Delineation of homogeneous hydrometeorological regions using wavelet-based global fuzzy cluster analysis

Identification of homogeneous hydrometeorological regions (HMRs) is necessary for various applications. Such regions are delineated by various approaches considering rainfall and temperature as two key variables. In conventional approaches, formation of regions is based on principal components (PCs)/statistics/indices determined from time series of the key variables at monthly and seasonal scales. An issue with use of PCs for regionalization is that they have to be extracted from contemporaneous records of hydrometeorological variables. Therefore, delineated regions may not be effective when the available records are limited over contemporaneous time period. A drawback associated with the use of statistics/indices is that they do not provide effective representation of the key variables when the records exhibit non-stationarity. Consequently, the resulting regions may not be effective for the desired purpose. To address these issues, a new approach is proposed in this article. The approach considers information extracted from wavelet transformations of the observed multivariate hydrometeorological time series as the basis for regionalization by global fuzzy c-means clustering procedure. The approach can account for dynamic variability in the time series and its non-stationarity (if any). Effectiveness of the proposed approach in forming HMRs is demonstrated by application to India, as there are no prior attempts to form such regions over the country. Drought severity-area-frequency (SAF) curves are constructed corresponding to each of the newly formed regions for the use in regional drought analysis, by considering standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) as the drought indicator.

Travellers' Types

This paper uses subjects’ self-reported justifications to explain discrepancies between observed heterogeneous behavior and the unique equilibrium prediction in a one-shot traveler’s dilemma experiment (TD). Principal components (PC) analysis suggests that iterative reasoning, aspiration levels, competitive behavior, attitudes towards risk and penalties and focal points may be behind different choices. Such reasons are coherent with same subjects’ behavior in other tests and experiments in which these particular issues are prominent. Overall, we identify types of subjects whose motivations are consistent across tasks.

Assessing the sustainability of brackish water aquaculture systems in the Phillipines. Working Paper 1: A typology of brackish-water pond aquaculture systems in the Philippines

Aquaculture in the Philippines is a long-standing activity but has witnessed relatively recent, rapid, technical change with the introduction of hatchery technology and commercial feed-mills changing the production possibilities for a fishpond operator. We are confronted with a diversity of aquaculture practices in the coastal areas of the Philippines, with new technologies being incorporated into more traditional systems. As a first step to understanding the sector, we therefore present a typology of farming systems with the motivation of generating domains (farm “types”) over which we can compare performance on a number of indicators. Our typology, restricted to brackish-water pond systems, is constructed using multivariate methods (principal components analysis, cluster analysis). Eight variables are used relating to the management of the farm across all the major factors of production. A stratified net sample of 136 observations provides the data for the analysis, from a farm-level survey carried out between January and June 2003 in the two main brackish-water production regions in the Philippines. We define five farm types from this analysis. In later work we will show how the use of this typology can be used for comparative study of economic, social and ecological performance at the farm-level. [PDF contains 42 pages]

Edad de menarquía e indicadores de adiposidad en universitarias del País Vasco

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Physiological modules for generating discrete and rhythmic movements: Component analysis of EMG signals

A central question in Neuroscience is that of how the nervous system generates the spatiotemporal commands needed to realize complex gestures, such as handwriting. A key postulate is that the central nervous system (CNS) builds up complex movements from a set of simpler motor primitives or control modules. In this study we examined the control modules underlying the generation of muscle activations when performing different types of movement: discrete, point-to-point movements in eight different directions and continuous figure-eight movements in both the normal, upright orientation and rotated 90 degrees. To test for the effects of biomechanical constraints, movements were performed in the frontal-parallel or sagittal planes, corresponding to two different nominal flexion/abduction postures of the shoulder. In all cases we measured limb kinematics and surface electromyographic activity (EMB) signals for seven different muscles acting around the shoulder. We first performed principal component analysis (PCA) of the EMG signals on a movement-by-movement basis. We found a surprisingly consistent pattern of muscle groupings across movement types and movement planes, although we could detect systematic differences between the PCs derived from movements performed in each sholder posture and between the principal components associated with the different orientations of the figure. Unexpectedly we found no systematic differences between the figute eights and the point-to-point movements. The first three principal components could be associated with a general co-contraction of all seven muscles plus two patterns of reciprocal activatoin. From these results, we surmise that both "discrete-rhythmic movements" such as the figure eight, and discrete point-to-point movement may be constructed from three different fundamental modules, one regulating the impedance of the limb over the time span of the movement and two others operating to generate movement, one aligned with the vertical and the other aligned with the horizontal.

