducts the analysis for dependent and independent random variables. She propose the examples of the situations in the economy and production management of risk modelled by this operations. The analysis is conducted with the way of mathematical proving. Some of the formulas presented are taken from the literature but others are the permanent results of the author.

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.

Modelling seasonally varying data: A case study for sudden infant death syndrome (SIDS)

Many time series are measured monthly, either as averages or totals, and such data often exhibit seasonal variability-the values of the series are consistently larger for some months of the year than for others. A typical series of this type is the number of deaths each month attributed to SIDS (Sudden Infant Death Syndrome). Seasonality can be modelled in a number of ways. This paper describes and discusses various methods for modelling seasonality in SIDS data, though much of the discussion is relevant to other seasonally varying data. There are two main approaches, either fitting a circular probability distribution to the data, or using regression-based techniques to model the mean seasonal behaviour. Both are discussed in this paper.

North Atlantic Oscillation response to transient greenhouse gas forcing and the impact on European winter climate: a CMIP2 multi-model assessment

This study investigates the response of wintertime North Atlantic Oscillation (NAO) to increasing concentrations of atmospheric carbon dioxide (CO2) as simulated by 18 global coupled general circulation models that participated in phase 2 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP2). NAO has been assessed in control and transient 80-year simulations produced by each model under constant forcing, and 1% per year increasing concentrations of CO2, respectively. Although generally able to simulate the main features of NAO, the majority of models overestimate the observed mean wintertime NAO index of 8 hPa by 5-10 hPa. Furthermore, none of the models, in either the control or perturbed simulations, are able to reproduce decadal trends as strong as that seen in the observed NAO index from 1970-1995. Of the 15 models able to simulate the NAO pressure dipole, 13 predict a positive increase in NAO with increasing CO2 concentrations. The magnitude of the response is generally small and highly model-dependent, which leads to large uncertainty in multi-model estimates such as the median estimate of 0.0061 +/- 0.0036 hPa per %CO2. Although an increase of 0.61 hPa in NAO for a doubling in CO2 represents only a relatively small shift of 0.18 standard deviations in the probability distribution of winter mean NAO, this can cause large relative increases in the probabilities of extreme values of NAO associated with damaging impacts. Despite the large differences in NAO responses, the models robustly predict similar statistically significant changes in winter mean temperature (warmer over most of Europe) and precipitation (an increase over Northern Europe). Although these changes present a pattern similar to that expected due to an increase in the NAO index, linear regression is used to show that the response is much greater than can be attributed to small increases in NAO. NAO trends are not the key contributor to model-predicted climate change in wintertime mean temperature and precipitation over Europe and the Mediterranean region. However, the models' inability to capture the observed decadal variability in NAO might also signify a major deficiency in their ability to simulate the NAO-related responses to climate change.

The rise and fall of open solar flux during the current grand solar maximum

We use geomagnetic activity data to study the rise and fall over the past century of the solar wind flow speed VSW, the interplanetary magnetic field strength B, and the open solar flux FS. Our estimates include allowance for the kinematic effect of longitudinal structure in the solar wind flow speed. As well as solar cycle variations, all three parameters show a long-term rise during the first half of the 20th century followed by peaks around 1955 and 1986 and then a recent decline. Cosmogenic isotope data reveal that this constitutes a grand maximum of solar activity which began in 1920, using the definition that such grand maxima are when 25-year averages of the heliospheric modulation potential exceeds 600 MV. Extrapolating the linear declines seen in all three parameters since 1985, yields predictions that the grand maximum will end in the years 2013, 2014, or 2027 using VSW, FS, or B, respectively. These estimates are consistent with predictions based on the probability distribution of the durations of past grand solar maxima seen in cosmogenic isotope data. The data contradict any suggestions of a floor to the open solar flux: we show that the solar minimum open solar flux, kinematically corrected to allow for the excess flux effect, has halved over the past two solar cycles.

Evaluation of a predictive model for Mycosphaerella graminicola for economic and environmental benefits

A method was developed to evaluate crop disease predictive models for their economic and environmental benefits. Benefits were quantified as the value of a prediction measured by costs saved and fungicide dose saved. The value of prediction was defined as the net gain made by using predictions, measured as the difference between a scenario where predictions are available and used and a scenario without prediction. Comparable 'with' and 'without' scenarios were created with the use of risk levels. These risk levels were derived from a probability distribution fitted to observed disease severities. These distributions were used to calculate the probability that a certain disease induced economic loss was incurred. The method was exemplified by using it to evaluate a model developed for Mycosphaerella graminicola risk prediction. Based on the value of prediction, the tested model may have economic and environmental benefits to growers if used to guide treatment decisions on resistant cultivars. It is shown that the value of prediction measured by fungicide dose saved and costs saved is constant with the risk level. The model could also be used to evaluate similar crop disease predictive models.