In this work we study twisted sums induced by complex interpolation, of Banach spaces as well as of operator spaces. In the first part of the thesis we focus on Banach spaces, and clarify how interpolation of families, as of couples, induces an extension of the interpolation space, called the derived space. We study how the types and cotypes of the spaces being interpolated determine the triviality or singularity of the derived space, and we apply the results to the study of submodules of the Schatten classes and in the obtainment of nontrivial twisted sums in which all of the three spaces in the short exact sequence do not have the approximation property. In the second part we develop the theory of twisted sums in the category of operator spaces and present many examples of twisted sums which are completely singular and completely nontrivial. In particular, we solve two versions of Palais\' problem for operator spaces. / Neste trabalho estudamos somas torcidas induzidas por interpolação complexa, tanto de espaços de Banach como de espaços de operadores. Na primeira parte da tese focamos em espaços de Banach, e esclarecemos como a interpolação de famílias, assim como a de pares, gera uma extensão do espaço interpolado, chamada de espaço derivado. Estudamos como os tipos e cotipos dos espaços sendo interpolados influenciam na trivialidade ou singularidade do espaço derivado, e aplicamos os resultados para o estudo de submódulos das classes de Schatten e para a obtenção de somas torcidas não-triviais em que os três espaços da sequência exata curta não possuem a propriedade da aproximação. Na segunda parte, desenvolvemos a teoria de somas torcidas na categoria de espaços de operadores, e apresentamos vários exemplos de somas torcidas completamente singulares e completamente não-triviais nessa categoria. Em particular, resolvemos duas versões do problema de Palais para espaços de operadores.

A regionalização hidrológica é uma técnica que permite transferir informação entre bacias hidrográficas semelhantes, a fim de calcular em sítios que não dispõem de dados, as variáveis hidrológicas de interesse; assim, a mesma caracteriza-se por ser uma ferramenta útil na obtenção de outorga de direitos de uso de recursos hídricos, instrumento previsto na Lei 9433/97. Devido à desatualização do modelo atual de regionalização hidrológica do Estado de São Paulo, proposto na década de 80, este estudo tem como objetivo geral avaliar se o mesmo está adequado ao uso, de acordo com a atualização de seu banco de dados, e propor um novo que supere as limitações do antigo. O estudo foi realizado no Estado de São Paulo, que tem área de aproximadamente 248197 km², localizado entre as longitudes -44° 9\', e -53º 5\', e entre as latitudes -22° 40\', e -22° 39\'. Utilizou-se, inicialmente, dados de 176 estações fluviométricas administradas pelo DAEE e pela ANA, disponíveis em http://www.sigrh.sp.gov.br. Determinou-se para as estações, a precipitação média anual da bacia hidrográfica (P), a vazão média plurianual (Q), a vazão mínima média de 7 dias seguidos com período de retorno de 10 anos (Q7,10) e as vazões com 90 e 95% de permanência no tempo (Q90 e Q95). Posteriormente, fez-se análise de consistência excluindo as estações inconsistentes do estudo; assim, restaram 172 para serem utilizadas na avaliação do modelo e formulação de um novo. A avaliação do modelo fez-se pelo índice de confiança (c), que é definido pelo produto entre o coeficiente de correlação (r) e o índice de concordância (d), utilizando como valor de estimativa as vazões geradas pelo modelo, e como valor padrão as calculadas por intermédio das estações fluviométricas. Todas as vazões avaliadas foram classificadas como ótimas, com índice de confiança (c) acima de 0,85; assim, o atual modelo rejeitou a hipótese de que a atualização de seu banco de dados pudesse inferir em sua capacidade preditiva; portanto, o mesmo pode ser usado na obtenção das vazões estudadas que são referência na emissão de outorga em diferentes Estados do