Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis quantifies the net change of CO2 (NEE) in an irrigated rice crop cultivation in RS (Brazil). The research is part of the project CT-HIDRO, which presents as main purpose the description of surface conditions for different ecosystems in the country. Data were gathered during the cultivation period, from October 2003 to March 2004. During this time, the average air temperature and the incident radiation were suitable for the development of the culture in such an area. The turbulent flows, calculated by the eddy covariance method, overestimated the NEE value, probably due to the low estimate of breathing tax, because, during some night-times, sensor registered little turbulence. Moreover, other factor could have interfered in the result of the flows, for instance, the time in which the flows are calculated. The Webb correction was applied in the curve of NEE, and a value smaller than 1% was found. Such result didn't modify the previous result significantly. The behavior of CO2 flow during the whole analyzed period showed a maximum of -0,47mgCO2 m−2 s −1 in January 2004, what demonstrates the largest absorption of CO2 from the atmosphere by the plant during the day and a smaller liberation at night, due to the development phase in which the plant is. In this case, the Webb correction was also little emphasized, not interfering in the obtained result. The curves that demonstrate the three phases of development of the rice presented a larger absorption of CO 2 during the reproductive phase. The behavior of the flow of CO 2 showed a negative flow during the day, when the plant absorbs CO2 from the atmosphere, and a positive flow during the night, when the inverse process occurs, what was waited for. The latent heat flow presented larger diary average values from January to February, always with positive values, consequence of the rice crop irrigation. Two days with high values of flow of latent heat were obtained, what motivated the analysis of the energy balance. The closing of the energy balance was not reached in both days. A possible reason for that could be the low estimate of flows when the eddy covariance method was applied. / Este trabalho quantifica a troca líquida de CO2 (NEE) em uma área de cultivo de arroz irrigado no RS, como parte do projeto CT-HIDRO, projeto este que tem como finalidade descrever condições de superfície para diferentes ecossistemas do país. Os dados utilizados foram coletados durante o período de cultivo, entre outubro de 2003 e março de 2004. Neste período a temperatura média do ar e a radiação incidente são adequadas para o desenvolvimento da cultura nesta região. Os fluxos turbulentos, calculados pelo método de covariância de vórtices (eddy covariance), superestimaram o valor da NEE, provavelmente devido, a subestimativa da taxa de respiração, pois em alguns períodos noturnos os sensores registraram pouca turbulência. Além disso, outro fator que pode interferir no resultado dos fluxos, como por exemplo, o intervalo em que os fluxos são calculados. Foi aplicada a correção de Webb na curva de NEE e encontrou-se um valor menor que 1%, fato este que não modificou significativamente o resultado encontrado. O comportamento do fluxo de CO 2 durante todo o período analisado, mostrou um pico de -0,47mgCO2 m−2 s −1 , em janeiro de 2004, o que demonstra a maior captura de CO2 da atmosfera pela planta durante o dia e uma menor liberação à noite, devido a fase de desenvolvimento em que a planta se encontra. Neste caso, a correção de Webb também foi pouco acentuada, não interferindo no resultado obtido. As curvas que demonstram as três fases de desenvolvimento do arroz mostraram claramente uma maior absorção de CO 2 durante a fase reprodutiva. O comportamento do fluxo de CO 2 mostra um fluxo negativo durante à dia, quando a planta absorve CO2 da atmosfera e um fluxo positivo durante à noite quando ocorre o processo inverso, o que era esperado. O fluxo de calor latente apresentou maiores valores médios diários entre os meses de janeiro e fevereiro, apresentando sempre valores positivos, conseqüência da irrigação do campo de arroz. Obtivemos dois dias com valores elevados de fluxo de calor latente, o que fez com que analisássemos o balanço de energia. O fechamento do balanço de energia não foi alcançado em ambos os dias. Uma possível razão para isto pode ser o devido à subestimativa dos fluxos quando aplicado o método de covariância de vórtices.