Η ανάλυση διασποράς μελετά τη σχέση που έχει μια εξαρτημένη μεταβλητή Υ, τις τιμές της οποίας μπορούμε να παρτηρήσουμε, με τις τιμές ενός παράγοντα Α ή πολλών παραγόντων που είναι και οι ανεξάρτητες μεταβλητές. Είναι κατάλληλη για δεδομένα που βασίζονται πάνω στην έρευνα ή σε πειράματα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε οι ανεξάρτητες μεταβλητές είναι ποσοτικές είτε ποιοτικές. Στην παρούσα εργασία, θα χρησιμοποιήσουμε ένα μοντέλο ανάλυσης διασποράς για να μελετήσουμε τις επιρροές των ανεξάρτητων μεταβλητών στην εξαρτημένη μεταβλητή χωρίς περιορισμούς στην φύση της στατιστικής σχέσης καθώς επίσης, θα γίνουν έλεγχοι για να μελετήσουμε αν οι πληθυσμοί μας έχουν ίσες μέσες τιμές ή ίσες διασπορές. Στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας παρουσιάζονται τα γενικά χαρακτηριστικά μιας μονοπαραγοντικής ανάλυσης διασποράς καθώς επιίσης και οι έλεγχοι των μέσων τιμών για τις στάθμες του παράγοντα. Στο δεύτερο κεφάλαιο ακολουθεί η παρουσίαση της ανάλυσης των επιδράσεων του παράγοντα και οι διάφορες μέθοδοι για πολλαπλές συγκρίσεις. Επίσης, στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται ο σχεδιασμός των δειγματικών μεγεθών καθώς και οι έλεγχοι για ίσες διασπορές. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται τα γενικά χαρακτηριστικά μιας πολυπαραγοντικής ανάλυσης διασποράς. / The analysis of variance studies the relation which has a dependent variable Y, whose the values we observe, with the values of a factor A or more factors that are the independent variables. It is suitable for data that are based on a research or on experiments and it can be used either the independent variables are quantitative or qualitative. In this paper, we are going to use a model of analysis of variance to study the influences of the independent variables to the dependent variable without restrictions to the nature of the statistical relation and they will be controls to study if our populations have equal means or variances, as well. In the first chapter of this paper, they are introduced the general characteristics of a single-factor analysis of variance and the controls of the means for the levels of the factor, as well. In the second chapter, it follows the presentation of the analysis of the factor effects and several methods for multiple comparisons. Furthermore, in the third chapter, it is analysed the planning of sample sizes and the controls for equal variances, as well. In the last chapter, the general charachteristics of a multiple analysis of variance are reported.

Στη διπλωματική εργασία περιγράφονται και αναπτύσονται δύο στατιστικές μέθοδοι ανάλυσης δεδομένων, Γραμμική Παλινδρόμηση με ποιοτικές μεταβλητές και Ανάλυση διασποράς με έναν και ακολούθως με δύο παράγοντες. Στη συνέχεια οι παραπάνω μέθοδοι εφαρμόζονται σε πραγματικά δεδομένα που προέρχονται από δείγματα νερού ενός κολπίσκου και μελετάται ο βαθμός επίδρασης 3 διαφορετικών βροχοπτώσεων στο pH του νερού. Η εφαρμογή των μεθόδων γίνεται με τη χρήση του στατιστικού πακέτου SPSS. / The thesis described and developed the data analysis of two statistical methods, Linear Regression with qualitative variables and ANOVA one-way analysis, then ANOVA two-way. Moreover, the former methods are applied to real data from gulf water samples and studied the degree of influence of 3 different rainfalls in the water pH. The application of the methods is done using the SPSS statistical package.

