A three dimensional study of heat transfer in a supercritical circulating fluidized bed combustor

From the boiler design point of view, it is imperative to know and understand the operation of the boiler. Since comprehensive measurement of a large furnace is impossible, the furnace can be modeled in order to study its behavior and phenomena. This requires the used model to be validated to correspond with the physical furnace behavior. In this thesis, a three dimensional furnace model is validated to match a bituminous coal utilizing, supercritical once-through circulating fluidized bed combustor based on measurement data. The validated model is used for analyzing the furnace heat transfer. Other heat transfer analysis methods are energy balance method based on tube surface temperature measurements and a method based on measured temperature difference between the tube crest and the fin. The latter method was developed in the thesis using Fluent-software. In the theory part, literature is reviewed and the fundamental aspects of circulating fluidized bed are discussed. These aspects are solid particle behavior in fluidization known as hydrodynamics, behavior of fuel and combustion and heat transfer. Fundamental aspects of modeling are also presented.

Circular Spectropolarimetric Studies of DQ White Dwarfs

This thesis summarizes studies of a class of white dwarfs (WDs) called DQ WDs. White dwarfs are the remnants of ordinary stars like our Sun that have run out of nuclear fuel. WDs are classified according to the composition of their atmosphere and DQ WDs have an atmosphere made of helium and carbon. The carbon comes in either atomic or molecular form and in some cases the strong spectral absorption features cover the entire optical wavelength region. The research presented here utilizes spectropolarimetry, which is an observational technique that combines spectroscopy and polarization. Separately these allow to study the composition of a target and the inhomogeneous distribution of matter in the target. Put together they form a powerful tool to probe the physical properties in the atmosphere of a star. It is espacially good for detecting magnetic fields. The papers in this thesis describe efforts to do a survey of DQ white dwarfs with spectropolarimetry in order to search for magnetic fields in them. Paper I describes the discovery of a new magnetic cool DQ white dwarf, GJ841B. Initial modeling of molecular features on DQ WDs showed inconsistencies with observations. The first possible solution to this problem was stellar spots on these WDs. To investigate the matter, two DQ WDs were monitored for photometric variability that could arise from the presence of such spots. Paper II summarizes this short campaign and reports the negative results. Paper III reports observations of the rest of the objects in our survey. The paper includes the discovery of polarization from another cool DQ white dwarf, bringing the total of known magnetic cool DQs to three. Unfortunately the model used in this thesis cannot, in its present state, be used to model these objects nor are the observations of high enough spectroscopic resolution to do so.

Partially folded intermediates during trypsinogen denaturation

The equilibrium unfolding of bovine trypsinogen was studied by circular dichroism, differential spectra and size exclusion HPLC. The change in free energy of denaturation was = 6.99 ± 1.40 kcal/mol for guanidine hydrochloride and = 6.37 ± 0.57 kcal/mol for urea. Satisfactory fits of equilibrium unfolding transitions required a three-state model involving an intermediate in addition to the native and unfolded forms. Size exclusion HPLC allowed the detection of an intermediate population of trypsinogen whose Stokes radii varied from 24.1 ± 0.4 Å to 26.0 ± 0.3 Å for 1.5 M and 2.5 M guanidine hydrochloride, respectively. During urea denaturation, the range of Stokes radii varied from 23.9 ± 0.3 Å to 25.7 ± 0.6 Å for 4.0 M and 6.0 M urea, respectively. Maximal intrinsic fluorescence was observed at about 3.8 M urea with 8-aniline-1-naphthalene sulfonate (ANS) binding. These experimental data indicate that the unfolding of bovine trypsinogen is not a simple transition and suggest that the equilibrium intermediate population comprises one intermediate that may be characterized as a molten globule. To obtain further insight by studying intermediates representing different stages of unfolding, we hope to gain a better understanding of the complex interrelations between protein conformation and energetics.