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-07-05T13:19:56Z No. of bitstreams: 1 textocompleto.pdf: 14039746 bytes, checksum: 3ec0f997a48ded57bd1f83951b26e623 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-05T13:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 textocompleto.pdf: 14039746 bytes, checksum: 3ec0f997a48ded57bd1f83951b26e623 (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No Brasil, a área com plantações de eucalipto é superior a 5,7 milhões de ha, destacando-se o estado do Mato Grosso do Sul (MS), que liderou a expansão em áreas plantadas nos últimos cinco anos (2011-2016). A maior parte dessas áreas plantadas no estado do MS está em áreas de floresta nativa do Cerrado, que foram substituídas principalmente por pastagens degradadas e culturas anuais no passado. Portanto, os efeitos desta alteração na cobertura do solo, no ciclo regional de carbono e da água ainda não estão compreendidos. Neste contexto, foi usada a técnica de covariância dos vórtices turbulentos, medidas meteorológicas, do solo e da vegetação para explorar as eficiências intrínsecas do uso da água e da radiação em dois diferentes estudos nos trópicos brasileiros: Primeiro estudo (1) teve como objetivo avaliar um ciclo completo de rotação (9 anos) de fluxos de carbono e água de uma plantação clonal de Eucalyptus grandis. No geral, as variáveis ambientais, radiação fotossinteticamente ativa (PAR), temperatura do ar (Tair), déficit de pressão de vapor de água (VPD), precipitação e o conteúdo de água no solo (SWC) seguiram as condições sazonais de época seca e chuvosa. Durante os 9 anos de estudo, a precipitação total anual variou entre 986 e 1496 mm ano -1 , com uma média de 1238 mm ano -1 . Antes do corte das árvores, a floresta de eucalipto mostrou-se ser um forte sumidouro de carbono durante todos os anos (1-8 anos), a soma anual da produtividade líquida do ecossistema (NEE) aumentou de -256 para -1515 g C m -2 ano -1 , a soma anual da produção primária bruta (GPP) aumentou de 2312 para 4059 g C m -2 ano -1 , e a soma anual da respiração do ecossistema (Reco) aumentaram de 1195 para 2751 g C m -2 ano -1 . O primeiro ano após o corte das árvores (incluindo a preparação do local e o anovo plantio), a soma anual foi NEE = 883, GPP = 1248 e Reco = 2132 g C m -2 ano -1 , indicando ser fonte de carbono neste período. Assim, o total de carbono sequestrado durante um ciclo completo de rotação foi de 78 t C ha -1 . O balanço de energia (Rn = LE + H + G) descreveu padrões diários típicos de transferência de calor sensível, calor latente e fluxo de calor no solo com fluxos máximos ao meio-dia solar. A evapotranspiração (ET) total anual variou entre 837 e 1432 mm ano -1 , com uma média de 1154 mm ano -1 . A eficiência intrínseca de uso da água (WUE i ) e a condutância do dossel (g c ) corresponderam as variações do índice de área foliar (IAF), GPP e ET durante o período de estudo. Em conclusão, os nossos resultados forneceram uma importante contribuição dos balanços de carbono, água e energia em um ciclo completo de rotação em plantações de eucalipto que podem ser úteis para avaliar mudanças de cobertura do solo nesta região e até mesmo em outras regiões do Brasil. Segundo estudo (2) o objetivo foi comparar as diferenças nos fluxos de carbono, água e energia entre uma floresta nativa de Cerrado (SAV) e em plantações de eucalipto (EUC) durante o período de dezembro de 2012 a agosto de 2013. Os valores diários da Tair (média de 23 °C), PAR (média de 34 mol m -2 dia -1 ) e da precipitação acumulada (soma 1013,5 mm) foram semelhantes entre os dois ecossistemas. Ao contrário, os valores diários de VPD e SWC foram menores no ecossistema da SAV do que no ecossistema EUC ao longo do período estudado. A soma da NEE (-1136 g C m -2 ) para este período indica que o ecossistema com EUC é sumidouro de carbono, ao contrário, para o ecossistema com SAV a soma da NEE (256 g C m -2 ) indicou ser um ecossistema fonte de carbono. No geral, o fluxo de calor latente (LE) dominou o balanço de energia em ambos os ecossistemas, seguido pelo fluxo de calor sensível (H) e pelo fluxo de calor do solo (G). A evapotranspiração total na SAV e no EUC foi estimada em 948 e 1050 mm, respectivamente. O índice de área foliar (LAI) no ecossistema SAV variou de 3,8 a 1,9 m -2 m -2 e no ecossistema EUC variou de 4,7 a 3,2 m -2 m -2 , no período úmido e seco, respectivamente. Considerando o período estudado, o cerrado foi fonte de carbono do ecossistema para a atmosfera (2,5 t C ha -1 ), já o plantio de eucalipto foi um forte consumidor de carbono da atmosfera para o ecossistema (11 t C ha -1 ) ao longo do estudo período (9 meses). Os resultados indicam que as plantações de eucalipto no bioma de savana estão bem adaptadas às condições ambientais e têm uma boa resposta à variabilidade das condições climáticas. Além disso, a mudança da cobertura do solo e as práticas de uso do solo do cultivo com pastagens para plantações de eucalipto podem ajudar ou mesmo restaurar a biodiversidade do bioma de savana / In Brazil the eucalyptus’s plantations area is higher than 5.7 million ha, stand out for Mato Grosso do Sul State (MS) which had led the expansion over the last five years (2011-2016). Most of these areas in MS are into a native savanna forest replaced by degraded pasture and annual crops