Variabilidade ventilatória durante exercício dinâmico em indivíduos saudáveis e com insuficiência cardíaca

A presença de ventilação periódica durante o exercício confere pior prognóstico a pacientes com insuficiência cardíaca. Existem divergências quanto aos critérios para identificação deste fenômeno. Além disso, a interpretação dicotômica (presença ou ausência) quanto a este fenômeno dificulta a estratificação de risco mais detalhada dos pacientes com insuficiência cardíaca. Desta forma, esta tese avalia a utilização de técnicas estabelecidas para análise de variabilidade de sinais para quantificar as oscilações ventilatórias que ocorrem durante o teste cardiopulmonar de exercício, em indivíduos saudáveis, atletas e com insuficiência cardíaca. Um protocolo mais curto para realização de teste cardiopulmonar de exercício em cicloergômetro de braço foi proposto e validado. Tal protocolo foi utilizado em estudo posterior, onde se comprovou que, apesar dos tempos respiratórios não serem influenciados pelo tipo de exercício realizado, a variabilidade ventilatória é maior durante a realização de exercício dinâmico com membros superiores do que com membros inferiores. A capacidade aeróbica de indivíduos sadios também influencia a variabilidade ventilatória durante o teste cardiopulmonar de exercício. Isto foi comprovado pela menor variabilidade ventilatória no domínio do tempo em atletas do que sedentários durante exercício. A análise destes voluntários com o método da análise dos componentes principais revelou que em atletas a variabilidade do volume corrente é a principal responsável pela variabilidade da ventilação-minuto durante o exercício, ao passo que em sedentários a variabilidade da freqüência respiratória apresenta-se como principal responsável por tais variações. Em estudo randomizado e controlado comprovamos que, mesmo indivíduos sadios apresentam redução da variabilidade ventilatória ao exercício após 12 semanas de treinamento físico. Comprovamos que a reabilitação cardíaca reverteu a ocorrência de ventilação periódica em um paciente com insuficiência cardíaca e, finalmente, encontramos que a variabilidade ventilatória correlaciona-se inversamente com a fração de ejeção ventricular esquerda em pacientes com insuficiência cardíaca. Estudos futuros deverão analisar o poder prognóstico da variabilidade ventilatória nestes pacientes.

Anatomia do Lenho de Espécies de Stryphnodendron Mart. (Leguminosae-Mimosoideae)

Os estudos anatômicos do xilema secundário têm contribuído com a botânica sistemática na segregação de grupos taxonômicos. Desta forma, podendo se tornar muito importante na aplicação para identificação de espécies, o que adquire maior conotação em grupos de comprovada importância econômica. O gênero Stryphnodendron apresenta uma ampla distribuição no Brasil e as espécies que o compõem são muito utilizadas com finalidades farmacológicas, no entanto existem espécies que são morfologicamente muito semelhantes neste gênero. Sendo assim, este trabalho teve como objetivos descrever a estrutura anatômica do lenho de sete espécies do gênero Stryphnodendron, identificar os caracteres que poderão ser utilizados na segregação do grupo e verificar se a anatomia do lenho corrobora a proposta de delimitação de S. polyphyllum, feitas no último trabalho de revisão taxonômica do gênero. Foram selecionadas duas espécies paucifolioladas e cinco espécies multifolioladas, o material botânico foi obtido por coleta in situ para as espécies de ocorrência na Mata Atlântica e a partir de coleções de madeira de referência para as espécies de Cerrado e Floresta Amazônica. Foram utilizadas as metodologias usuais para anatomia do lenho e as descrições seguiram em linhas gerais as recomendações a IAWA Committee. Os resultados demonstraram que as espécies apresentam características anatômicas em comum, que podem ser diagnósticas para o gênero Stryphnodendron como: camada de crescimento distinta, raios homogêneos, cristais formando séries cristalíferas no parênquima axial e nas fibras, pontoações ornamentadas e parênquima axial paratraqueal. Os resultados das análises de agrupamento e de componentes principais evidenciaram a segregação das espécies em dois grupos, um com as espécies multifolioladas e outro com espécies paucifolioladas. As espécies paucifolioladas foram segregadas por apresentarem diâmetro tangencial dos vasos superior a 200 μm e parênquima axial difuso em agregados. Os resultados também evidenciaram um conjunto de caracteres que permitiram a individualização das espécies estudadas. As características qualitativas do lenho mais importantes para segregação das espécies em questão foram: tipos de parênquima axial e de demarcação da camada de crescimento; arranjo e agrupamento dos elementos de vasos; presença de fibras gelatinosas, de fibras septadas e de espessamento helicoidal em fibras. As características quantitativas foram: frequência de vasos; comprimento das fibras; número de células na largura dos raios; altura e largura dos raios e diâmetro das pontoações parênquimo-vasculares.