Brasil. Entretanto, o modelo apresentou algumas limitações, como extrapolação para áreas de bacias de drenagem menores do que as utilizadas para formulá-lo, e problemas em seu aplicativo computacional: o mesmo informa a precipitação média anual na coordenada geográfica do local de captação da água, e não da bacia de drenagem a montante do referido local. Neste enfoque, foi formulado um novo modelo, que superou as limitações e proporcionou capacidade preditiva maior que a do antigo. / A hydrological regionalization is a technique that allows to transfer information between similar watersheds in order to calculate, in sites where there are no data on the hydrological variables of interest. This technique becomes a useful tool to ensure the rights of water resources use, instrument provided by Law 9433/97. Due to the outdated hydrological regionalization model of São Paulo State, proposed in the 1980\'s, this study aims to broadly assess whether the current model is appropriate to use, according to an analysis of its update database and to propose a new model to overcome the limitations of the current one. The study was conducted in State São Paulo with area of approximately 248197 km ², located between longitudes -44 ° 9 \', and -53 ° 5\', and between latitudes 40 ° -22\' and -22 ° 39\'. We used data from 176 initially gauged stations administered by ANA and DAEE available at http://www.sigrh.sp.gov.br, where it was determined to the stations, the average annual rainfall of the basin (P) multiannual average streamflow (Q), streamflow minimum average of 7 consecutive days with a return period of 10 years (Q7,10) and streamflows with 90 and 95% of permanence in time(Q90 e Q95). Afterwards, we analyzed the consistency excluding the inconsistent stations from the study, thus, remaining 172 to be used in the model evaluation and development of a new model. The model evaluation was made by the confidence index (c), which is the product between the correlation coefficient (r) and the agreement index (d), using as estimate value the streamflows generated by the model and as the standard value, the streamflows calculated through the gauged stations. All streamflows evaluated were classified as optimal, with confidence index (c) above 0.85, therefore, the current model rejected the hypothesis that upgrading the database could infer its predictive ability, so, it can be used to obtain the streamflows studied that refer to use grants in different States of Brazil. However, the model had some limitations, such as extrapolation to areas of smaller watersheds than those used to formulate it, and computer application problems, being that, it reports the average annual precipitation at the geographic coordinate at the local catchment water, not the watershed upstream of that location. A new model was formulated that surpasses the limitations and provides greater predictive ability than the current one.

O conhecimento do estoque florestal é uma importante ferramenta para que o planejamento de curto, médio e longo prazo possam ser realizados. Em cada talhão o estoque é obtido através do inventário florestal. O trabalho realizado teve como objetivo aplicar conceitos de geoestatística que se beneficiem da dependência espacial de certas variáveis para estimar o volume em pontos não amostrados. Para a realização deste estudo, foram utilizados métodos de interpolação, procedimento pelo qual se estimam valores de uma variável em área interior aos pontos de amostragem disponíveis, permitindo representar o comportamento de variáveis amostradas pontualmente e extrapolar valores da variável fora dos limites da área amostrada. Foram instaladas 34 parcelas para estimativa do inventário florestal e 36 parcelas de controle para comparar as diferenças entre o valor estimado e o valor efetivamente medido das variáveis: volume, área basal e altura média de um povoamento de clones de eucalipto em aproximadamente 205 ha, localizados em Mogi-Guaçu-SP. Além destas parcelas, foram mensuradas 24 parcelas em uma área vizinha