in the past. Therefore, the effect of this land-cover change on regional carbon and water cycle remains unclear. Here, it was used the eddy covariance technique, meteorological, soil and plant measurements to explore the environmental dependence of intrinsic water- and radiation efficiencies in two different studies in Brazilian tropics: First study (1) reported a full rotation cycle (9 years) of carbon, water and energy fluxes from a clonal Eucalyptus grandis plantation. Overall the environmental variables, photosynthetically active radiation (PAR), air temperature (Tair), water vapor saturation pressure deficit (VPD), rainfall, and soil water content (SWC) followed seasonal drought and wet conditions. During the 9-years of study, the annual total rainfall ranged between 986 to 1496 mm yr -1 , with an average of 1238 mm yr -1 . Before the harvest of trees, the eucalyptus forest was a strong carbon sequestration during all years (1-8 years), the annual net ecosystem exchange (NEE) sum increased from -256 to - 1515 g C m -2 yr -1 , the annual gross primary production (GPP) sum increased from 2312 to 4059 g C m -2 yr -1 , and the annual ecosystem respiration (Reco) sum increased from 1195 to 2751 g C m -2 yr -1 . The first year after harvest of trees (including site preparation and planting of new trees), the annual sum was NEE = 883, GPP = 1248 and Reco = 2132 g C m -2 yr -1 , indicating a small carbon source for this period. Thus, the total carbon sequestration during a full rotation cycle was 78 t C ha -1 . Energy balance (Rn = LE + H +G) described typical daily patterns of sensible, latent and soil heat transfer, with maximal fluxes at solar noon. The annual total evapotranspiration (ET) ranged between 837 to 1432 mm yr -1 , with an average of 1154 mm yr -1 . Patterns in intrinsic water-use efficiency (WUE i ) and canopy conductance (g s ) during the study matched those variations in leaf area index (LAI), GPP and ET. In conclusion, our results provide an important contribution of carbon, water and energy balance in a full rotation cycle of eucalyptus plantations that can be useful to evaluate land-cover changes for this region and even in other regions of Brazil. Second study (2) the goal was to compare the differences in carbon, water and energy fluxes between a native Savanna forest (SAV) and eucalyptus plantation (EUC) during December 2012 to August 2013. The daily Tair (mean 23 °C), PAR (mean 34 mol m -2 day -1 ), and rainfall cumulative (sum 1013.5 mm) were similar among the two ecosystems. In contrast, the daily values of VPD and SWC were lower in SAV than EUC throughout the study period. The sum of NEE (-1136 g C m -2 ) for this period indicates that the ecosystem with EUC is a carbon sink, in contrast, for the SAV ecosystem the sum of NEE (256 g C m -2 ) indicated to be a carbon source ecosystem. Overall, the latent heat flux (LE) dominated the energy balances at both ecosystems, followed by sensible heat flux (H) and soil heat flux (G). The total ET at the SAV ecosystem and EUC ecosystem was estimating as 948 and 1050 mm, respectively. Leaf area index (LAI) in SAV ecosystem varied 3.8 to 1.9 m -2 m -2 , and in EUC ecosystem varied 4.7 to 3.2 m -2 m -2 , wet and dry period respectively. In summary, the savanna ecosystem was a weak carbon source from the ecosystem to atmospheric (2.5 t C ha -1 ), and the eucalyptus ecosystem was a strong carbon sink from the atmosphere to ecosystem (11 t C ha -1 ) over the study period (9 months). The results indicate that the eucalyptus plantations in savanna biome are well adapted to the environmental conditions and have a good response to variability of climate conditions. In addition, the land-cover change and land use practices from pasture to eucalyptus plantations can help or even restore the biodiversity of savanna biome

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-08T18:27:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-16T22:31:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:31:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) Previous issue date: 2017-04-07 / FACEPE / Os cenários de mudanças climáticas apontam para alterações no regime de chuva com tendência de escassez de água nas regiões semiáridas. As projeções de mudanças na sazonalidade e na variabilidade interanual das chuvas indicam impactos severos na vegetação das regiões tropicais áridas e semiáridas. Além disso, mudanças no uso da terra podem impactar nos fluxos de energia e carbono nessas regiões. Nesse sentido, essa pesquisa teve dois principais objetivos: i) avaliar a variabilidade sazonal e interanual dos fluxos de energia e carbono em área de pastagem degradada e caatinga no semiárido pernambucano; ii) avaliar os efeitos da sazonalidade e variabilidade interanual da chuva na caatinga e modelar as respostas da caatinga às futuras mudanças no regime de chuva. Para atender o primeiro