The aim of our work was to provide a robust method for evaluating imaging performance of positron emission tomography (PET) systems and particularly to estimate the modulation transfer function (MTF) using the line spread function (LSF) method. A novel plane source was prepared using thin layer chromatography (TLC) of a fluorine-18-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) solution. The source was placed within a phantom, and imaged using the whole body (WB) two dimensional (2D) and three dimensional (3D) standard imaging protocols in a hybrid PET/CT scanner. Modulation transfer function was evaluated by determining the LSF, for various reconstruction methods and filters. The proposed MTF measurement method was validated against the conventional method, based on point spread function (PSF). Higher MTF values were obtained with 3D scanning protocol and 3D iterative reconstruction algorithm. All MTF obtained using 3D reconstruction algorithms showed better preservation of higher frequencies than the 2D algorithms. They also exhibited better contrast and resolution. MTF derived from LSF were more precise compared with those obtained from PSF since their reproducibility was better in all cases, providing a mean standard deviation of 0.0043, in contrary to the PSF method which gave 0.0405. By using our novel plane source we developed a method for measuring the image registration shift between the CT and the PET images in fusion. The method gave results that are comparable to the manufacturers’ method for image registration and has the advance that is applicable to all scanner models. Through the MTF it is also feasible to compare commercially available scanners in terms of image quality. In conclusion, the proposed method is novel and easy to implement for characterization of the signal transfer properties and image quality of PET/CT systems. It provides an easy way to evaluate the frequency response of each kernel available. The proposed method requires cheap and easily accessible materials, available to the medical physicist in the nuclear medicine department. Furthermore, it is robust to aliasing and since this method is based on the LSF, is more resilient to noise due to greater data averaging than conventional PSF-integration techniques. In this study was used to assess the image quality. But it can also be used as a method of quality control and stability of system performance over time. / Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να εισαγάγει μια νέα μέθοδο για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της ποιότητας εικόνας στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET). Ειδικότερα, έγινε εκτίμηση της συνάρτησης διαμόρφωσης μεταφοράς (MTF) σε PET εικόνες με χρήση της συνάρτησης διασποράς γραμμής (LSF). Κατασκευάστηκε μία πρότυπη επίπεδη πηγή, Λεπτού Χρωματογραφικού Χάρτη (TLC), υψηλής ομοιογένειας. Οι καμπύλες της MTF υπολογίστηκαν από την ανακατασκευή των εγκάρσιων τομών της επίπεδης πηγής. Η ανακατασκευή έγινε για όλους τους διαθέσιμους αλγόριθμους ανακατασκευής και φίλτρα καθώς και για τους δύο τρόπους σάρωσης (2D και 3D). Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με την MTF που προκύπτει μέσω της συνάρτησης διασποράς σημείου (PSF). Με την χρήση της επίπεδης πηγής αναπτύχθηκε μέθοδος με την οποία μπορεί να ελεγχθεί η σύμπτωση της εικόνας του CT και της εικόνας του PET κατά την σύντηξη. Η μέθοδος συγκρίθηκε με τον τρόπο ελέγχου που καθορίζει ο κατασκευαστής του συστήματος. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ δύο εμπορικών συστημάτων από διαφορετικούς κατασκευαστές. Η σύγκριση πραγματοποιήθηκε για τα διαθέσιμα πρωτόκολλα σάρωσης και τους προτεινόμενους αλγόριθμους ανακατασκευής κάθε συστήματος. Η σάρωση του αντικειμένου σε 3D και η χρήση τρισδιάστατων αλγορίθμων ανασύστασης είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία εικόνων με υψηλότερες τιμές MTF. Όλες οι καμπύλες MTF που προέκυψαν από τρισδιάστατους αλγόριθμούς ανασύστασης έδειξαν καλύτερη απόκριση στις υψηλότερες συχνότητες από τους δισδιάστατους αλγόριθμους. Οι εικόνες που προέρχονται από τρισδιάστατους αλγόριθμους έχουν καλύτερη αντίθεση (contrast) και διακριτική ικανότητα (resolution). Οι καμπύλες MTF που προέρχονται από την LSF έχουν καλύτερη ακρίβεια σε σχέση με τις καμπύλες MTF που προέρχονται από την PSF και η επαναληψιμότητα τους ήταν καλύτερη σε όλες τις περιπτώσεις. Η μέση τιμή της τυπικής απόκλισης των καμπυλών MTF που προέρχονται από την LSF βρέθηκε ίση με 0,0043, ενώ η μέση τιμή της τυπικής απόκλισης των καμπυλών MTF που προέρχονται από την χρήση της PSF ήταν 0,0405. Με την προτεινόμενη μέθοδο αξιολόγησης είναι δυνατόν να συγκριθούν δύο ή περισσότερα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα ως προς τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της εικόνας τους. Τέλος, η μέτρηση της απόκλιση της εικόνας του CT και του PET στην εικόνα σύντηξης με την μέθοδο που αναπτύχθηκε ήταν συγκρίσιμη με την τιμή που μετρήθηκε εφαρμόζοντας την μέθοδο του κατασκευαστή. Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία έδειξε ότι η χρήση της MTF, που προέρχεται από την LSF, μπορεί να χαρακτηρίσει πλήρως την ποιότητα εικόνας PET. Με τη προτεινόμενη μέθοδο αξιολόγησης της ποιότητας εικόνας, η διερεύνηση των διαφόρων στοιχείων της αλυσίδας απεικόνισης μπορεί να γίνει πιο απλή και να βελτιωθεί περαιτέρω και η συνολική απόδοση συστημάτων PET. Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολόγησης απαιτεί υλικά που είναι συνηθισμένα στο κλινικό περιβάλλον, μπορεί να εφαρμοστεί πειραματικά και να χρησιμοποιηθεί στην κλινική πράξη. Επιπλέον, επειδή η μέθοδος βασίζεται στην LSF, είναι πιο ανθεκτική στο θόρυβο από τις συμβατικές τεχνικές που κάνουν χρήση της συνάρτησης διασποράς σημείου. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της ποιότητας εικόνας. Μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί και ως μέθοδος ελέγχου ποιότητας και σταθερότητας της απόδοσης του συστήματος στον χρόνο.