Decomposição aleatória de matrizes aplicada ao reconhecimento de faces

Métodos estocásticos oferecem uma poderosa ferramenta para a execução da compressão de dados e decomposições de matrizes. O método estocástico para decomposição de matrizes estudado utiliza amostragem aleatória para identificar um subespaço que captura a imagem de uma matriz de forma aproximada, preservando uma parte de sua informação essencial. Estas aproximações compactam a informação possibilitando a resolução de problemas práticos de maneira eficiente. Nesta dissertação é calculada uma decomposição em valores singulares (SVD) utilizando técnicas estocásticas. Esta SVD aleatória é empregada na tarefa de reconhecimento de faces. O reconhecimento de faces funciona de forma a projetar imagens de faces sobre um espaço de características que melhor descreve a variação de imagens de faces conhecidas. Estas características significantes são conhecidas como autofaces, pois são os autovetores de uma matriz associada a um conjunto de faces. Essa projeção caracteriza aproximadamente a face de um indivíduo por uma soma ponderada das autofaces características. Assim, a tarefa de reconhecimento de uma nova face consiste em comparar os pesos de sua projeção com os pesos da projeção de indivíduos conhecidos. A análise de componentes principais (PCA) é um método muito utilizado para determinar as autofaces características, este fornece as autofaces que representam maior variabilidade de informação de um conjunto de faces. Nesta dissertação verificamos a qualidade das autofaces obtidas pela SVD aleatória (que são os vetores singulares à esquerda de uma matriz contendo as imagens) por comparação de similaridade com as autofaces obtidas pela PCA. Para tanto, foram utilizados dois bancos de imagens, com tamanhos diferentes, e aplicadas diversas amostragens aleatórias sobre a matriz contendo as imagens.

Otolith morphometrics and population structure of Pacific sardine (Sardinops sagax) along the west coast of North America

The broad distribution of Pacific sardine (Sardinops sagax) along the Pacif ic coast of North America makes it difficult for fisheries managers to identify regional stocks of this dominant small pelagic species. An investigation of morphometric characteristics of otoliths of Pacific sardine across most of their range revealed regional differences in populations. In a survey of over 2000 otoliths, all ages (with an emphasis on age-1 recruits) were compared. Principal components analysis, multivariate analysis of variance, and a novel method derived from regression and residuals calculations, termed perimeter-weight profiles (PWPs), revealed otolith similarities and differences. The results of the different approaches to statistical comparisons did not always agree. Sardine otoliths from Mexican waters were generally lighter and more lobate than those from U.S. and Canadian populations. Age-1 otoliths from northern California in 2006–07 tended to be heavier and smoother than those from other areas, including year-class cohorts from southern California. Comparisons of age-groups and year-classes of northern California otoliths with the use of the PWP models indicated signif icant trends in year-to-year patterns. In conjunction with other established indices of population structure, otolith PWPs are a useful tool for identifying local and regional stocks of Pacific sardine and may help distinguish populations of other fish species as well.

Regional and seasonal patterns of epipelagic fish assemblages from the central California Current

The coastal Pacific Ocean off northern and central California encompasses the strongest seasonal upwelling zone in the California Current ecosystem. Headlands and bays here generate complex circulation features and confer unusual oceanographic complexity. We sampled the coastal epipelagic fish community of this region with a surface trawl in the summer and fall of 2000–05 to assess patterns of spatial and temporal community structure. Fifty-three species of fish were captured in 218 hauls at 34 fixed stations, with clupeiform species dominating. To examine spatial patterns, samples were grouped by location relative to a prominent headland at Point Reyes and the resulting two regions, north coast and Gulf of the Farallones, were plotted by using nonmetric multidimensional scaling. Seasonal and interannual patterns were also examined, and representative species were identified for each distinct community. Seven oceanographic variables measured concurrently with trawling were plotted by principal components analysis and tested for correlation with biotic patterns. We found significant differences in community structure by region, year, and season, but no interaction among main effects. Significant differences in oceanographic conditions mirrored the biotic patterns, and a match between biotic and hydrographic structure was detected. Dissimilarity between assemblages was mostly the result of differences in abundance and frequency of occurrence of about twelve common species. Community patterns were best described by a subset of hydrographic variables, including water depth, distance from shore, and any one of several correlated variables associated with upwelling intensity. Rather than discrete communities with clear borders and distinct member species, we found gradients in community structure and identified stations with similar fish communities by region and by proximity to features such as the San Francisco Bay.