aos talhões em estudo para compor cenários que pudessem melhorar a estimativa em regiões de borda. Com o auxílio do software Geomedia Professional®, três métodos de interpolação foram testados: Krigagem universal, Inverso da distância ponderada (IDW) e Spline. Para cada um dos métodos foram realizadas simulações com a inclusão de novas parcelas visando avaliar o comportamento da estimativa com o aumento da intensidade amostral. Nesse procedimento, foram criados 6 diferentes cenários com crescente números de parcelas: Am com 34 parcelas; G com 58 parcelas; G+5 com 63 parcelas; G+10 com 68 parcelas; G+15 com 73 parcelas e G+20.com 78 parcelas. A comparação entre o valor estimado e valor medido foi feita através dos erros em porcentagem para cada parcela. Todos os modelos testados apresentaram uma tendência, em média, a subestimar os valores. O erro mínimo encontrado para volume foi de -3,17% estimado pelo modelo Spline. Para altura média e área Basal os menores desvios foram de -1,7% e 0,82% igualmente estimados pelo modelo Spline. Na estimativa realizada através do modelo Krigagem, o melhor resultado foi de - 7,95%, -2,25% e -5,75% de desvio para área basal, altura e volume, respectivamente. Já o modelo IDW resultou num desvio de -7,48%, -1,29%, 7,53% para as mesmas variáveis. A análise dos resultados mostra que a estimativa por meio de interpolação utilizando modelos implícitos em software geoestatísticos produz alguns desvios significativos e o uso de modelos geoestatísticos ajustados ao conjunto de dados pode produzir estimativas melhores. / The Knowledge about the forest stock is an important tool to support the short, medium and long term planning. In each stand the stock is obtained through the forest inventory. This work aimed to apply geostatistics concepts that get benefits from the spatial dependence of certain variables to estimate the volume at non sampled points. For this study, it were used interpolation methods ,which procedure is used to estimate the variables values in the internal area of the sampled points, allowing to represent the locally sampled variables behavior and extrapolate the variables value to the outside sampled area. It were sampled 34 plots to estimates the forest inventory and 36 control plots were sampled to compare the differences between the estimated and actually measured value for the variables: volume, basal area and average height of a cloned Eucalyptus group of stands in approximately 205 ha, located in Mogi-Guaçu-SP. Futher these plots, it were measure more 24 plots in an adjacent area which were used to compose a scenarios study that could support the improvements in borders regions estimations. Using the Geomedia Professional ® software, three interpolation methods were tested: Kriging, Inverse Distance Weighting (IDW) and Spline. For each method it was performed simulations considering the inclusion of new plots to evaluate the estimate behavior by increasing the sample size. In this procedure, we created 6 different scenarios with increasing numbers of plots: Am with 34 plots, G with 58 plots, G +5 with 63 plots, G +10 with 68 plots, G +15 with 73 plots and G +20 with 78 plots. The comparison between the estimated and measured value was made through the errors in percentage for each plot. All the tested models had a tendency, on average, to underestimate the values. The minimum error found for volume was -3.17% estimated by the Spline model. For height and basal area the minor deviations were -1.7% and 0.82% estimated by the Spline model also. In the estimations made by the Kriging model, the best result was -7.95%, -2.25% and -5.75% deviation for basal area, height and volume, respectively. IDW model resulted in a deviation of -7.48%, -1.29%, -7.53% for the same variables. The result analysis shows that the estimations made by the interpolation models using implicit geostatistical software models produces some significant deviations and the use of adjusted geostatistical models to the data set may produce better estimates.