Η ατμοσφαιρική ρύπανση επηρεάζει την δημόσια υγεία, το φυσικό οικοσύστημα και επιφέρει μεταβολές στις κλιματικές συνθήκες. Το πρόβλημα της αέριας ρύπανσης παρουσιάζεται εντονότερο σε αστικές περιοχές, όπου η συσσώρευση ανθρωπίνων δραστηριοτήτων οδηγεί κατά κανόνα σε αυξημένες εκπομπές αερίων. Κάτω από την επήρεια δυσμενών μετεωρολογικών συνθηκών, τα επίπεδα συγκεντρώσεων των ρύπων μπορούν να ξεπεράσουν τα όρια της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας. Για την αποτελεσματική αντιμετώπιση του προβλήματος είναι απαραίτητη η ανάλυση και η σωστή περιγραφή όλων των φαινομένων και παραγόντων που καθορίζουν τις σχέσεις πηγής – αποδέκτη και ατμοσφαιρικών ρύπων. Για το σκοπό αυτό ενδείκνυνται κυρίως μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης μετεωρολογικών φαινομένων και φαινομένων διασποράς και μετασχηματισμού ρύπων. Η έντονη ευαισθητοποίηση της κοινής γνώμης σε θέματα σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος αναγκάζει τις κυβερνήσεις των χωρών να επιβάλλουν την διερεύνηση των συνεπειών έργων και δραστηριοτήτων στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον. Τα μοντέλα διασποράς ατμοσφαιρικών ρύπων είναι εύχρηστα εργαλεία που μπορούν να εκτιμήσουν συγκεντρώσεις ρύπων, έτσι ώστε αυτές να είναι αντιπροσωπευτικές στο χώρο και στον χρόνο. Οι μετρήσεις ρύπων με όργανα λαμβάνονται σε συγκεκριμένες θέσεις και ως εκ τούτου δεν είναι αντιπροσωπευτικές για μεγαλύτερες περιοχές. Μέσες τιμές ρύπων για μεγαλύτερες περιοχές υπολογίζονται εύκολα με μοντέλα ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Σκοπός αυτής της εργασίας, είναι η πρόβλεψη των συγκεντρώσεων των ρύπων διοξειδίου του θείου SO2, ολικών οξειδίων του αζώτου NOx και της ποσοστιαίας κατανομής της συνεισφοράς των πηγών ρύπανσης στις συγκεντρώσεις των ρύπων που καταγράφονται στις θέσεις των αποδεκτών με την χρήση του λογισμικού AERMOD της Εταιρίας Περιβαλλοντικής Προστασίας (EPA) των ΗΠΑ. Το AERMOD χρησιμοποιεί γκαουσιανά μοντέλα διασποράς. Για τον σκοπό αυτό συγκεντρώνονται και χρησιμοποιούνται πολλά και διαφορετικού τύπου δεδομένα, όπως μετεωρολογικά, γεωγραφικά, κυκλοφορίας αυτοκινήτων και πλοίων, εκπομπές ρύπων κ.α. Επίσης γίνεται η υπόθεση, ότι οι μεγαλύτερες συνεισφορές στην ατμοσφαιρική ρύπανση της Πάτρας γίνονται από την κυκλοφορία των αυτοκινήτων, από τα πλοία του λιμανιού και τις κεντρικές θερμάνσεις των κατοικιών. Η πρόβλεψη που προκύπτει μετά από την επεξεργασία των παραπάνω δεδομένων από το πρόγραμμα AERMOD συγκρίνεται με τα διαθέσιμα αποτελέσματα των μετρήσεων για ατμοσφαιρικούς ρύπους από το Εργαστήριο Τεχνολογίας του Περιβάλλοντος, που έγιναν στην Πάτρα στο διάστημα από τις 13 Νοεμβρίου του 1997 έως τις 23 Ιανουαρίου του 1998, κατά τις πρωινές (8:30 – 9:30) και βραδινές ώρες (20:30 – 21:30) στα πλαίσια διπλωματικής εργασίας υπό την επίβλεψη του κ. Π. Γιαννόπουλου. Στο Κεφάλαιο 1 αναφέρονται γενικές πληροφορίες για την ατμοσφαιρική ρύπανση, την πόλη της Πάτρας, για τους σημαντικότερους ρύπους της ατμόσφαιρας, αλλά και το πώς τα μετεωρολογικά φαινόμενα επηρεάζουν την διασπορά των ρύπων. Στο 2ο Κεφάλαιο αναφέρονται γενικές πληροφορίες για τα σημαντικότερα μαθηματικά μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς, ενώ στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μία γενική περιγραφή του θεωρητικού υπόβαθρου του προγράμματος AERMOD και του Προγράμματος AERMET. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα γεωγραφικά και μετεωρολογικά δεδομένα, τα δεδομένα για τους φόρτους κυκλοφορίας των οχημάτων στην πόλη της Πάτρας αλλά και πληροφορίες για την κίνηση των πλοίων στο παλιό λιμάνι της Πάτρας. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι υπολογισμοί των εκπομπών των ρύπων από τα αυτοκίνητα, τα πλοία και τις κεντρικές θερμάνσεις των κατοικιών. Επίσης παρουσιάζεται η ποσοστιαία κατανομή των εκπομπών από τις πηγές ατμοσφαρικής ρύπανσης και η συνεισφορά της κάθε μιας στην ρύπανση της ατμόσφαιρας. Τέλος παρουσιάζονται οι προβλέψεις που προκύπτουν για τις συγκεντρώσεις των ρύπων στις θέσεις των αποδεκτών και η σύγκριση αυτών με τις μετρήσεις για ατμοσφαιρικούς ρύπους που είχαν γίνει από το Νοέμβριο του 97 έως τον Ιανουάριο του 98. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της εργασίας. Σαν συμπέρασμα της εργασίας προκύπτει ότι τα γκαουσιανά μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς είναι χρήσιμα εργαλεία για την βραχυπρόθεσμη πρόγνωση των επιπέδων ρύπανσης, την εκτίμηση της συνεισφοράς των επί μέρους πηγών στην ποιότητα του αέρα και τη βελτιστοποίηση των στρατηγικών αντιρρύπανσης. Επισημαίνεται ότι τα μοντέλα προσομοίωσης αποτελούν την μοναδική μεθοδολογία αναφορικά με την δυνατότητα εκτίμησης της συνεισφοράς των επιμέρους πηγών. Επίσης, από τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα για την προέλευση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη της Πάτρας, όπως το ότι το μεγαλύτερο ποσοστό της (65 – 76% για το SO2 και 85 – 92% για NOx) προέρχεται από την κυκλοφορία των οχημάτων, ενώ αξιοσημείωτα είναι και τα ποσοστά των ρύπων που προέρχονται από τις κεντρικές θερμάνσεις (17 – 29% για το SO2 και 7,5 – 14,2% για