Adaptive Markov chain Monte Carlo and Bayesian filtering for state space models

This thesis is concerned with the state and parameter estimation in state space models. The estimation of states and parameters is an important task when mathematical modeling is applied to many different application areas such as the global positioning systems, target tracking, navigation, brain imaging, spread of infectious diseases, biological processes, telecommunications, audio signal processing, stochastic optimal control, machine learning, and physical systems. In Bayesian settings, the estimation of states or parameters amounts to computation of the posterior probability density function. Except for a very restricted number of models, it is impossible to compute this density function in a closed form. Hence, we need approximation methods. A state estimation problem involves estimating the states (latent variables) that are not directly observed in the output of the system. In this thesis, we use the Kalman filter, extended Kalman filter, Gauss–Hermite filters, and particle filters to estimate the states based on available measurements. Among these filters, particle filters are numerical methods for approximating the filtering distributions of non-linear non-Gaussian state space models via Monte Carlo. The performance of a particle filter heavily depends on the chosen importance distribution. For instance, inappropriate choice of the importance distribution can lead to the failure of convergence of the particle filter algorithm. In this thesis, we analyze the theoretical Lᵖ particle filter convergence with general importance distributions, where p ≥2 is an integer. A parameter estimation problem is considered with inferring the model parameters from measurements. For high-dimensional complex models, estimation of parameters can be done by Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods. In its operation, the MCMC method requires the unnormalized posterior distribution of the parameters and a proposal distribution. In this thesis, we show how the posterior density function of the parameters of a state space model can be computed by filtering based methods, where the states are integrated out. This type of computation is then applied to estimate parameters of stochastic differential equations. Furthermore, we compute the partial derivatives of the log-posterior density function and use the hybrid Monte Carlo and scaled conjugate gradient methods to infer the parameters of stochastic differential equations. The computational efficiency of MCMC methods is highly depend on the chosen proposal distribution. A commonly used proposal distribution is Gaussian. In this kind of proposal, the covariance matrix must be well tuned. To tune it, adaptive MCMC methods can be used. In this thesis, we propose a new way of updating the covariance matrix using the variational Bayesian adaptive Kalman filter algorithm.

Three-dimensional modeling of biomass fuel flow in a circulating fluidized bed furnace

The reduction of greenhouse gas emissions in the European Union promotes the combustion of biomass rather than fossil fuels in energy production. Circulating fluidized bed (CFB) combustion offers a simple, flexible and efficient way to utilize untreated biomass in a large scale. CFB furnaces are modeled in order to understand their operation better and to help in the design of new furnaces. Therefore, physically accurate models are needed to describe the heavily coupled multiphase flow, reactions and heat transfer inside the furnace. This thesis presents a new model for the fuel flow inside the CFB furnace, which acknowledges the physical properties of the fuel and the multiphase flow phenomena inside the furnace. This model is applied with special interest in the firing of untreated biomass. An experimental method is utilized to characterize gas-fuel drag force relations. This characteristic drag force approach is developed into a gas-fuel drag force model suitable for irregular, non-spherical biomass particles and applied together with the new fuel flow model in the modeling of a large-scale CFB furnace. The model results are physically valid and achieve very good correspondence with the measurement results from large-scale CFB furnace firing biomass. With the methods and models presented in this work, the fuel flow field inside a circulating fluidized bed furnace can be modeled with better accuracy and more efficiently than in previous studies with a three-dimensional holistic model frame.

Characterization of the state transition in the cyanobacterium synechococcus sp. 7002 and a phycobilisome-less Mutant

ABSTRACT Photosynthetic state transitions were investigated in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002 in both wild-type cells and mutant cells lacking phycobilisomes. Preillumination in the presence of DCMU (3(3,4 dichlorophenyl) 1,1 dimethyl urea) induced state 1 and dark adaptation induced state 2 in both wild-type and mutant cells as determined by 77K fluorescence emission spectroscopy. Light-induced transitions were observed in the wildtype after preferential excitation of phycocyanin (state 2) or preferential excitation of chlorophyll .a. (state 1). The state 1 and 2 transitions in the wild-type had half-times of approximately 10 seconds. Cytochrome f and P-700 oxidation kinetics could not be correlated with any current state transition model as cells in state 1 showed faster oxidation kinetics regardless of excitation wavelength. Light-induced transitions were also observed in the phycobilisomeless mutant after preferential excitation of short wavelength chlorophyll !l. (state 2) or carotenoids and long wavelength chlorophyll it (state 1). One-dimensional electrophoresis revealed no significant differences in phosphorylation patterns of resolved proteins between wild-type cells in state 1 and state 2. It is concluded that the mechanism of the light state transition in cyanobacteria does not require the presence of the phycobilisome. The results contradict proposed models for the state transition which require an active role for the phycobilisome.