objetivo, foram instaladas torres micrometeorológicas para medições contínuas de variáveis meteorológicas, fluxos de energia, carbono e do conteúdo de água no solo, realizados em uma área de pastagem degradada (PA) e de caatinga (CA) no município de Serra Talhada-PE. Os fluxos de energia e carbono foram medidos com um sistema de correlação dos vórtices turbulentos à 2,0 e 10 m de altura na PA e CA, respectivamente. A maior parte da energia disponível foi convertida em fluxo de calor sensível tanto na PA como na CA, no entanto, o calor latente e a evapotranspiração na CA foi maior do que na PA. Após os eventos de chuva, principalmente no começo da estação chuvosa, foram registrados fluxos positivos de CO₂ em ambas as áreas, que em seguida passaram a ter fluxo de CO₂ negativo devido à fotossíntese das plantas. Durante a estação chuvosa, a respiração na CA foi cerca de 2,8 vezes maior do que na PA. Apesar do baixo regime pluviométrico, ambas as áreas atuaram como sumidouro de carbono, retirando em média 3,25 e 3,42 Mg de C ha⁻¹ ano⁻¹ respectivamente para a PA e a CA. No segundo principal objetivo, foram calculadas estatísticas da sazonalidade e da variabilidade interanual da chuva e do NDVI que descrevem a duração, o tempo e a intensidade das estações úmida e seca em quatro locais de estudo no Estado de Pernambuco (São João, Araripina, Serra Talhada e Petrolina). Os resultados mostraram que a caatinga tende a ter uma resposta mais estável com a estação de crescimento mais longa (3,1±0,1 meses) comparada com a duração da estação chuvosa (2,0±0,5 meses). O formato e o tamanho das curvas de histerese da relação chuva-NDVI estão relacionadas aos efeitos tampão da dinâmica da água no solo e do crescimento das plantas. Por fim, as simulações da resposta da vegetação para diferentes cenários de chuva revelaram a existência de uma produtividade máxima do ecossistema em níveis intermediários da sazonalidade da chuva, o que sugere uma possível compensação nos efeitos da intensidade e da duração da estação úmida no crescimento da vegetação, relacionado com a dinâmica da água no solo e a taxa de transpiração. / Climate change scenarios point to changes in the rainfall regime with a tendency for water scarcity in semi-arid regions. Projections of changes in seasonality and interannual rainfall variability indicate severe impacts on the vegetation of arid and semi-arid tropical regions. In addition, changes in land use can impact energy and carbon flows in these regions. In this sense, this research had two main objectives: i) evaluate the seasonal and interannual variability of flows of energy and carbon in degraded pasture area and in the semi-arid caatinga of Pernambuco; ii) assess the effects of seasonality and interannual variability of rain in caatinga and model the responses of the caatinga to future changes in rainfall regime. In order to meet the first objective,micrometeorological towers were installed for continuous measurements of meteorological variables, energy fluxes, carbon and soil water content in a degraded pasture (PA) and caatinga (CA) area in the municipality of Serra Talhada-PE. The energy and carbon fluxes were measured with a correlation system of turbulent vortices at 2.0 and 10 m height in PA and CA, respectively. Most of the available energy was converted into sensible heat flux in both PA and CA, however, latent heat and evapotranspiration in CA were higher than in PA. After the events of rain, especially at the beginning of the rainy season, have registered positive CO₂ flows in both areas, which then started to have negative CO₂ flux due to photosynthesis. During the rainy season, the respiration in CA was about 2.8 times higher than in PA. Despite the low rainfall regime, both areas acted as a carbon sink by an average of 3.9 and 3.4 Mg C ha⁻¹ year⁻¹ respectively to the PA and CA. In the second main objective, we calculated statistics of seasonality and interannual variability of rainfall and NDVI that describing the duration, timing, and intensity of wet and dry seasons for four sites in State of Pernambuco (São João, Araripina, Serra Talhada e Petrolina). The results showed that the caatinga tends to have a more stable response with the longest growing season (3.1±0.1 months) compared with the duration of the rainy season (2.0±0.5 months). The format and the size of the hysteresis loops of the rain-NDVI relations are linked to the buffering effects of soil moisture and plant growth dynamics. Finally, the simulations of the response of vegetation to different scenarios of rain have revealed the existence of a maximum productivity of the ecosystem at intermediate levels of seasonality of rain, which suggests a possible compensation effects of intensity (e.g. quantity) and the duration of the wet season in the growth of vegetation related to the dynamics of the water in the soil and the rate of transpiration.