NOx). Επίσης από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι τα ποσοστά των ΝΟx που προέρχονται από τα πλοία είναι πολύ μικρά (0,3% - 0,4%), ενώ αντίθετα τα αντίστοιχα ποσοστά του SO2 (6% – 7%) είναι αξιοσημείωτα. Τέλος, άξιο αναφοράς είναι ότι όπως προκύπτει από τις συγκεντρώσεις των ρύπων που προβλέπει το AERMOD, φαίνεται ότι σε μία ζώνη πλάτους 400 m γύρω από το λιμάνι το ποσοστό της συγκέντρωσης του SO2 είναι αυξημένο (8% – 9%). / Air pollution affects public health, natural ecosystem and bring changes in climatic conditions. The problem of air pollution are most marked in urban areas, where the accumulation of human activities should lead to increased greenhouse gases. Under the influence of adverse weather conditions, the concentration levels of pollutants can overcome the limits of the World Health Organization. For the effective address of this problem is necessary to analyze all phenomena and factors that define the relationship source - receptor and atmospheric pollutants. For this purpose are suitable mathematical models simulating weather patterns and phenomena of dispersion and transformation of pollutants. The intense public awareness on issues related to the protection of the environment forces governments to impose the investigation of the effects of projects to the atmosphere. The air pollutant dispersion models are handy tools that can estimate pollutant concentrations, so that they are representative in space and time. The measurements of pollutants with instruments done at specific locations and therefore they are not representative for larger areas. Mean values for pollutants at larger areas easily calculated with models of atmospheric pollution. The aim of this work is the prediction of pollutant concentrations of sulfur dioxide SO2, total nitrogen oxides NOx and the percentage distribution of the contribution of pollution sources in pollutant concentrations recorded at the locations of receptors with the use of the software AERMOD. AERMOD belongs to the Environmental Protection Company (EPA) in the USA. AERMOD uses Gaussian dispersion models. For this purpose collected and used many different types of data, such as meteorological, geographical, automobile traffic and ship emissions, etc. Also it is assumed that the greatest contributions to air pollution of Patras come from the circulation of cars, from the port's ships and from the heating installations. The prediction obtained after processing the above data from the AERMOD program comes in comparison with the available results of measurements of air pollutants from the Laboratory of Environmental Engineering, held in Patras in the period from 13 November 1997 until 23 January 1998 in the morning (8:30 - 9:30) and evening (20:30 - 21:30) in the thesis under the supervision of Mr. P. Giannopoulos. In Chapter 1 reported general information on air pollution, about the significant atmospheric pollutants, and how weather conditions affect the dispersion of pollutants. In the second chapter reported general information about the most important mathematical atmospheric dispersion models, while in the third chapter gives a general description for the theoretical background of the programs AERMOD and AERMET. In Chapter 4 presents the geographical and meteorological data, data on motor vehicle traffic volumes in the city of Patras and information on the movement of ships in the old harbor of Patras. In the fourth chapter presented calculations of emissions of pollutants from cars, ships and central heating of homes. Also in the fourth chapter reported the percentage distribution of emissions from sources of atmospheric pollution and contribution of each in the pollution. Finally in the fourth chapter presented the forecasts for the concentrations of pollutants in the positions of the receptors and compare them with measurements for atmospheric pollutants that were made from November 97 until January 98. In Chapter 5 presented the conclusions of the work. As a conclusion of this study shows that the Gaussian atmospheric dispersion models are useful tools for short-term forecasting of pollution levels, and for the assessment of the contribution of individual sources on air quality. Noted that the simulation models are the unique methodology regarding the possibility of assessing the contribution of individual sources. Also, from the results of this work resulting conclusions about the origin of air pollution in the city of Patras, such that the highest percentage (65 - 76% for SO2 and 85 to 92% for NOx) comes from traffic vehicles, while noteworthy are the percentages of pollutants from central heating (17 - 29% for SO2 and 7.5 to 14.2% for NOx). Also, from the results it appears that rates of NOx from ships are very small (0.3% - 0.4%), while the corresponding percentages of SO2 (6% - 7%) is remarkable. Finally, it is worth mentioning that as indicated by the concentrations of pollutants that AERMOD calculates , it seems that in a zone extending 400 m around the harbor, the percentage of the concentration of SO2 is increased (8% - 9%).