Comparison of echogram measurements against data expectations and assumptions for distinguishing seafloor substrates

Defining types of seafloor substrate and relating them to the distribution of fish and invertebrates is an important but difficult goal. An examination of the processing steps of a commercial acoustics analyzing software program, as well as the data values produced by the proprietary first echo measurements, revealed potential benef its and drawbacks for distinguishing acoustically distinct seafloor substrates. The positive aspects were convenient processing steps such as gain adjustment, accurate bottom picking, ease of bad data exclusion, and the ability to average across successive pings in order to increase the signal-to-noise ratio. A noteworthy drawback with the processing was the potential for accidental inclusion of a second echo as if it were part of the first echo. Detailed examination of the echogram measurements quantified the amount of collinearity, revealed the lack of standardization (subtraction of mean, division by standard deviation) before principal components analysis (PCA), and showed correlations of individual echogram measurements with depth and seafloor slope. Despite the facility of the software, these previously unknown processing pitfalls and echogram measurement characteristics may have created data artifacts that generated user-derived substrate classifications, rather than actual seafloor substrate types.

Inferring Population Genetic Structure in Widely and Continuously Distributed Carnivores: The Stone Marten (Martes foina) as a Case Study

The stone marten is a widely distributed mustelid in the Palaearctic region that exhibits variable habitat preferences in different parts of its range. The species is a Holocene immigrant from southwest Asia which, according to fossil remains, followed the expansion of the Neolithic farming cultures into Europe and possibly colonized the Iberian Peninsula during the Early Neolithic (ca. 7,000 years BP). However, the population genetic structure and historical biogeography of this generalist carnivore remains essentially unknown. In this study we have combined mitochondrial DNA (mtDNA) sequencing (621 bp) and microsatellite genotyping (23 polymorphic markers) to infer the population genetic structure of the stone marten within the Iberian Peninsula. The mtDNA data revealed low haplotype and nucleotide diversities and a lack of phylogeographic structure, most likely due to a recent colonization of the Iberian Peninsula by a few mtDNA lineages during the Early Neolithic. The microsatellite data set was analysed with a) spatial and non-spatial Bayesian individual-based clustering (IBC) approaches (STRUCTURE, TESS, BAPS and GENELAND), and b) multivariate methods [discriminant analysis of principal components (DAPC) and spatial principal component analysis (sPCA)]. Additionally, because isolation by distance (IBD) is a common spatial genetic pattern in mobile and continuously distributed species and it may represent a challenge to the performance of the above methods, the microsatellite data set was tested for its presence. Overall, the genetic structure of the stone marten in the Iberian Peninsula was characterized by a NE-SW spatial pattern of IBD, and this may explain the observed disagreement between clustering solutions obtained by the different IBC methods. However, there was significant indication for contemporary genetic structuring, albeit weak, into at least three different subpopulations. The detected subdivision could be attributed to the influence of the rivers Ebro, Tagus and Guadiana, suggesting that main watercourses in the Iberian Peninsula may act as semi-permeable barriers to gene flow in stone martens. To our knowledge, this is the first phylogeographic and population genetic study of the species at a broad regional scale. We also wanted to make the case for the importance and benefits of using and comparing multiple different clustering and multivariate methods in spatial genetic analyses of mobile and continuously distributed species.

Quantificação e avaliação da biodisponibilidade de metais em sedimentos na Baía da Ribeira RJ

