Este trabalho tem por objetivo avaliar a emissão de metano em dois reservatórios amazônicos, Tucuruí e Samuel. A análise leva em consideração flutuações da área/cota e medidas isotópicas e de fluxos de d13CH4 obtidas em campo, as quais são influenciadas por diversos fatores simultaneamente, como ventos, pressão atmosférica, oxidação na coluna d´água e outros. A composição isotópica do metano em bolhas do sedimento indica que a principal via metanogênica é a redução de CO2. Os resultados também mostram que as emissões em reservatórios rasos são bem mais elevadas que nos mais profundos. Usando conceitos e técnicas da teoria fractal, baseada fundamentalmente em leis de potência, um modelo entre nível de água, área do reservatório e fluxo de metano permitiu estimar a emissão do reservatório de Tucuruí, num horizonte de 100 anos de vida útil, em 2,5 ± 2,7 x 10^6 toneladas de CH4. As emissões locais são amplificadas com a diminuição da cota, porém a emissão total do reservatório diminui, em função da contração da área do reservatório. Num cenário mais otimista, as emissões de Tucuruí em CO2 equivalentes devem ser 0,13 ± 0,14 x 10^6 toneladas de C/ano. / The purpose of this work is evaluating methane emissions from two Amazonian reservoirs, Tucuruí and Samuel. The analysis considers fluctuations of the reservoir area-height and isotopic measurements and fluxes of d13CH4 acquired in the field, which are influenced by many factors simultaneously, such as winds, atmospheric pressure, oxidation in the water column, and others. Isotopic composition of methane in bubbles indicates that CO2 reduction is a major pathway for methane production in the sediments. The results also show that fluxes are higher in shallow reservoirs than in deeper ones. Using concepts and techniques of fractal theory, fundamentally based on power law functions, and considering a time horizon of 100 years, a model between water level, flux and reservoir area of Tucuruí allowed to estimate methane emission from Tucuruí at about 2,5 ± 2,7 x 10^6 tons of CH4. When water levels drop local methane emissions are enhanced, although, total reservoir emission decreases, due to the shrinking of the reservoir area. Over an optimistic scenario, the emissions of Tucuruí reservoir in CO2 equivalents would be around 0,13 ± 0,14 x 10^6 tons C/year.

O estudo da região de estabilidade é de extrema importância nas ciências, aplicações em engenharia e nos sistemas de controle não linear. Neste trabalho, uma caracterização completa da região de estabilidade e da fronteira da região de estabilidade de pontos fixos estáveis de uma classe ampla de sistemas dinâmicos discretos não lineares é desenvolvida. Os resultados deste trabalho estendem a caracterização da região de estabilidade já proposta na literatura para uma ampla classe de sistemas, modelados por difeomorfismos e que admitem a presença de órbitas periódicas e pontos fixos na fronteira da região de estabilidade. Caracterizações dinâmicas e topológicas são propostas para a fronteira da região de estabilidade. Além disso, são dadas condições necessárias e suficientes para que um ponto fixo ou órbita periódica pertença à fronteira da região de estabilidade. Exemplos numéricos, incluindo o modelo de uma rede neural simétrica com 2-neurônios, ilustram os resultados propostos neste trabalho. / The study of the stability region is very important in the sciences, engineering applications, and in nonlinear control systems. In this work, a complete characterization for both the stability region and the stability boundary of stable xed points of a nonlinear discrete dynamical systems is developed. The results of this work extend the characterization of the stability region already proposed in the literature for a larger class of systems, which are modeled by dieomorphisms and which admit the presence of periodic orbits and xed points on the stability boundary. Several dynamical and topological characterizations are proposed to the stability boundary. Moreover, several necessary and sucient conditions for xed points and periodic orbits to lie on the stability boundary are derived. Numerical examples, including the model of a symmetric neural network with 2-neurons, illustrate the results proposed in this work.

Este trabalho versa sobre técnicas de estimação de derivadas de forma não assintótica conforme abordagem algébrica de Michel Fliess, e sua aplicação na determinação quase instantânea do estado interno de um sistema dinâmico, cria-se assim estimadores de estado que não se baseiam no observador de Luenberger. Resumo No desenvolvimento do trabalho demonstramos algumas características destes estimadores e apresentamos uma contribuição teórica para viabilizar a implementação destes estimadores em sistemas de controle de tempo real. Posteriormente, um sistema mecânico de dinâmica não linear foi construído e permitiu ensaios em laboratório que atestam, através dos resultados experimentais encontrados, a funcionalidade deste tipo de estimador de estados. / This work is about derivative estimation technique based on a algebraic and non-asymptotically approach, as devised by Michel Fliess, applied on quasi-instantaneous determination of the internal state of a dynamical system, using state estimators that aren\'t based on the Luenberger observer. Abstract Over this work we present some particularities of these estimators and a theoretical contribution that will able to implement these algebraic estimators in a real time control system. After that, a non-linear mechanical system was built to verify the functionality of these state estimators.