Ακολουθώντας μακροικολογική προσέγγιση, στόχος της διατριβής είναι η μελέτη των προτύπων συγκρότησης των νησιωτικών βιοκοινοτήτων. Συγκεκριμένα, στόχος είναι η διερεύνηση των προτύπων συνεμφάνισης ειδών, των προτύπων ανομοιότητας στη σύνθεση ειδών και της επίδρασης περιβαλλοντικών παραγόντων σε αυτά, καθώς και των προτύπων εγκιβωτισμού σε νησιωτικές βιοκοινότητες. Για το σκοπό αυτό, συνέλεξα μεγάλο αριθμό δεδομένων από διάφορα νησιωτικά συστήματα του κόσμου, καταρτίζοντας πίνακες παρουσίας-απουσίας ειδών για κάθε νησιωτικό σύστημα. Στη συνέχεια προσπάθησα να αναδείξω γενικά προτύπα συγκρότησης των νησιωτικών βιοκοινοτήτων. Αρχικά, αξιολόγησα δύο δείκτες («φυσικός» δείκτης και δείκτης CS), οι οποίοι εξετάζουν τα πρότυπα συνεμφάνισης σε επίπεδο ζευγών ειδών, ως προς την καταλληλότητα τους για τη διερεύνηση των προτύπων συνεμφάνισης ειδών. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι και οι δύο δείκτες είναι κατάλληλοι ως δείκτες διερεύνησης των προτύπων συνεμφάνισης των ειδών. Mε τη χρήση αυτών των δύο δεικτών ανιχνεύονται σημαντικά πρότυπα συνεμφάνισης ειδών σε πολύ λιγότερες περιπτώσεις σε σύγκριση με τον δείκτη C-score που εξετάζει τα πρότυπα συνεμφάνισης σε επίπεδο ολόκληρου πίνακα παρουσίας-απουσίας ειδών. Γενικά, τα περισσότερα πρότυπα συνεμφάνισης ανιχνεύονται στις νησιωτικές κοινότητες των σπονδυλωτών και των φυτών. Ακολούθως, διερεύνησα τα προτύπα ανομοιότητας στη σύνθεση ειδών διάφορων ομάδων οργανισμών σε ωκεάνια και ηπειρωτικά νησιωτικά συστήματα, σε μερικές περιπτώσεις υπό το πρίσμα των διαφορετικών ικανοτήτων διασποράς των τάξων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών επηρεάζεται από την ομάδα οργανισμών που μελετάται. Τάξα με μεγάλη ικανότητα διασποράς τείνουν να έχουν χαμηλότερο βαθμό ανομοιότητας μεταξύ νησιών σε σύγκριση με άλλα τάξα με μικρότερη ικανότητα διασποράς. Η ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών επηρεάζεται επίσης από τον τύπο νησιωτικού συστήματος. Τα ωκεάνια νησιωτικά συστήματα τείνουν να έχουν υψηλότερο βαθμό ανομοιότητας στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών από ότι τα ηπειρωτικά νησιωτικά συστήματα (αποδείχθηκε για τις κοινότητες σαυρών). Οι διαφορές στην έκταση και η απόσταση μεταξύ των νησιών επηρεάζουν σημαντικά την ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών. Οι διαφορές στο υψόμετρο επηρεάζουν σε μικρότερο βαθμό την ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών και κυρίως φαίνεται να επιδρούν στα ωκεάνια νησιά και στις κοινότητες των τάξων με μεγάλη ικανότητα διασποράς, όπως είναι τα πτηνά και οι νυκτερίδες. Τέλος, διερεύνησα τον βαθμό εγκιβωτισμού των νησιωτικών βιοκοινοτήτων χρησιμοποιώντας τον δείκτη εγκιβωτισμού NODF. Σε συνδυασμό με ένα μηδενικό μοντέλο που διατηρεί σταθερό το άθροισμα των στηλών και των σειρών του πίνακα παρουσίας-απουσίας ειδών, ανιχνεύονται αρκετές «αντι-εγκιβωτισμένες» νησιωτικές βιοκοινότητες. Οι περισσότερες από αυτές επιδεικνύουν σημαντικό πρότυπο συνεμφάνισης ειδών. Αρκετές «αντι-εγκιβωτισμένες» βιοκοινότητες έχουν πολύ υψηλό βαθμό αντι-εγκιβωτισμού δηλαδή έχουν αρκετά νησιά τα οποία δεν έχουν κανένα κοινό είδος. Αυτό μπορεί να οφείλεται είτε στην ύπαρξη διαφορετικών δεξαμενών ειδών για τα νησιά του ίδιου νησιωτικού συστήματος είτε στη μειωμένη ικανότητα διασποράς των ειδών και κατά συνέπεια στη διαμόρφωση ξεχωριστών βιοκοινοτήτων στα νησιά. / Following a macroecological approach the aim of this thesis is the study of the assembly patterns of insular communities. In particular, the aim is to investigate species co-occurrence patterns, compositional dissimilarity patterns as well as the effect of environmental factors on those patterns and also to investigate nestedness patterns of insular communities. I collected a large number of data from various insular systems of the world, compiling species presence-absence matrices for each insular system and Ι attempted to describe general assembly patterns of insular communities. First, I evaluated the statistical properties of two metrics ("natural" and CS), that are used to examine co-occurrence patterns at the species-pair level, to determine if they can be used in the investigation of species co-occurrence patterns. The results show that both metrics can be used in the investigation of these patterns. Using the "natural" and the CS metrics, significant species