Dynamique de recombinaison dans les puits quantiques InGaN/GaN

Nous étudions la recombinaison radiative des porteurs de charges photogénérés dans les puits quantiques InGaN/GaN étroits (2 nm). Nous caractérisons le comportement de la photoluminescence face aux différentes conditions expérimentales telles la température, l'énergie et la puissance de l'excitation et la tension électrique appliquée. Ces mesures montrent que l'émission provient d'états localisés. De plus, les champs électriques, présents nativement dans ces matériaux, n'ont pas une influence dominante sur la recombinaison des porteurs. Nous avons montré que le spectre d'émission se modifie significativement et subitement lorsque la puissance de l'excitation passe sous un certain seuil. L'émission possède donc deux ``phases'' dont nous avons déterminé le diagramme. La phase adoptée dépend à la fois de la puissance, de la température et de la tension électrique appliquée. Nous proposons que la phase à basse puissance soit associée à un état électriquement chargé dans le matériau. Ensuite, nous avons caractérisé la dynamique temporelle de notre échantillon. Le taux de répétition de l'excitation a une influence importante sur la dynamique mesurée. Nous concluons qu'elle ne suit pas une exponentielle étirée comme on le pensait précédemment. Elle est exponentielle à court temps et suit une loi de puissance à grand temps. Ces deux régimes sont lié à un seul et même mécanisme de recombinaison. Nous avons développé un modèle de recombinaison à trois niveaux afin d'expliquer le comportement temporel de la luminescence. Ce modèle suppose l'existence de centres de localisation où les porteurs peuvent se piéger, indépendamment ou non. L'électron peut donc se trouver sur un même centre que le trou ou sur n'importe quel autre centre. En supposant le transfert des porteurs entre centres par saut tunnel on détermine, en fonction de la distribution spatiale des centres, la dynamique de recombinaison. Ce modèle indique que la recombinaison dans les puits InGaN/GaN minces est liée à des agglomérats de centre de localisation.

Le dilemme de la promotion de la santé en Amérique latine : les cas de l’Argentine et du Brésil