Submitted by Flaviani Cristina da Silva Cruz (flavianicruz@gmail.com) on 2018-05-28T16:39:36Z No. of bitstreams: 1 dissertacao finallllll.pdf: 1641212 bytes, checksum: a98d0d98cacf7206b9dca507069233a8 (MD5) / Rejected by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br), reason: - Folha de aprovação: falta o ano na data da defesa: 07 de maio .... - Ficha catalográfica incorreta: a ficha catalográfica só pode ser elaborada por um bibliotecário e não é a que você recebeu pela biblioteca em 21/05/2018: NOTA: De acordo com a Resolução CFB nº 184/2017 de 29/09/2017 – na Ficha catalográfica deve constar o nome do Bibliotecário/CRB, e ser elaborada de acordo com as normas vigentes segundo à AACR2. OBSERVAÇÃO: Caso se faça necessário acrescentar ou modificar alguma informação na Ficha catalográfica do seu trabalho, informá-la no campo recomendado do Sistema 3S ou responder este e-mail. É proibido perante a lei (Art. 297 – Código Penal) qualquer alteração documental, sem autorização do Bibliotecário responsável. DA FALSIDADE DOCUMENTAL: (I) FALSIDADE DE DOCUMENTO PUBLICO ART. 297: Falsificar, no todo ou em parte, documento publico, ou alterar documento publico verdadeiro: Pena – reclusão, de dois a seis anos, e multa. DOCUMENTO PUBLICO: é aquele elaborado por funcionário publico, de acordo com as formalidades, e desempenho de suas funções. Art. 232, CPP - Consideram-se documentos quaisquer escritos, instrumentos ou papéis, públicos ou particulares. on 2018-05-28T19:00:26Z (GMT) / Submitted by Flaviani Cristina da Silva Cruz (flavianicruz@gmail.com) on 2018-05-29T13:52:43Z No. of bitstreams: 1 dissertacao-final-final.pdf: 1600591 bytes, checksum: d5829fa27d80336f1e24b663680531f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Aparecida Puerta null (dripuerta@rc.unesp.br) on 2018-05-29T14:23:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cruz_fcs_me_rcla.pdf: 1625066 bytes, checksum: c010643fc4461e0b244b4ddd4414af66 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-29T14:23:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cruz_fcs_me_rcla.pdf: 1625066 bytes, checksum: c010643fc4461e0b244b4ddd4414af66 (MD5) Previous issue date: 2018-05-07 / Esta dissertação objetiva-se ao estudo analítico de técnicas de interpolação integral – fundamentadas na teoria de distribuição, também conhecida como teoria de funções generalizadas – e suas aplicações a reconstrução de imagens formadas por partículas (noise image) e à forma anisotrópica das equações da hidrodinâmica com partículas suavizadas, no inglês smoothed particle hydrodynamics, bem conhecida como SPH. A aplicação a processamento de imagens é um caso particular da técnica de interpolação utilizada em SPH. A imagem original é fragmentada na forma de partículas (em duas dimensões), aleatoriamente colhidas dos píxeis da imagem original, cuja densidade de probabilidade é proporcional à escala de cinza de cada píxel vizinho. Então é feita uma reconstrução da imagem através de interpolação anisotrópica, evidenciando que detalhes estruturais do contexto original são mais bem recuperados do que a correspondente técnica isotrópica. Apesar de não realizarmos diretamente simulações de mecânica dos fluidos neste trabalho, o que é proposto aqui é uma revisão das equações fundamentais da técnica de simulação SPH para o caso anisotrópico. As interpolações apresentadas neste trabalho foram feitas a partir de um núcleo normalizado de suavização, definido na forma de uma função regulada por partes, conhecida como cubic-B-spline, que é de classe analítica C2. / This mastered dissertation aims at the analytical study of integral interpolation techniques – based on the theory of distribution, also known as generalized function theory – and its applications the reconstruction of images formed by particles (noise image) and the anisotropic form of the fundamental equations of smoothed particle hydrodynamics, well known as SPH. The application to image processing is a particular case of the interpolation technique used in SPH. The original image is fragmented in the form of particles (in two dimensions), randomly drawn from the píxels of the original image, whose density is proportional to the gray scale of each neighboring píxel. Then a reconstruction of the image is made through anisotropic interpolation, evidencing that structural details of the original context are better recovered than the corresponding isotropic technique. Although we do not directly perform fluid mechanics simulations in this work, what is proposed here is a review of the fundamental equations of the SPH simulation technique for the anisotropic case. The interpolations presented in this work were made from a normalized smoothing kernel, defined as cubic-B-spline, which is of analytic class C2.