co-occurrence patterns are identified in very few cases. On the contrary, using the CS metric, significant species co-occurrence patterns are identified in many cases. The majority of the significant species co-occurrence patterns are identified in the communities of vertebrates and plants. Also, I investigated compositional dissimilarity patterns of various taxa in oceanic and continental shelf insular systems, in some cases taking into account the differences in the dispersal ability among taxa. The results showed that compositional dissimilarity patterns are dependent on the taxon. Taxa with good dispersal abilities tend to have level lower levels of between-island compositional dissimilarity than taxa with poor dispersal abilities. Compositional dissimilarity patterns are also dependent on island type. Oceanic insular systems tend to have a higher level of compositional dissimilarity than continental shelf insular systems (clearly demonstrated for lizards). Inter-island distance, as well as area differences between islands, have an important effect on compositional dissimilarity between islands. Elevation differences between islands have a weaker effect on compositional dissimilarity. Significant effects of elevation differences between islands are only observed in oceanic insular systems and in the communities of taxa with good dispersal abilities such as birds and bats. Finally, I investigated the nestedness degree of insular communities. Using the NODF metric in combination with a null model that preserves the column and row sums of the species presence-absence matrix, we can detect several "anti-nested" insular communities. The majority of these communities also exhibit a significant species co-occurrence pattern. Several "anti-nested" communities have high values of the anti-nestedness index, indicating that they have many island pairs that have no species in common. A possible explanation for this is that for a given insular system there may be more than one species source pool. Poor dispersal abilities of various species can also lead to the assembly of distinct communities on different islands.

Φαινόμενα άντλησης με ή χωρίς βαλβίδες εξετάζονται πειραματικά και θεωρητικά μέσω κυλινδρικών εύκαμπτων αγωγών. Το φαινόμενο της άντλησης ρευστού χωρίς βαλβίδες μελετάται πειραματικά σε κλειστό βρόχο αποτελούμενο από δύο αγωγούς, έναν εύκαμπτο και έναν άκαμπτο. Αναπτύσσεται μη μηδενική μέση χρονικά παροχή ρευστού όταν διεγείρεται τμήμα του εύκαμπτου αγωγού σε συγκεκριμένες συχνότητες και πλάτη διέγερσης. Η διέγερση επιτυγχάνεται μέσω συμπίεσης και αποσυμπίεσης του εύκαμπτου αγωγού από έναν κατάλληλο παλινδρομικό μηχανισμό. Εξετάζονται τέσσερις παράμετροι επιρροής του φαινομένου, η συχνότητα, το μήκος, το πλάτος και η θέση της διέγερσης. Καταγράφονται τα σήματα μέτρησης της παροχής στο μέσον του άκαμπτου αγωγού, οι τιμές της στατικής πίεσης στα άκρα του άκαμπτου αγωγού και η κατακόρυφη μετατόπιση της πλάκας συμπίεσης. Επιπλέον, προσδιορίζεται η παραμόρφωση της εγκάρσιας διατομής του ελαστικού αγωγού στην περιοχή της διέγερσης, κατά τη συμπίεση και αποσυμπίεσή του για διάφορα πλάτη διέγερσης. Τα αποτελέσματα φανερώνουν την ανάπτυξη ροής προς μία κατεύθυνση με την αύξηση της συχνότητας διέγερσης. Η ροή αυτή μεγιστοποιείται όταν η συχνότητα διέγερσης ταυτίζεται με την ιδιοσυχνότητα του υδραυλικού κυκλώματος. Η μέση χρονικά παροχή αυξάνει καθώς το σημείο διέγερσης απομακρύνεται από το μέσον του εύκαμπτου αγωγού και επίσης με την αύξηση του πλάτους ή του μήκους διέγερσης. Θεωρητικά το φαινόμενο της άντλησης χωρίς βαλβίδες μελετάται μέσω της ανάπτυξης ενός κατάλληλου ψευδο-μονοδιάστατου μοντέλου που επιλύεται αριθμητικά, θεωρώντας ξανά κλειστό βρόχο ενός εύκαμπτου και ενός άκαμπτου αγωγού. Οι εξισώσεις του μοντέλου διαμορφώνονται με την ολοκλήρωση των εξισώσεων ροής (συνέχειας και ορμής) επί της εγκάρσιας διατομής του κλειστού βρόχου, θεωρώντας αξονοσυμμετρική ροή ασυμπίεστου ρευστού με σταθερό ιξώδες. Χρησιμοποιείται επίσης μία καταστατική εξίσωση που σχετίζει την αναπτυσσόμενη πίεση με την μεταβαλλόμενη εγκάρσια διατομή του βρόχου, έχοντας υποθέσει λεπτά ελαστικά τοιχώματα αγωγών με γραμμικές παραμορφώσεις. Επιλύεται αριθμητικά μη γραμμικό σύστημα μερικών διαφορικών εξισώσεων υπερβολικού τύπου, μέσω τριών αριθμητικών σχημάτων: Lax-Wendroff, MacCormack, και