A toxicidade dos metais em ambientes aquáticos está relacionada à sua biodisponibilidade e esta, por sua vez, pode ser influenciada por diversos fatores. As características do sedimento fazem dele um importante compartimento para avaliação do nível de contaminação no ambiente aquático. A presente pesquisa teve por objetivo quantificar e avaliar a biodisponibilidade de metais em sedimentos da baía da Ribeira. Nessa região, encontram-se os bairros mais populosos de Angra dos Reis RJ. Essa baía está localizada na parte nordeste da baía da Ilha Grande, que consiste de um espaço pesqueiro, turístico e de importante valor econômico e industrial. Foram coletados 12 sedimentos na baía da Ribeira e determinados os teores dos metais Al, Cu, Cd , Cr, Fe, Mn, Ni, Pb e Zn, através da extração com água régia (protocolo BCR-701), e o potencial de toxicidade dos metais Cd, Cu, Ni, Pb e Zn pelo método de extração dos sulfetos voláteis em meio ácido e quantificação dos metais extraídos simultaneamente (em inglês Acid Volatile Sulfide and Simultaneously Extracted Metal, AVS/SEM). Também foram efetuadas medidas de pH, potencial redox (Eh), carbono orgânico, fósforo total e granulometria. Através desses dados, foi possível estudar correlações entre essas variáveis. As concentrações de cada metal são similares nas diferentes localizações dos sedimentos e não apresentam significativas diferenças com relação a estudos reportados para a área, com exceção do Pb que apresentou a mais alta concentração já reportada. Os valores de SEM/AVS (entre 0,02 e 0,2) menores que 1, indicam que há quantidade de sulfetos suficiente para o aprisionamento dos metais investigados. As correlações obtidas através da Análise dos Componentes Principais demonstram relação direta entre as concentrações da maioria dos metais extraídos por água-régia (Ni, Fe, Cr, Cu, Zn); entre os metais Mn, Pb, Al e o fósforo total; entre os teores de matéria orgânica, carbono orgânico total, fósforo total com as frações finas de silte e argila com o Eh. Os resultados sugerem que a região não sofre influência significativa de fontes antrópicas em relação a metais e que, segundo o AVS/SEM, esses se encontram pouco disponíveis para o ambiente e, portanto, apresentam baixo potencial tóxico

Age- or length-based methods of growth estimation. What drives the choice?

Based upon a global comparison of over 400 fisheries, the Principal Components Analysis (PCA) methodology was used to identify factors affecting the choice of growth estimation methods. Of the six factors examined, the growth rate (K) and asymptotic length (L8) explained most of the variations. Financial resources, i.e., Gross National Product (GNP), and latitude were also important factors.

Análise multielementar em folhas de Nerium oleander L. usando fluorescência de raios X por dispersão em energia

Desde o início do século XX, a poluição do ar nos grandes centros piorou em consequência processo de industrialização e urbanização, juntamente com o rápido crescimento populacional e do transporte motorizado. Algumas espécies de plantas absorvem os poluentes atmosféricos pelas suas folhas e então, fixa-os em sua matriz, tornando-se assim um biomonitor de poluição nessa área. Assim, a análise foliar dessas espécies de vegetal pode ser usado como monitoramento ambiental. Uma das plantas que tem a habilidade de reter certos elementos químicos do ambiente e pode ser usada como biomonitor é a Nerium oleander L.. Neste estudo utilizou-se folhas de Nerium oleander L. para avaliar os níveis de poluição ambiental em uma sub-região da Região Metropolitana do Rio de Janeiro através da Fluorescência de Raios X (EDXRF). O sistema de EDXRF foi desenvolvido no próprio laboratório e consiste de um sistema portátil de XRF formado por um mini tubo raio X de baixa potência (anodo de Ag e operação em 20 kV/50 μA) e um detector de SiPIN. As amostras de Nerium oleander L. foram coletadas de plantas adultas. As amostras foram coletadas durante as quatros estações do ano (verão, outono, inverno e primavera). Todas as folhas foram coletadas a uma distância superior de 1,5 m em relação ao solo. As amostras foram acondicionadas em sacos plásticos e depois da chegada ao laboratório foram colocados sob refrigeração a 5 C. No laboratório, as amostras foram limpas com um pincel com cerdas macias para retirar a poeira. Depois disso, as amostras foram colocadas na estufa a 60 C por 48 h. Em seguida, as amostras foram pulverizadas (44 μm). Depois desse processo, alíquotas de 500 mg de massa foram prensadas a uma pressão de 2.32×108 por cerca de 15 minutos, afim de se obter pastilhas finas com diâmetro de 2,54 cm e densidade superficial de 100 mg/cm2. Foi possível detectar a concentração de 13 elementos: S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Ba e Pb. A partir da concentração de cada elemento foram obtidos os mapas de distribuição elementar da área de estudo para cada estação. A análise da correlação de Pearson mostrou que existe uma correlação significativa entre os elementos Fe, Zn, Ba e Pb, entre os elementos Ca e Sr e entre os elementos Cl, K, Rb. A análise do PCA (Análise por Componentes Principais) mostrou que existem dois fatores principais da emissão de poluição ambiental: emissão por ressuspensão do solo (Cl, K, Ca, Mn, Rb e Sr) e emissões veiculares e industriais (Fe, Zn, Ba e Pb). O estudo da poluição ambiental através da técnica de EDXRF utilizando folhas de Nerium oleander L. como biomonitor se mostrou uma técnica de baixo custo e eficiência substancial na determinação da concentração elementar dos poluentes atmosféricos.