In this work we study twisted sums induced by complex interpolation, of Banach spaces as well as of operator spaces. In the first part of the thesis we focus on Banach spaces, and clarify how interpolation of families, as of couples, induces an extension of the interpolation space, called the derived space. We study how the types and cotypes of the spaces being interpolated determine the triviality or singularity of the derived space, and we apply the results to the study of submodules of the Schatten classes and in the obtainment of nontrivial twisted sums in which all of the three spaces in the short exact sequence do not have the approximation property. In the second part we develop the theory of twisted sums in the category of operator spaces and present many examples of twisted sums which are completely singular and completely nontrivial. In particular, we solve two versions of Palais\' problem for operator spaces. / Neste trabalho estudamos somas torcidas induzidas por interpolação complexa, tanto de espaços de Banach como de espaços de operadores. Na primeira parte da tese focamos em espaços de Banach, e esclarecemos como a interpolação de famílias, assim como a de pares, gera uma extensão do espaço interpolado, chamada de espaço derivado. Estudamos como os tipos e cotipos dos espaços sendo interpolados influenciam na trivialidade ou singularidade do espaço derivado, e aplicamos os resultados para o estudo de submódulos das classes de Schatten e para a obtenção de somas torcidas não-triviais em que os três espaços da sequência exata curta não possuem a propriedade da aproximação. Na segunda parte, desenvolvemos a teoria de somas torcidas na categoria de espaços de operadores, e apresentamos vários exemplos de somas torcidas completamente singulares e completamente não-triviais nessa categoria. Em particular, resolvemos duas versões do problema de Palais para espaços de operadores.

Os centros operacionais e de pesquisa em previsão numérica do tempo geralmente trabalham com uma grande quantidade de dados complexos multivariados, tendo que interpretá-los num curto espaço de tempo. Técnicas de visualização científica podem ser utilizadas para ajudar a entender o comportamento atmosférico. Este trabalho descreve a arquitetura e as facilidades apresentadas pelo sistema VisualMet, que foi implementado com base em um estudo das tarefas desenvolvidas pelos meteorologistas responsáveis pelo 8º Distrito de Meteorologia, em Porto Alegre. Este centro coleta dados meteorológicos três vezes ao dia, de 32 estações locais, e recebe dados similares do Instituto Nacional de Meteorologia, localizado em Brasília, e do National Meteorological Center, localizado nos Estados Unidos. Tais dados são resultados de observações de variáveis tais como temperatura, pressão, velocidade do vento e tipos de nuvens. As tarefas dos meteorologistas e as classes de dados foram observadas e analisadas para definir as características do sistema. A arquitetura e a implementação do VisualMet seguem, respectivamente, uma abordagem orientada a ferramentas e o paradigma de programação orientada a objetos. Dados obtidos das estações meteorológicas são instancias de uma classe chamada "Entidade". Três outras classes de objetos representando ferramentas que suportam as tarefas dos meteorologistas foram modeladas. Os objetos no sistema são apresentados ao usuário através de duas janelas, "Base de Entidades" e " Base de Ferramentas". A implementação da "Base de Ferramentas" inclui ferramentas de mapeamento (para produzir mapas de contorno, mapas de ícones e gráficos), ferramentas de armazenamento (para guardar e recuperar imagens geradas pelo sistema) e uma ferramenta de consulta (para ler valores de variáveis de estações selecionadas). E dada especial atenção a ferramenta de mapa de contorno, onde foi utilizado o método Multiquádrico para interpolação de dados. O trabalho apresenta ainda um estudo sobre métodos de interpolação de dados esparsos, antes de descrever detalhadamente os resultados obtidos com a ferramenta de mapa de contorno. Estes resultados (imagens) são discutidos e comparados com mapas gerados manualmente por meteorologistas do 8º Distrito de Meteorologia. Possíveis extensões do presente trabalho são também abordadas. / The weather forecast centers deal with a great volume of complex multivariate data, which usually have to be understood within short time. Scientific visualization techniques can be used to support both daily forecasting and meteorological research. This work reports the architecture and facilities of a system, named VisualMet, that was implemented based on a case study of the tasks accomplished by the meteorologists responsible for the 8th Meteorological District, in the South of Brazil. This center collects meteorological data three times a day from 32 local stations and receives similar data from both the National Institute of Meteorology, located in Brasilia, and National Meteorological Center, located in the United States of America. Such data result from observation of variables like temperature, pressure, wind velocity, and type of clouds. The tasks of meteorologists and the classes of application data were observed to define system requirements. The architecture and implementation of Visual- Met follow the tool-oriented approach and object-oriented paradigm, respectively. Data taken from meteorological stations are instances of a class named Entity. Three other classes of tools which support the meteorologists' tasks are modeled. Objects in the system are presented to the user through two windows, "Entities Base" and "Tools Base". Current implementation of the "Tools Base" contains mapping tools (to produce contour maps, icons maps and graphs), recording tools (to save and load images generated by the system) and a query tool (to read variables values of selected stations). The results of applying the multiquadric method to interpolate data for the construction of contour maps are also discussed. Before describing the results obtained with the multiquadric method, this work also presents a study on interpolation methods for scattered data. The results (images) obtained with the contour map tool are discussed and compared with the maps drawn by the meteorologists of the 8th Meteorological District. Possible extensions to this work are also presented.