Dispersion Relation Preserving (DRP), το οποίο παρουσιάζει και την υψηλότερη ακρίβεια. Οι τρεις άγνωστες συναρτήσεις που υπολογίζονται στο χώρο και το χρόνο είναι η εγκάρσια διατομή του κλειστού κυκλώματος, η αναπτυσσόμενη εσωτερική πίεση του ρευστού και η ταχύτητά του. Σε κάποιο σημείο του εύκαμπτου αγωγού η περιοδική διέγερση προκαλεί κατευθυνόμενη ροή του ρευστού υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Όταν η διέγερση απομακρύνεται από το μέσον του εύκαμπτου αγωγού, αναπτύσσεται διαφορά φάσης μεταξύ των κυματομορφών της πίεσης στα σημεία σύνδεσης των δύο αγωγών. Η κυματομορφή της πίεσης που προηγείται είναι αυτή που διαμορφώνεται στο σημείο σύνδεσης των δύο αγωγών που είναι πιο κοντά στη διέγερση. Με αύξηση του πλάτους ή του μήκους του διεγειρόμενου τμήματος του κλειστού κυκλώματος, η μέση χρονικά παροχή αυξάνει και μεγιστοποιείται στην ιδιοσυχνότητα του συστήματος. Μεταβάλλοντας τη συχνότητα διέγερσης στο πεδίο μακριά της συχνότητας συντονισμού, εμφανίζονται τοπικά ακρότατα της συνάρτησης της μέσης χρονικά παροχής με τη συχνότητα, τα οποία αναδεικνύουν τον περίπλοκο χαρακτήρα του φαινομένου της άντλησης χωρίς βαλβίδες. Τα αποτελέσματα του μοντέλου παρουσιάζουν την ίδια συστηματικότητα με τα αντίστοιχα του πειράματος, διατηρώντας τα περισσότερα χαρακτηριστικά και τάσεις στις μεταβολές. Κατά το πρώιμο στάδιο κύησης του εμβρύου το αίμα κυκλοφορεί προς μία κατεύθυνση στο πρωταρχικό κυκλοφορικό σύστημα του εμβρύου, παρότι οι βαλβίδες απουσιάζουν. Το παραπάνω θεωρητικό μοντέλο επιλύεται με αριθμητικά δεδομένα από τη φυσιολογία του εμβρύου, γι’ αυτό το πρώιμο στάδιο κύησης, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο DRP 4ης τάξης ακρίβειας στο χώρο και το χρόνο. Το μέγεθος της μέσης παροχής του αίματος εξαρτάται από τους εμβρυϊκούς καρδιακούς παλμούς και το βαθμό συστολής του αρχέγονου καρδιακού σωλήνα. Η αντλητική ικανότητα του κυκλοφορικού συστήματος του εμβρύου εκφράζεται με τη μέση παροχή αίματος ως συνάρτηση των καρδιακών παλμών και του βαθμού συστολής του αρχέγονου καρδιακού σωλήνα. Το φαινόμενο της άντλησης με βαλβίδες μελετάται πειραματικά μέσω ενός ανατάξιμου εύκαμπτου αγωγού, ο οποίος συμπιέζεται από ένα μηχανισμό δίχρονης περισταλτικής αντλίας. Μία πρότυπη συσκευή έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί, ώστε να αναλυθεί η συμπεριφορά και να εξαχθούν οι χαρακτηριστικές καμπύλες της δίχρονης περισταλτικής αντλίας. Περισταλτικές αντλίες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται στην ιατρική σε εφαρμογές παρεντερικής διατροφής, άντλησης του αίματος και ειδικότερα σε έγχυση φαρμάκων. Για την κατασκευή της πρότυπης αντλίας, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένας καινοτομικός μηχανισμός εκκεντροφόρου άξονα, ο οποίος επιτυγχάνει σταθερό ρυθμό έγχυσης. Η πειραματική διάταξη αποτελείται από δύο δεξαμενές υπερχείλισης που συνδέονται μέσω ενός σωλήνα ελαστικού σιλικόνης. Το όλο σύστημα πληρώνεται με αποσταγμένο νερό και η άντληση επιτυγχάνεται από τη μία δεξαμενή στην άλλη με κατάλληλη προοδευτική συμπίεση ενός τμήματος του ελαστικού αγωγού μέσω του μηχανισμού της αντλίας. Η παροχή μετράται ζυγίζοντας τη δεξαμενή κατάθλιψης, η οποία είναι τοποθετημένη σε δυναμοκυψέλη γι’ αυτό το σκοπό. Για χαμηλές συχνότητες λειτουργίας η έγχυση είναι σχεδόν ομαλή χωρίς πάλμωση. Επίσης, η παροχή εξαρτάται κυρίως από τη συχνότητα περιστροφής του άξονα της αντλίας και μεγιστοποιείται γύρω από την ιδιοσυχνότητα της συσκευής. / Valveless and valvate pumping phenomena are investigated experimentally and theoretically through cylindrical distensible tubes. The phenomenon of valveless pumping is studied experimentally in a loop consisting of two tubes, a soft and a hard one filled with salted water. A non zero mean flow-rate is established via a reciprocating flat plate mechanism compressing and decompressing a portion of the flexible tube with a controllable frequency and depth of compression. Four parameters of the problem were examined, namely the frequency of the oscillating plate, its length, the depth of compression and the location where the tube is compressed. Four signals were simultaneously recorded, namely the flow-rate at the mid length of the hard tube, the static pressure at the tube’s ends and the displacement of the oscillating plate. Also, the tube cross-sectional area was measured versus the