À partir des années 1980, la théorisation de la promotion de la santé et sa mise en place font partie de l’agenda des organisations internationales de santé et de plusieurs gouvernements. Cependant, une certaine tension est observable dans la compréhension de la promotion de la santé, et ce, dès ses débuts. En effet, elle est conçue en général selon une approche comportementale comme stratégie pour le changement de comportements individuels ou collectifs qui met l’accent sur les facteurs de risque et très peu fréquemment conçue selon une approche structurelle, incluant une action sur les déterminants structurels des sociétés responsables de l’état de santé des populations dans une mesure plus importante que les systèmes de soins. Cette recherche qualitative –étude de cas multiples- menée en Argentine et au Brésil, vise à analyser la place et la compréhension de la promotion de la santé dans les politiques nationales de santé de deux pays à travers l’analyse du processus d’élaboration des politiques publiques. Nous viserons à distinguer la promotion de la santé en tant que comportementale ou structurelle et à expliquer les raisons pour lesquelles elle est comprise de telle ou telle autre façon. Finalement, nous essayerons d’identifier les opportunités pour qu’une approche structurelle de la promotion de la santé soit adoptée dans la politique nationale de santé. Les données analysées proviennent d’entrevues semi-structurées (n=28) et de documents divers : sites gouvernementaux sur Internet, documents remis par les interviewés, documents officiels, soit gouvernementaux, soit des organismes de coopération et de financement. Notre cadre conceptuel s’est inspiré des trois modèles : celui du changement des politiques publiques de Sabatier et Jenkins-Smith (1999 ; 2009), celui des courants politiques de Kingdon (1984) et le cadre conceptuel proposé par Walt (1994) pour l’analyse du rôle des organisations internationales. Nous avons identifié deux niveaux d’analyse : l’organisation de l’État et le sous-système de santé. Nous avons aussi tenu compte de l’influence des événements externes et des organisations internationales de coopération technique et de financement. Notre démarche vise à observer, à analyser et à comprendre la façon dont ces niveaux influencent la place et la compréhension de la promotion de la santé dans la politique nationale de santé. La perspective temporelle de plus de douze années nous a permis de mener une analyse sur plusieurs années et de mieux comprendre le changement de la politique de santé à différents moments de son histoire ainsi que l’identification des acteurs et des coalitions les plus importants depuis l’origine des champs de la santé publique dans les deux pays. Les résultats de notre analyse montrent que la promotion de la santé – conçue selon une approche structurelle – ne fait pas encore partie du courant principal de la politique nationale de santé dans aucun des deux pays. Cependant, les explications diffèrent : En Argentine, on observe un sous-système de santé fragmenté avec prédominance du modèle médical ; les actions menées renforcent ce fonctionnement en ne permettant pas la discussion à propos des valeurs sous-jacentes à l’organisation du système de santé ni sur son changement en fonction des besoins de santé du pays. Au Brésil, la réforme sanitaire questionne le modèle préexistant et arrive à instaurer la santé comme droit au niveau de l’État. L’accent mis sur l’organisation des services réduit la compréhension de la promotion de la santé à une « politique nationale de promotion de la santé » qui vise le changement des comportements. L’analyse du rôle des organisations internationales montre deux situations différentes dans les deux pays : pour l’Argentine, il existe une dépendance majeure autant à l’agenda qu’au financement de ces organisations. Le manque d’un agenda national en matière de promotion de la santé fait que le pays adopte l’agenda international avec très peu des questionnements. Dans le cas du Brésil, la situation est bien différente et on observe une capacité importante à négocier avec la coopération internationale. Cela se fait aussi avec un intérêt du pays pour l’adoption de l’agenda des organisations internationales dans le but d’une reconnaissance et de sa participation à des instances internationales. Alors, pour des raisons différentes, les deux pays adoptent l’agenda international de la promotion de la santé avec une approche comportementale. À partir de notre recherche, nous considérons que cinq réflexions doivent guider l’analyse de la promotion de la santé en Amérique latine : 1) Les processus de réforme de l’État des années 1990 et ses conséquences actuelles (type de réforme, valeurs sociétales, arrangements constitutionnels) ; 2) Les processus de réforme des systèmes de santé avec un regard sur la composante de décentralisation (réforme sanitaire ou administrative ?, quel modèle prédomine dans le champ de la santé publique ?) ; 3) La revalorisation des soins primaires de santé de la fin des années 1990 (quel impact dans le pays ?) ; 4) La tendance à la réduction des propositions élargies autant des politiques que des programmes ; et 5) Les défis actuels des systèmes de santé (travailler avec d’autres secteurs pour produire de la santé, pour incorporer et pour mieux maîtriser les déterminants sociaux et structuraux de santé). Les résultats de notre analyse nous permettent d’identifier l’importance du rôle du gouvernement national par rapport au développement et à la compréhension de la promotion de la santé. De plus, cette recherche montre que même s’il existe une influence du contexte et de l’idéologie du gouvernement sur la compréhension de la promotion et l’inclusion des déterminants sociaux de santé, c’est l’organisation de l’État avec ces valeurs de base qui sera déterminante dans la création des conditions pour le développement d’une promotion de la santé structurelle. Alors que la littérature sur la promotion de la santé accorde encore très peu de place au rôle du niveau national et de l’État dans son développement, il est clair que ces derniers ont un impact fondamental sur la place de la promotion de la santé dans la politique et sur la façon de la comprendre et de la mettre en place. Les théories utilisées pour cette recherche nous ont aidée à modéliser notre cadre conceptuel et à mener une démarche d’analyse des politiques publiques. Cette démarche permet d’améliorer les connaissances sur le changement de la politique nationale de santé par rapport à la promotion de la santé en tenant compte des dynamiques gouvernementales, champ peu exploré encore. Ce cadre conceptuel, à la fois souple et rigoureux, pourrait s’avérer approprié pour mener d’autres recherches similaires portant sur la place et la compréhension de la promotion de la santé dans les politiques nationales de santé dans d’autres pays de l’Amérique latine.