O objetivo deste trabalho é estudar as principais características de uma família de modelos que busca retratar a dinâmica do equilíbrio geral de uma economia. Por equilíbrio em economia entende-se como sendo uma situação onde nenhum agente econômico tem qualquer incentivo para modificar a sua estratégia escolhida. Neste trabalhamos não haverá uma preocupação em demonstrar a existência, unicidade e estabilidade do equilíbrio, mas sim entender como alterações exógenas afetam o equilíbrio. Brevemente, podemos entender a definição de equilíbrio geral como sendo a perspectiva de análise de equilíbrio simultâneo entre todos os mercados de uma economia. No conceito de equilíbrio geral todos os mercados devem estar em equilíbrio, de modo que nenhuma mudança em um mercado específico não venha a recompensar um determinado agente. O equilíbrio geral é constratado com a perspectiva de equilíbrio parcial, no qual parte da economia é considerada, tomando-se como dado o que está acontecendo nos demais mercados. Os modelos de equilíbrio geral que envolvem dinâmica e choques estocástico são conhecidos pelo acrônimo DSGE, ou seja, Dynamic Stochastic General Equilibrium. Na realidade trata-se de uma família de modelos, pois compreendem uma gama variada de modelos com diferentes níveis de sofisticação. Neste exercício pelo caráter generalista da modelagem decidimos por estudar o modelo DSGE proposto por Smets-Wouters (2003). Veremos neste estudo uma descrição deste modelo, seus fundamentos teóricos, e uma simulação deste modelo, de modo a vermos quais as direções de política econômica que tal modelo nos permite compreender. Os resultados obtidos utilizando-se dados da economia americana nos permitiu inferir direções para as variáveis produto e consumo diante de um choque de inovação. Foi possível por meio do modelo adotado estimar uma direção para a trajetória do PIB para os próximos anos. / The purpose of this academic work is to study a family of models called stochastic economic general equilibrium models (DSGE), and implement a solution to a general model developed model by Smets-Wouters (2003). We will note in this essay a description of this model, its theoretical foundations, and a simulation of this model, so as to see what the economic policy directions that such a model allows us to understand. The results obtained using data from the US economy allowed us to infer directions for the variables product and consumption under a innovation shock. Yet we will be able to estimate a direction to the trajectory of PIB for years to next years.

Onde há luz suficiente ,os estômatos, pequenos poros localizados na superfície das folhas, com abertura regulável, tendem a abrir . Isto permite a absorção de C02 (e, portanto, a fotossíntese) , e a evaporação de água, que não pode, porém, ser excessiva. As plantas conseguem ajustar a sua abertura dos estômatos, otimizando a absorção de C02 e adequando-se, ao mesmo tempo, à disponibilidade de água no ambiente. Recentemente, inúmeras experiências mostraram que, ao contrário do que se supunha, a abertura de um estômato parece depender da interação deste com seus estômatos vizinhos. Sob estresse hídrico, o movimento de abrir e fechar, dos estômatos de uma região da folha, freqüentemente se sincroniza, formando padrões espaço-temporais persistentes. Este trabalho teve como objetivo o estudo da dinâmica desses padrões. Reproduzimos, num primeiro momento deste estudo, um modelo proposto por Haefner e colaboradores, para entender melhor o problema. Este modelo , no entanto, demonstrou ser ineficiente sob vários aspectos, ao contrário do que observam os autores. Novos modelos foram então propostos, com resultaados mais próximos aos observados nos experimentosque apresentam melhor concordância com os experimentos. Em particular, destacamos o Modelo de Veias Aleatórias com Histerese, que utiliza a hipótese da existência de um retardo e uma histerese no mecanismo de abertura e fechamento dos estômatos, com resultados que reproduzem a diversidade de comportamento da dinâmica estomática observada experimentalmente. / When there is enough light, stomata - variable aperture pores distributed on plant´s leaves - tend to open. This mechanism allows the absorption of C02 (and so the reaction of photosynthesis) as well as the evaporation of water. The plant can adjust its stomatal aperture over time, in order to maximize C02 uptake with an water loss compatible with environmental conditions. Recently, many experiments have shown that the aperture of a single stomata depends on its interaction with the neighbors in an emergent complex behavior. Under water stress the opening and closing of stomata aperture often becomes synchronized in spatially extended patches, with a rich dynamical behavior. In this work we have studied this phenomena. We first reproduce a model proposed by Haefner and collaborators, in an attempt to better understand this phenomena. The model, however, has been unable to generate patches or an oscillatory behavior in the steady state, as claimed by th authors. We proposed then new models, that show better agreement with experiments. In a particular, the model called by us Randon Vein Model with Hysteresis was able to reproduce most of the behaviors observed in real leaves, including the formation of patches and an non-regular oscillations in the steady state.