displacement of the oscillating plate for various values of the maximum depth of compression. Analysis of the obtained data showed that a unidirectional flow is established increasing the frequency of compression and it maximizes when the compression frequency coincides with the natural frequency of the hydraulic loop. The mean value of the flow-rate increases when the point of compression moves far from the mid length of the flexible tube, when the length of the reciprocating plate increases and when the depth of compression increases. Additionally, the development of a theoretical model of valveless pumping and its numerical solution is presented, applied for the case of the closed hydraulic loop, consisting of a flexible and a rigid tube. The integration of the governing flow equations (continuity and momentum), over the tube cross-sectional area results in a quasi-one-dimensional unsteady model, considering axisymmetric flow of incompressible fluid with constant viscosity. There was also used a constitutive state equation, relating pressure and cross-sectional area, and assuming that the deformations of the thin-walled tubes are purely elastic. A system of nonlinear partial differential equations of the hyperbolic type is solved numerically, employing three finite difference schemes: Lax-Wendroff, MacCormack, and Dispersion Relation Preserving (DRP), the last being the most accurate one. Three functions in time and space are calculated, the cross-sectional area of the closed loop, the building up internal pressure and the velocity of the fluid inside the loop. A periodic compression and decompression of the flexible tube causes a unidirectional flow, under certain conditions. When the excitation takes place far from the midlength of the flexible tube, a phase difference between the pressures at the two edges of each tube is developed, being in advance the one that is closer to the excitation area. Increasing the tube occlusion or the length of the excited part of the loop the mean flow rate increases and maximizes at the natural frequency of the loop. Varying the excitation frequency both above and below the resonance frequency, local flow rate extremes appear, manifesting the complex character of the valveless pumping phenomenon. The simulated results maintain most of the characteristics found in the experiment. During early embryonic life, blood circulates in one direction through the primitive circulatory system, in spite of the complete lack of valves. The above mathematical model described the coordinated fashion of the blood circulation in the circulatory system of the embryo. The one-dimensional model is analysed numerically and solved with the DRP scheme, which is of fourth order accurate in time and space. The mean blood flow-rate depends on the embryonic heart rate and the contraction grade of the primordial heart tube. The pumping activity of the embryo circulatory system is shown by presenting the mean blood flow-rate as a function of embryonic heart rate for several contraction grades of the primordial heart tube. Furthermore, the phenomenon of valvate pumping is studied experimentally through a resilient tube, compressed by a two-cycle peristaltic pump mechanism. A prototype device was designed and manufactured in order to analyze the behaviour and reveal the characteristic curves of such a pump. This kind of pump can be used in medicine for nutrition, pumping blood and especially for drug infusion therapies. Concerning the manufacturing of this prototype device, an innovative mechanism was applied, regarding the camshaft of the pump, in order to achieve constant infusion flow-rate in time. The experimental set-up consists of two rigid overflow vessels filled with distilled water, communicating via a silicone rubber tube. Pumping is achieved from one vessel to the other by inducing a progressive deformation (shrinkage) on a segment of the silicone rubber tube through the pump. The flow-rate is measured by weighing the fluid-receiver vessel, which is placed on a single point load-cell platform. At low pumping frequencies the flow-rate is almost steady. Also it is shown that the flow-rate is mainly dependent on the rotating frequency of the pump and maximizes when the excitation frequency coincides with the natural frequency of the device.