Essays on numerically efficient inference in nonlinear and non-Gaussian state space models, and commodity market analysis.

The first two articles build procedures to simulate vector of univariate states and estimate parameters in nonlinear and non Gaussian state space models. We propose state space speci fications that offer more flexibility in modeling dynamic relationship with latent variables. Our procedures are extension of the HESSIAN method of McCausland[2012]. Thus, they use approximation of the posterior density of the vector of states that allow to : simulate directly from the state vector posterior distribution, to simulate the states vector in one bloc and jointly with the vector of parameters, and to not allow data augmentation. These properties allow to build posterior simulators with very high relative numerical efficiency. Generic, they open a new path in nonlinear and non Gaussian state space analysis with limited contribution of the modeler. The third article is an essay in commodity market analysis. Private firms coexist with farmers' cooperatives in commodity markets in subsaharan african countries. The private firms have the biggest market share while some theoretical models predict they disappearance once confronted to farmers cooperatives. Elsewhere, some empirical studies and observations link cooperative incidence in a region with interpersonal trust, and thus to farmers trust toward cooperatives. We propose a model that sustain these empirical facts. A model where the cooperative reputation is a leading factor determining the market equilibrium of a price competition between a cooperative and a private firm

Essays on oil price fluctuations and macroeconomic activity

Dans cette thèse, je me suis intéressé aux effets des fluctuations du prix de pétrole sur l'activité macroéconomique selon la cause sous-jacente ces fluctuations. Les modèles économiques utilisés dans cette thèse sont principalement les modèles d'équilibre général dynamique stochastique (de l'anglais Dynamic Stochastic General Equilibrium, DSGE) et les modèles Vecteurs Autorégressifs, VAR. Plusieurs études ont examiné les effets des fluctuations du prix de pétrole sur les principaux variables macroéconomiques, mais très peu d'entre elles ont fait spécifiquement le lien entre les effets des fluctuations du prix du pétrole et la l'origine de ces fluctuations. Pourtant, il est largement admis dans les études plus récentes que les augmentations du prix du pétrole peuvent avoir des effets très différents en fonction de la cause sous-jacente de cette augmentation. Ma thèse, structurée en trois chapitres, porte une attention particulière aux sources de fluctuations du prix de pétrole et leurs impacts sur l'activité macroéconomique en général, et en particulier sur l'économie du Canada. Le premier chapitre examine comment les chocs d'offre de pétrole, de demande agrégée, et de demande de précaution de pétrole affectent l'économie du Canada, dans un Modèle d'équilibre Général Dynamique Stochastique estimé. L'estimation est réalisée par la méthode Bayésienne, en utilisant des données trimestrielles canadiennes sur la période 1983Q1 à 2010Q4. Les résultats montrent que les effets dynamiques des fluctuations du prix du pétrole sur les principaux agrégats macro-économiques canadiens varient en fonction de leurs sources. En particulier, une augmentation de 10% du prix réel du pétrole causée par des chocs positifs sur la demande globale étrangère a un effet positif significatif de l'ordre de 0,4% sur le PIB réel du Canada au moment de l'impact et l'effet reste positif sur tous les horizons. En revanche, une augmentation du prix réel du pétrole causée par des chocs négatifs sur l'offre de pétrole ou par des chocs positifs de la demande de pétrole de précaution a un effet négligeable sur le PIB réel du Canada au moment de l'impact, mais provoque une baisse légèrement significative après l'impact. En outre, parmi les chocs pétroliers identifiés, les chocs sur la demande globale étrangère ont été relativement plus important pour expliquer la fluctuation des principaux agrégats macroéconomiques du Canada au cours de la période d'estimation. Le deuxième chapitre utilise un modèle Structurel VAR en Panel pour examiner les liens entre les chocs de demande et d'offre de pétrole et les ajustements de la demande de travail et des salaires dans les industries manufacturières au Canada. Le modèle est estimé sur des données annuelles désagrégées au niveau industriel sur la période de 1975 à 2008. Les principaux résultats suggèrent qu'un choc positif de demande globale a un effet positif sur la demande de travail et les salaires, à court terme et à long terme. Un choc négatif sur l'offre de pétrole a un effet négatif relativement faible au moment de l'impact, mais l'effet devient positif après la première année. En revanche, un choc positif sur la demande précaution de pétrole a un impact négatif à tous les horizons. Les estimations industrie-par-industrie confirment les précédents résultats en panel. En outre, le papier examine comment les effets des différents chocs pétroliers sur la demande travail et les salaires varient en fonction du degré d'exposition commerciale et de l'intensité en énergie dans la production. Il ressort que les industries fortement exposées au commerce international et les industries fortement intensives en énergie sont plus vulnérables aux fluctuations du prix du pétrole causées par des chocs d'offre de pétrole ou des chocs de demande globale. Le dernier chapitre examine les implications en terme de bien-être social de l'introduction des inventaires en pétrole sur le marché mondial à l'aide d'un modèle DSGE de trois pays dont deux pays importateurs de pétrole et un pays exportateur de pétrole. Les gains de bien-être sont mesurés par la variation compensatoire de la consommation sous deux règles de politique monétaire. Les principaux résultats montrent que l'introduction des inventaires en pétrole a des effets négatifs sur le bien-être des consommateurs dans chacun des deux pays importateurs de pétrole, alors qu'il a des effets positifs sur le bien-être des consommateurs dans le pays exportateur de pétrole, quelle que soit la règle de politique monétaire. Par ailleurs, l'inclusion de la dépréciation du taux de change dans les règles de politique monétaire permet de réduire les coûts sociaux pour les pays importateurs de pétrole. Enfin, l'ampleur des effets de bien-être dépend du niveau d'inventaire en pétrole à l'état stationnaire et est principalement expliquée par les chocs sur les inventaires en pétrole.