A meta deste estudo era obter uma ferramenta de apoio à decisão adequada à nova visão de planejamento da mobilidade, enfatizada inclusive pelo Ministério das Cidades, no Brasil. Isso é justificado pela importância da consideração de efeitos espaciais, de forma explícita, e pelas relações de transportes e uso do solo, de forma dinâmica e integrada, no estudo da mobilidade urbana. Além destes pontos, este trabalho procurou analisar a viabilidade de ajuste e de aplicação desta ferramenta para uma cidade brasileira de grande porte. O método aplicado foi dividido em duas etapas concomitantes e uma terceira etapa final: i. análise de técnicas para a consideração dos efeitos espaciais no processo de modelagem urbana; ii. análise de modelos que considerassem a uso do solo e transportes de forma dinâmica e integrada e iii. análise da viabilidade de ajuste e de aplicação da ferramenta, através de um estudo de caso. Para a consideração da dinâmica do desenvolvimento urbano, o modelo MARS (Metropolitan Activity Relocation Simulator) foi o selecionado dentre mais de vinte avaliados. Trata-se de um modelo estratégico, dinâmico e integrado de uso do solo e transportes, desenvolvido na Áustria, que foi aplicado em 16 cidades da Europa e da Ásia e está em desenvolvimento em Washington, D.C., nos EUA. A primeira aplicação do MARS na América do Sul foi viabilizada através deste trabalho. O ajuste do MARS para Porto Alegre compreendeu as etapas de levantamento, tratamento e análise dos dados necessários, o processo de calibração e o processo de validação. Os modelos de transporte foram calibrados com dados da pesquisa origem-destino de 2003. Para a validação do modelo MARS Porto Alegre, aplicou-se a técnica de meta-análise. Oito diferentes cenários de planejamento urbano, considerando diferentes políticas energéticas, foram simulados em um horizonte de 30 anos. Quando comparados com as projeções de cenários similares de seis modelos aplicados na Europa, os resultados de Porto Alegre confirmaram a viabilidade do ajuste e de aplicação na cidade brasileira. Entre outras vantagens, a flexibilidade do MARS permite que sejam introduzidas variáveis espaciais nos procedimentos de modelagem, o que pode contribuir para aprimorar os resultados da simulação. A exemplo das aplicações nas cidades da Europa e da Ásia, o modelo ajustado (inclusive com os dados do Censo 2010, que devem ser divulgados nos próximos meses) pode vir a constituir uma importante contribuição para estudos de planejamento da mobilidade não apenas em Porto Alegre, mas também em outras cidades do Brasil. / The goal of this study was to get a decision support tool able to cope with the new mobility planning paradigm that is currently emphasized even by the Ministry of the Cities, in Brazil. This is justified by the need of explicitly considering spatial urban attributes, and the dynamic and integrated land use and transport relationships, in the study of urban mobility. In addition to those points, this work tried to analyze the feasibility of the setting up and the application of such a tool in a large Brazilian city. The method involved two concurrent steps and a final application, as follows: i. analysis of the available techniques for introducing spatial characteristics in the urban modeling process; ii. analysis of the models able to consider the land use-transport relationships in a dynamic and integrated way; and iii. analysis of the feasibility in setting up the model and apply in a case study. Among more than twenty alternatives considered, the Metropolitan Activity Relocation Simulator (MARS) was the model selected to replicate the dynamics of the urban development. This strategic, dynamic and integrated transportation-land use model, which was originally developed in Austria, was applied in sixteen European and Asian cities and it is currently being applied in Washington, D.C., USA. This study is the first application of MARS in South America. The adjustments of the model for Porto Alegre involved the phases of data collection, treatment and analyses, and calibration and validation procedures. The transport models were successfully calibrated with data of an origin-destination survey conducted in 2003. The validation of the Porto Alegre MARS was done through a meta-analysis process. Eight different urban planning scenarios, related to different energy policies, were simulated for a time horizon of thirty years. When compared with the results found in similar scenarios built in six applications of land use-transport models in Europe, the results of the Porto Alegre projections confirmed the validity of the adjustment procedures and of the application in the Brazilian case. Among other advantages, the flexibility of MARS allows the introduction of spatial variables in the modeling procedures, what can eventually improve the simulation results. Following what was observed in Europe and in Asia, the adjusted model (that soon will also be able to rely on the 2010 Census data) can become an important contribution to mobility planning studies not only in Porto Alegre but also in other Brazilian cities.