Neste trabalho estudamos o problema relacionado à construção de uma teoria quântica para uma partícula, se movendo não relativisticamente num espaço curvo, tratado como uma subvariedade de outro Euclideano, talvez dando maior ênfase ao aspecto geométrico envolvido nesta abordagem, uma vez que os demais trabalhos relacionados ao mesmo tema não o fazem. Além de mostrarmos que o consequente uso de uma teoria de sistemas vinculados não contribui para remover as ambiguidades da formulação quântica, relacionados diretamente ao ordenamento de operadores, também apresentamos, através de uma quantização específica feita sob a prescrição de Dirac, elementos que permitem não apenas construir um formalismo quântico covariante, mas também liberto de qualquer correção quântica. Em adição, fazemos alguns comentários gerais no que se refere às outras abordagens clássicas possíveis para o mesmo problema, intentando construir teorias quânticas associadas ao sistema sob consideração. / In this work we study the problem related to the construction of a quantum theory for a particle, moving non-relativistically in a curved space, treated as submanifold of the other Euclidean, maybe putting more emphasis on the geometric aspect envolved in this approach, since the rest of the works related to the subject do not. Besides showing that the consequent use of a theory of constrained systems not contributes for remove the ambiguities in the quantum formulation, related directly to the ordering of operators, we also showing, through a specific quantization made in the prescription of Dirac, elements that offers resources not only to construct a covariant quantum formalism, but also free from any quantum correction. In addition, we make some general comments in relation to other classical approaches possible for the same problem, attempting to build quantum theories associated with the system under consideration.

Neste trabalho estudamos o problema relacionado à construção de uma teoria quântica para uma partícula, se movendo não relativisticamente num espaço curvo, tratado como uma subvariedade de outro Euclideano, talvez dando maior ênfase ao aspecto geométrico envolvido nesta abordagem, uma vez que os demais trabalhos relacionados ao mesmo tema não o fazem. Além de mostrarmos que o consequente uso de uma teoria de sistemas vinculados não contribui para remover as ambiguidades da formulação quântica, relacionados diretamente ao ordenamento de operadores, também apresentamos, através de uma quantização específica feita sob a prescrição de Dirac, elementos que permitem não apenas construir um formalismo quântico covariante, mas também liberto de qualquer correção quântica. Em adição, fazemos alguns comentários gerais no que se refere às outras abordagens clássicas possíveis para o mesmo problema, intentando construir teorias quânticas associadas ao sistema sob consideração. / In this work we study the problem related to the construction of a quantum theory for a particle, moving non-relativistically in a curved space, treated as submanifold of the other Euclidean, maybe putting more emphasis on the geometric aspect envolved in this approach, since the rest of the works related to the subject do not. Besides showing that the consequent use of a theory of constrained systems not contributes for remove the ambiguities in the quantum formulation, related directly to the ordering of operators, we also showing, through a specific quantization made in the prescription of Dirac, elements that offers resources not only to construct a covariant quantum formalism, but also free from any quantum correction. In addition, we make some general comments in relation to other classical approaches possible for the same problem, attempting to build quantum theories associated with the system under consideration.