Patient-specific anisotropic model of human trunk based on MR data

There are many ways to generate geometrical models for numerical simulation, and most of them start with a segmentation step to extract the boundaries of the regions of interest. This paper presents an algorithm to generate a patient-specific three-dimensional geometric model, based on a tetrahedral mesh, without an initial extraction of contours from the volumetric data. Using the information directly available in the data, such as gray levels, we built a metric to drive a mesh adaptation process. The metric is used to specify the size and orientation of the tetrahedral elements everywhere in the mesh. Our method, which produces anisotropic meshes, gives good results with synthetic and real MRI data. The resulting model quality has been evaluated qualitatively and quantitatively by comparing it with an analytical solution and with a segmentation made by an expert. Results show that our method gives, in 90% of the cases, as good or better meshes as a similar isotropic method, based on the accuracy of the volume reconstruction for a given mesh size. Moreover, a comparison of the Hausdorff distances between adapted meshes of both methods and ground-truth volumes shows that our method decreases reconstruction errors faster. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

Uncertainty Propagation in Model-Based Recognition

Building robust recognition systems requires a careful understanding of the effects of error in sensed features. Error in these image features results in a region of uncertainty in the possible image location of each additional model feature. We present an accurate, analytic approximation for this uncertainty region when model poses are based on matching three image and model points, for both Gaussian and bounded error in the detection of image points, and for both scaled-orthographic and perspective projection models. This result applies to objects that are fully three- dimensional, where past results considered only two-dimensional objects. Further, we introduce a linear programming algorithm to compute the uncertainty region when poses are based on any number of initial matches. Finally, we use these results to extend, from two-dimensional to three- dimensional objects, robust implementations of alignmentt interpretation- tree search, and ransformation clustering.