Estudamos a dinâmica de formação de bolhas em fluidos viscosos. Desenvolvemos novas técnicas experimentais para aprofundar o estudo do sistema de um bico borbulhador no fundo de um cilindro preenchido por uma solução de água e glicerina. Neste sistema, controlamos o fluxo de ar por meio de um fluxímetro de massa e uma válvula solenoide. Medimos simultaneamente: o tempo entre duas bolhas sucessivas usando um laser focalizado em um foto- diodo, cuja luz é espalhada com a passagem das bolhas; as ondas de pressão que o borbulhamento causa no sistema de injeção usando microfones colocados entre a válvula solenoide e o bico; e a geometria das bolhas em formação, através da análise de imagens coletadas por uma câmera de alta velocidade. Motivados pelos resultados deste sistema, construímos um modelo para a dinâmica de formação de bolhas, baseado em primeiros princípios, que descreve a rota de adição de períodos observada no experimento. Investigamos também um novo sistema experimental, que tem dois bicos borbulhadores dentro do mesmo tubo. Usamos as mesmas técnicas experimentais desenvolvidas para o experimento de um bico. Identificamos que os borbulhamentos sincronizam apesar de seus sistemas de injeção de ar serem independentes, concluímos, portanto, que o acoplamento deve-se à circulação que o líquido introduz. Estudamos a sincronização por meio da construção de diagramas de bifurcação e espaços de parâmetros mostrando as regiões de sincronização. Adaptamos também o modelo de um bico para descrever este sistema. Descobrimos que a interação entre as duas dinâmicas de formação de bolhas é maior conforme aumentamos a altura da coluna líquida. / We studied the bubble formation dynamics in viscous fluids. We developed new experimental techniques to provide a better understanding of the system with one bubbling nozzle on the bottom of a cylinder filled with a water and glycerol solution. In this system, we control the air flow with a mass flowme- ter and a solenoid valve. We have measured simultaneously: the time between successive bubbles, using a laser focused in a photo-diode that has his light scattered when one bubble passes between them; the pressure waves that the bubbling causes in the air injecting system using microphones placed between the solenoid valve and the nozzle; and the geometry of the growing bubbles, through the analysis of the images collected by a high speed camera. The re- sults from this system motivated us to make a model for the bubbles formation dynamics that describes the period-adding route observed in the experiment and is based on first principles. We also investigated a new experimental system, that has two bubbling nozzles inside the same cylinder. We used the same experimetal techniques developed to the one nozzle experiment. We identified that the bubbling on the nozzles synchronizes due the coupling introduced by the liquid circulation, as the air injecting systems are independent. We studied the synchronization by constructing bifurcation diagrams and parameter spaces that show the syn- chronized regions. We also adapted the one nozzle bubbling model to decribe this system. We discovered that the interaction between the two bubble forma- tion dynamics is stronger when we increase the liquid height.

Nesta tese, estudamos a integrabilidade quântica de modelos contínuos relevantes no contexto da quantização da supercorda do tipo IIB em AdS5 x S5, e, conseqüentemente, de interesse para a demonstração e uma melhor compreensão da correspondência AdS/CFT. Para os modelos de Landau-Lifshitz e de Alday-Arutyunov-Frolov, calculamos as amplitudes de espalhamento para três partículas e mostramos a fatorabilidade de suas matrizes S em primeira ordem não-trivial. Propomos também um novo método para a quantização de sistemas integráveis contínuos no exemplo do modelo de Landau-Lifshitz su(1;1). Nosso método fornece uma solução alternativa para o problema do ordenamento operatorial, bem como uma prescrição para a dedução das identidades de traço e do espectro das cargas quânticas conservadas. Ademais, mostramos que, por ser baseado em um processo de regularização e renormalização operatorial, concomitante à construção das extensões auto-adjuntas, a integrabilidade é preservada durante a quantização. / In this thesis, we study the quantum integrability of continuous models which arise from consistent truncations of type IIB superstring theory on AdS5 X S5, and, therefore are relevant for improving our current understanding of the AdS/CFT correspondence. For the Landau-Lifshitz and the Alday-Arutyunov-Frolov models, we compute the three-particle scattering amplitude and show the factorizability of the corresponding S matrices at the first non-trivial order. We also propose a new method for quantizing continuous integrable systems and apply it to the su(1;1) Landau-Lifshitz model. Our method provides an alternative solution to the longstanding operator ordering problem and gives a prescription to obtain the quantum trace identities, and the spectrum for the higher-order local charges. Moreover, since it is based on operator regularization and renormalization, as well as on the construction of the self-adjoint extensions, the integrability is preserved during the quantization process