A especificação de funções de covariância espaço-temporais é uma das possíveis estratégias para modelagem de processos dos quais observações são tomadas em diferentes posições do espaço e do tempo. Tais funções podem definir processos separáveis ou não separáveis e na sua especificação deve-se garantir que são funções de covariância válidas atendendo a condição de serem positiva definidas. Entre estratégias para obtenção de tais funções estão as de Cressie e Huang (1999) e Gneiting (2002). A primeira se baseia na idéia de obter funções em um espaç de dimensão aumentada a partir de funções válidas no espaço original e necessita de operações no domínio da freqüência. Alternativamente a segunda proposta utiliza combinação de funções completamente monótonas e estritamente crescentes, evitando inversão de representações espectrais. Há ainda poucos relatos de uso e avaliações comparativas das diferentes propostas. Neste trabalho considerou-se a metodologia proposta por Gneiting, com diferentes valores do parâmetro que indica a força da interação entre o espaço e o tempo. Diferentes modelos foram aplicados à dois conjuntos de dados, um referente a estoques de peixe na costa de Portugual, e outro referente à armazenagem de água em um solo com citros. Utilizou-se a implementação no pacote RandomFields do programa R, revisando-se a metodologia e investigando-se a implementação computacional. Para os dois conjuntos de dados o modelo de covariância separável se mostrou adequado para descrever o comportamento das observações disponíveis sendo a escolha do modelo determinada por ajustes de máxima verossimilhança. / The specification of space-time covariance functions is one of the possible strategies to model processes observed at different locations and time points. Such functions can define separable and non-separable processes and must attend the condition of positivedefiniteness. Among the strategies to obtain such valid functions are the ones suggested by Cressie and Huang (1999) and by Gneiting (2002). The former is based on the idea of obtaining valid functions in a space of increased dimension from valid functions on the primary dimension and requires operations in the frequency domain. Alternatively, the latter combines increasing monotone functions avoiding the inversion of spectral representations. There are still few reports of usage and comparisons of the strategies. This work follows Gneiting?s proposals with different values for the space-time interaction parameter. Models were applied for the analysis of two real data sets, one about fish stocks in the Portuguese coast and a second on soil water storage. The implementation on the R package RandomFields was used, with methodology and computational implementation being reviewed. For both case the separable model provided a satisfactory fit, based on maximum likelihood estimation.

Os modelos de covariância são ferramentas geoestatísticas essenciais para mapear a continuidade espacial. A abordagem atual busca um modelo de continuidade espacial lícito com mínima ou até mesmo sem nenhuma interferência do usuário. Alinhado a essa visão moderna, é proposto obter uma tabela de covariância que visa substituir na prática o modelo tradicional explicitamente definido de covariância. Essa tabela de covariância é obtida por meio de três etapas: interpolar o conjunto de dados para preencher um grid regular, aplicar a convolução através do algoritmo da transformada rápida de Fourier e, por fim, transformar de volta para o domínio espacial. O modelo base para extrair covariância representa o ponto chave comparando com os métodos anteriores que propuseram o uso da tabela de covariância. Os resultados são satisfatórios, tanto na validação estatística do método, quanto na rapidez de obtenção de uma análise de continuidade espacial. Um estudo de caso tridimensional ilustra a aplicação prática através de krigagem e simulação geoestatística em comparação com a modelagem espacial tradicional. / Covariance models are essential geostatistical tools to map spatial continuity. The current approach pursues a licit spatial continuity model with minimum or even no user interference. Aligned with this modern view we propose to obtain a covariance table that aims at replacing in practice traditional covariance explicit defined model. This covariance table is obtained through a three steps work flow: interpolating the dataset to fill up a regular grid, auto convolute via Fast Fourier Transform algorithm and back transform to spacial domain. The base model to extract covariance represents the turning point comparing with previous methods that proposed covariance table usage. The results are satisfactory, both in the statistical validation of the method and in the speed of obtaining a spatial continuity analysis. A three dimensional case study illustrates the practical application for kriging and geostatistical simulation in comparison with traditional spatial modeling.