The effect of a large freshwater perturbation on the glacial north Atlantic Ocean using a coupled general circulation model

The commonly held view of the conditions in the North Atlantic at the last glacial maximum, based on the interpretation of proxy records, is of large-scale cooling compared to today, limited deep convection, and extensive sea ice, all associated with a southward displaced and weakened overturning thermohaline circulation (THC) in the North Atlantic. Not all studies support that view; in particular, the "strength of the overturning circulation" is contentious and is a quantity that is difficult to determine even for the present day. Quasi-equilibrium simulations with coupled climate models forced by glacial boundary conditions have produced differing results, as have inferences made from proxy records. Most studies suggest the weaker circulation, some suggest little or no change, and a few suggest a stronger circulation. Here results are presented from a three-dimensional climate model, the Hadley Centre Coupled Model version 3 (HadCM3), of the coupled atmosphere - ocean - sea ice system suggesting, in a qualitative sense, that these diverging views could all have occurred at different times during the last glacial period, with different modes existing at different times. One mode might have been characterized by an active THC associated with moderate temperatures in the North Atlantic and a modest expanse of sea ice. The other mode, perhaps forced by large inputs of meltwater from the continental ice sheets into the northern North Atlantic, might have been characterized by a sluggish THC associated with very cold conditions around the North Atlantic and a large areal cover of sea ice. The authors' model simulation of such a mode, forced by a large input of freshwater, bears several of the characteristics of the Climate: Long-range Investigation, Mapping, and Prediction (CLIMAP) Project's reconstruction of glacial sea surface temperature and sea ice extent.

The global response to tropical heating in the Madden-Julian oscillation during the northern winter

A life cycle of the Madden–Julian oscillation (MJO) was constructed, based on 21 years of outgoing long-wave radiation data. Regression maps of NCEP–NCAR reanalysis data for the northern winter show statistically significant upper-tropospheric equatorial wave patterns linked to the tropical convection anomalies, and extratropical wave patterns over the North Pacific, North America, the Atlantic, the Southern Ocean and South America. To assess the cause of the circulation anomalies, a global primitive-equation model was initialized with the observed three-dimensional (3D) winter climatological mean flow and forced with a time-dependent heat source derived from the observed MJO anomalies. A model MJO cycle was constructed from the global response to the heating, and both the tropical and extratropical circulation anomalies generally matched the observations well. The equatorial wave patterns are established in a few days, while it takes approximately two weeks for the extratropical patterns to appear. The model response is robust and insensitive to realistic changes in damping and basic state. The model tropical anomalies are consistent with a forced equatorial Rossby–Kelvin wave response to the tropical MJO heating, although it is shifted westward by approximately 20° longitude relative to observations. This may be due to a lack of damping processes (cumulus friction) in the regions of convective heating. Once this shift is accounted for, the extratropical response is consistent with theories of Rossby wave forcing and dispersion on the climatological flow, and the pattern correlation between the observed and modelled extratropical flow is up to 0.85. The observed tropical and extratropical wave patterns account for a significant fraction of the intraseasonal circulation variance, and this reproducibility as a response to tropical MJO convection has implications for global medium-range weather prediction. Copyright © 2004 Royal Meteorological Society

An integrative model of amino acid metabolism in the liver of the lactating dairy cow

The objective of this work was to construct a dynamic model of hepatic amino acid metabolism in the lactating dairy cow that could be parameterized using net flow data from in vivo experiments. The model considers 22 amino acids, ammonia, urea, and 13 energetic metabolites, and was parameterized using a steady-state balance model and two in vivo, net flow experiments conducted with mid-lactation dairy cows. Extracellular flows were derived directly from the observed data. An optimization routine was used to derive nine intracellular flows. The resulting dynamic model was found to be stable across a range of inputs suggesting that it can be perturbed and applied to other physiological states. Although nitrogen was generally in balance, leucine was in slight deficit compared to predicted needs for export protein synthesis, suggesting that an alternative source of leucine (e.g. peptides) was utilized. Simulations of varying glucagon concentrations indicated that an additional 5 mol/d of glucose could be synthesized at the reference substrate concentrations and blood flows. The increased glucose production was supported by increased removal from blood of lactate, glutamate, aspartate, alanine, asparagine, and glutamine. As glucose Output increased, ketone body and acetate release increased while CO2 release declined. The pattern of amino acids appearing in hepatic vein blood was affected by changes in amino acid concentration in portal vein blood, portal blood flow rate and glucagon concentration, with methionine and phenylalanine being the most affected of essential amino acids. Experimental evidence is insufficient to determine whether essential amino acids are affected by varying gluconeogenic demands. (C) 2004 Published by Elsevier Ltd.