This work presents an alternative method for 3D bipedal gait design using independent controllers for the plane of motion frontal and sagittal. The use of virtual constraints to design a stable gait for the frontal system is fully developed and studied in this work and the resulting gait simulated. The results, although not definitive, are promising. / Esta tese apresenta um método alternativo de síntese de marcha bípede 3D usando controladores independentes projetados para os planos de movimento frontal e sagital. O uso de restrições virtuais no projeto de uma marcha estável para o plano frontal é completamente desenvolvido e estudado neste trabalho. A marcha resultante é simulada e os resultados, apesar de ainda não definitivos, são promissores.

Congestionamentos no trânsito urbano são uma preocupação principal em grandes cidades pelo mundo, devido a seus impactos negativos multifacetados na saúde humana, no meio ambiente e na economia. A urbanização crescente, e seu consequente aumento no volume do trânsito, causam ainda mais congestionamentos por causa do ritmo lento - e, em alguns casos, inexistente - das melhoras na infraestrutura urbana. Uma solução com bom custo-benefício para reduzir o tempo médio de viagem dos veículos e prevenir os congestionamentos é o controle do trânsito urbano. No entanto, a maior parte das abordagens de controle do trânsito urbano adota um ciclo de controle fixo, o qual limita o desempenho de controle devido à consequente inabilidade de agir quando necessário. Ao contrário dessas abordagens, esse trabalho propõe uma rede neural bioinspirada que monitora o estado do sistema de forma contínua e é capaz de agir em qualquer momento. A rede neural bioinspirada proposta adota plasticidade intrínseca e inibição lateral para gerar uma competição natural entre os neurônios, a qual determina quais semáforos devem ser ativados em cada momento. Além disso, interneurônios inibitórios são adotados para coordenar intersecções vizinhas e melhorar os fluxos de veículos. Devido à grande quantidade de possíveis combinações dos parâmetros, um método para determinar o comportamento do modelo de acordo com as características intrínsecas da rede neural bioinspirada também é proposto. A convergência e a estabilidade do modelo proposto são avaliadas por seus pontos-fixos e autovalores, respectivamente. Ademais, o tempo de processamento e a complexidade computacional da rede neural bioinspirada também são avaliados. Por fim, o desempenho do modelo para diferentes demandas de veículos e situações do trânsito é avaliado com um simulador de mobilidade urbana e comparado a um método de controle adaptativo. / Traffic congestions are a major concern for big cities around the world due to its multifaceted negative impacts on human health, the environment and the economy. Growing urbanization, and the consequent increase in traffic volume, causes even more traffic congestions due to the slow-paced - and, in some cases, non-existing - improvements in the urban traffic infrastructure. A cost-effective solution to reduce vehicle travel times and prevent traffic congestions is traffic signal control. However, most approaches to traffic signal control adopt a fixed control cycle, which limits control performance due to the consequent inability to act when necessary. Contrary to these approaches, this work proposes a biologically-inspired neural network that monitors the system state continuously and can act upon it at any moment. The biologically-inspired neural network proposed adopts intrinsic plasticity and lateral inhibition to generate natural competition among neurons, determining which semaphores should be active at each moment. Furthermore, inhibitory interneurons are also adopted to coordinate neighboring intersections and to improve vehicle flows. Due to the large number of parameter combinations, a method to determine the model behavior according to the intrinsic characteristics of the biologically-inspired neural network is also proposed. Model convergence and stability are evaluated by its fixed-points and eigenvalues, respectively. Moreover, the computation time and computational complexity of the biologically-inspired neural network are also evaluated. Finally, the model performance for different vehicle demands and traffic situations is evaluated with a simulator of urban mobility and compared to an adaptive control method.