abstract: Motion estimation is a core task in computer vision and many applications utilize optical flow methods as fundamental tools to analyze motion in images and videos. Optical flow is the apparent motion of objects in image sequences that results from relative motion between the objects and the imaging perspective. Today, optical flow fields are utilized to solve problems in various areas such as object detection and tracking, interpolation, visual odometry, etc. In this dissertation, three problems from different areas of computer vision and the solutions that make use of modified optical flow methods are explained. The contributions of this dissertation are approaches and frameworks that introduce i) a new optical flow-based interpolation method to achieve minimally divergent velocimetry data, ii) a framework that improves the accuracy of change detection algorithms in synthetic aperture radar (SAR) images, and iii) a set of new methods to integrate Proton Magnetic Resonance Spectroscopy (1HMRSI) data into threedimensional (3D) neuronavigation systems for tumor biopsies. In the first application an optical flow-based approach for the interpolation of minimally divergent velocimetry data is proposed. The velocimetry data of incompressible fluids contain signals that describe the flow velocity. The approach uses the additional flow velocity information to guide the interpolation process towards reduced divergence in the interpolated data. In the second application a framework that mainly consists of optical flow methods and other image processing and computer vision techniques to improve object extraction from synthetic aperture radar images is proposed. The proposed framework is used for distinguishing between actual motion and detected motion due to misregistration in SAR image sets and it can lead to more accurate and meaningful change detection and improve object extraction from a SAR datasets. In the third application a set of new methods that aim to improve upon the current state-of-the-art in neuronavigation through the use of detailed three-dimensional (3D) 1H-MRSI data are proposed. The result is a progressive form of online MRSI-guided neuronavigation that is demonstrated through phantom validation and clinical application. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2018

This dissertation presents a scientific framework that facilitates enhanced understanding of aerosol source - receptor (S/R) relationships and their impact on the local, regional and global air quality by employing a complementary suite of modeling methods. The receptor - oriented Positive Matrix Factorization (PMF) technique is combined with Potential Source Contribution Function (PSCF), a trajectory ensemble model, to characterize sources influencing the aerosols measured at Gosan, Korea during spring 2001. It is found that the episodic dust events originating from desert regions in East Asia (EA) that mix with pollution along the transit path, have a significant and pervasive impact on the air quality of Gosan. The intercontinental and hemispheric transport of aerosols is analyzed by a series of emission perturbation simulations with the Sulfur Transport and dEposition Model (STEM), a regional scale Chemical Transport Model (CTM), evaluated with observations from the 2008 NASA ARCTAS field campaign. This modeling study shows that pollution transport from regions outside North America (NA) contributed ∼ 30 and 20% to NA sulfate and BC surface concentration. This study also identifies aerosols transported from Europe, NA and EA regions as significant contributors to springtime Arctic sulfate and BC. Trajectory ensemble models are combined with source region tagged tracer model output to identify the source regions and possible instances of quasi-lagrangian sampled air masses during the 2006 NASA INTEX-B field campaign. The impact of specific emission sectors from Asia during the INTEX-B period is studied with the STEM model, identifying residential sector as potential target for emission reduction to combat global warming. The output from the STEM model constrained with satellite derived aerosol optical depth and ground based measurements of single scattering albedo via an optimal interpolation assimilation scheme is combined with the PMF technique to characterize the seasonality and regional distribution of aerosols in Asia. This innovative analysis framework that combines the output from source - oriented chemical transport models with receptor models is shown to reduce the uncertainty in aerosol distributions, which in turn leads to better estimates of source - receptor relationships and impact assessments of aerosol radiative forcing and health effects due to air pollution.