Phenotyping in multi-environment trials (MET) plays an important role to access the differential response of maize hybrids across target breeding regions due to genotype by environment (GxE) interaction. In this context, an effective model of genomic selection (GS) to predict the performance of untested hybrids in MET is essential to maximize genetic gains and to efficiently allocated the breeding programs\' budget. Therefore, the goals of this study were (i) to evaluate the predictive accuracies of GBLUP (Genomic Best Linear Unbiased Prediction) models to predict grain yield performance of unobserved tropical maize single-cross hybrids, using models that consider GxE interaction by fitting a factor analytic (FA) variance-covariance (VCOV) structure, and (ii) to investigate the usefulness of genomic relationship information in combination with different VCOV for genetics and residuals effects, under different levels of unbalanced environments. Predictions were performed for two situations: (CV1) untested hybrids, and (CV2) hybrids evaluated in some environments but missing in others. Phenotypic data of grain yield was measured in 156 maize single-cross hybrids at 12 environments. Hybrids genotypes were inferred based on their parents (inbred lines) via SNP (single nucleotide polymorphism) markers obtained from GBS (genotypingby- sequencing). The procedures and models applied in this study can be easily extended to other crops in which MET plays an important role in the breeding process. / A fenotipagem em ensaios de múltiplos ambientes (MET) tem papel importante para acessar a resposta diferencial de híbridos de milho em diferentes regiões alvo de melhoramento, o que se deve a interação genótipos por ambientes (GxE). Neste contexto, um modelo efetivo de seleção genômica (GS) para predição do desempenho de híbridos não avaliados em MET é essencial para maximizar os ganhos genéticos e alocar eficientemente o orçamento dos programas de melhoramento. Desta forma, os objetivos deste estudo foram (i) avaliar as acurácias preditivas de modelos GBLUP (do inglês, Genomic Best Linear Unbiased Prediction) na predição da produtividade de grãos de híbridos simples de milho tropical não avaliados, usando modelos genético-estatísticos que levam em consideração a interação GxE através de uma estrutura de variância-covariância (VCOV) do tipo fator analítico (FA) e (ii) investigar a utilidade da matriz de parentesco realizada em combinação com diferentes estruturas de VCOV para efeitos genéticos e de resíduos em diferentes níveis de ambientes em desbalanceamento. As predições foram realizadas em duas situações: (CV1) híbridos não avaliados em nenhum ambiente e (CV2) híbridos avaliados em alguns ambientes e em outros não. Foram fenotipados 156 híbridos simples de milho em 12 ambientes para a característica produtividade de grãos. O genótipo dos híbridos foi inferido com base nas informações de marcadores SNP (do inglês, single nucleotide polymorphism) das linhagens parentais, obtidos via GBS (do inglês, genotyping-by-sequencing). Os procedimentos e modelos utilizados neste estudo podem ser facilmente estendidos a outras culturas em que MET desempenha um papel importante no processo de melhoramento.

Dentro da biologia evolutiva, uma das questões centrais é a compreensão de como os processos evolutivos, em particular a seleção e o acaso (deriva genética) moldaram a diversidade obervada nos organismos. Dentro deste contexto, a utilização de abordagens como a integração morfológica e a genética quantitativa nos fornecem poderosas ferramentas. Enquanto a primeira descreve os padrões de relação entre caracteres e testa hipóteses sobre as relações de desenvolvimento e/ou funções subjacentes, a segunda possui ferramentas para investigar as forças que podem ter gerado os fenótipos atuais. Utilizando como modelo de estudo os gêneros de marsupiais da Ordem Didelphimorphia, analisei a evolução morfológica craniana unindo estas duas linhas de pesquisa. Central a genética quantitativa está a matriz de covariância genética (G) que descreve a porção da variância que é efetivamente herdada (no sentido de transmissão de valor entre gerações) e conseqüentemente serve como substrato à seleção. Apesar de ter sido desenvolvida inicialmente para estudos em escala microevolutiva, o arsenal matemático da genética quantitativa pode ser estendida a escalas macroevolutivas caso a matriz G permaneça relativamente estável. Entretanto, como a estimativa de uma matriz G requer um número grande de espécimes aparentados e com genealogia conhecida, utilizei ao longo deste trabalho sua correspondente fenotípica (P). Desta forma, no primeiro capítulo demonstrei a similaridade das matrizes de covariância e correlação P dos marsupiais Didelphimorphia. Em contrapartida, as magnitudes de integração morfológica, que medem o grau de associação entre os caracteres, se mostraram mais variáveis dentro do grupo. A história evolutiva (filogenia) e as distâncias morfológicas entre os gêneros não