No description available.

This thesis presents the use of data assimilation with optimal interpolation (OI) to develop atmospheric aerosol concentration estimates for the United States at high spatial and temporal resolutions. Concentration estimates are highly desirable for a wide range of applications, including visibility, climate, and human health. OI is a viable data assimilation method that can be used to improve Community Multiscale Air Quality (CMAQ) model fine particulate matter (PM2.5) estimates. PM2.5 is the mass of solid and liquid particles with diameters less than or equal to 2.5 μm suspended in the gas phase. OI was employed by combining model estimates with satellite and surface measurements. The satellite data assimilation combined 36 x 36 km aerosol concentrations from CMAQ with aerosol optical depth (AOD) measured by MODIS and AERONET over the continental United States for 2002. Posterior model concentrations generated by the OI algorithm were compared with surface PM2.5 measurements to evaluate a number of possible data assimilation parameters, including model error, observation error, and temporal averaging assumptions. Evaluation was conducted separately for six geographic U.S. regions in 2002. Variability in model error and MODIS biases limited the effectiveness of a single data assimilation system for the entire continental domain. The best combinations of four settings and three averaging schemes led to a domain-averaged improvement in fractional error from 1.2 to 0.97 and from 0.99 to 0.89 at respective IMPROVE and STN monitoring sites. For 38% of OI results, MODIS OI degraded the forward model skill due to biases and outliers in MODIS AOD. Surface data assimilation combined 36 × 36 km aerosol concentrations from the CMAQ model with surface PM2.5 measurements over the continental United States for 2002. The model error covariance matrix was constructed by using the observational method. The observation error covariance matrix included site representation that scaled the observation error by land use (i.e. urban or rural locations). In theory, urban locations should have less effect on surrounding areas than rural sites, which can be controlled using site representation error. The annual evaluations showed substantial improvements in model performance with increases in the correlation coefficient from 0.36 (prior) to 0.76 (posterior), and decreases in the fractional error from 0.43 (prior) to 0.15 (posterior). In addition, the normalized mean error decreased from 0.36 (prior) to 0.13 (posterior), and the RMSE decreased from 5.39 μg m-3 (prior) to 2.32 μg m-3 (posterior). OI decreased model bias for both large spatial areas and point locations, and could be extended to more advanced data assimilation methods. The current work will be applied to a five year (2000-2004) CMAQ simulation aimed at improving aerosol model estimates. The posterior model concentrations will be used to inform exposure studies over the U.S. that relate aerosol exposure to mortality and morbidity rates. Future improvements for the OI techniques used in the current study will include combining both surface and satellite data to improve posterior model estimates. Satellite data have high spatial and temporal resolutions in comparison to surface measurements, which are scarce but more accurate than model estimates. The satellite data are subject to noise affected by location and season of retrieval. The implementation of OI to combine satellite and surface data sets has the potential to improve posterior model estimates for locations that have no direct measurements.