parecem ter tido influência sobre os padrões nem as magnitudes, já que não se correlacionaram significativamente a eles. No segundo capítulo, estendi estas análises para os gêneros ao longo do seu desenvolvimento e novamente os padrões se mostraram semelhantes, tanto quando comparei a ontogenia de um único gênero, quando analisei diferentes gêneros para diferentes classes etárias. Em contrapartida, as magnitudes de integração se mostraram mais variáveis, com uma tendência a diminuírem com o aumento da idade. Por conta destes resultados, comparei as matrizes de correlação empíricas com matrizes teóricas que expressam hipóteses de modularidade baseadas no desenvolvimento/função compartilhada pelas regiões do crânio. Testei para similaridade das duas regiões principais (face e neurocrânio), cinco sub-regiões (base e abóboda craniana, oral, nasal e zigomático), uma matriz 198 de integração somática (caracteres neurais vs. faciais) e uma de integração total, concatenando as cinco sub-regiões. Foram encontradas somente correlações significativas para as regiões da face e suas sub-regiões nasal e oral. Apesar das variações nas magnitudes de integração observadas nestes dois primeiros capítulos, as respostas evolutivas obtidas para estes gêneros foram todas muito similares. Este resultado, associado a constatação de que grande parte da variação entre os espécimes é devida ao tamanho, ou variações de forma associadas a ele (alometria), me levaram a analisar as conseqüências evolutivas associadas a estas variações alométricas. Assim, no terceiro capítulo analisei as direções de resposta à seleção simulada antes e após a remoção do tamanho. Variações alométricas exercem forte influência sobre estes crânios tornando-os muito integrados morfologicamente, ou seja, a percepção dos módulos que os compõem é muito difícil (baixa modularidade). Isto se reflete em uma maior variação ao longo da linha de menor resistência evolutiva (que resume o eixo de maior variação disponível entre os espécimes), já que os módulos não podem responder a seleção de forma independente (alta integração morfológica). Em marsupiais, esta linha é está alinhada na direção de variações de tamanho. Desta forma, não importa em que direção a seleção esteja atuando, as respostas evolutivas serão usualmente na direção desta linha de menor resistência e conseqüentemente de tamanho. Uma vez que o tamanho é removido, as magnitudes de integração diminuem e a modularidade do crânio aumenta. Por conseguinte, ele passa a ser capaz de responder à seleção em uma gama maior de direções porque aumenta também a relativa independência destes módulos em relação aos demais. Como estes resultados indicam que variações entre os Didelphimorphia são direcionadas a variações no tamanho, devido justamente às restrições impostas pela linha de menor resistência evolutiva, analisei as trajetórias ontegenéticas de dois gêneros irmãos, Didelphis e Philander, separando os efeitos da forma e tamanho nesta diversificação. Para tanto empreguei análises de morfometria tradicional, morfométrica e análises de coeficientes alométricos que apontaram para uma maior diferenciação no tamanho entre eles. Apesar da similaridade entre as trajetórias ontogenéticas destes dois gêneros, espécimes de Didelphis nascem maiores e crescem por mais tempo, como indicado pela sua trajetória mais longa. / One of the central goals in evolutionary biology is related to how evolutionary processes, mainly natural selection and genetic drift, shaped living organisms. The combined use of Morphologial Integration and Quantitative Genetics give us powerful tools to accomplish this goal. Morphological Integration is concerned of how characters are related, as well as their underlying genetics/developmental relationship, while Quantitative Genetics have methodologies designed to explore the phenotypic forces underlying diversity among organisms. Using Didelphimorphia marsupials as a study group, I combined these two approaches to study its morphologic cranial diversification. In Quantitative Genetics, the genetic additive covariance matrix (G) resume the genetic variation underlying resemblance among relatives, which is the portion of the variance responsive to selection. Initially developed to microevolutionary scale studies, it can be extended to a macroevolutionary scale if it remains relatively similar in that time scale. However, as G matrix estimations require a huge number of related specimens with known genealogy, I used its phenotypic (P) counterpart which was more easily obtained. In the first chapter I showed high similarities among Didelphimorphia marsupials covariance and correlation P matrices. On the other hand, integration magnitudes (which measure the average correlation among traits) vary among taxa. Neither phylogeny nor morphologic distances showed any association with the similarity in patterns and magnitudes of integration. In the second chapter, I did these same analyses, but throughout genera ontogeny. Again, there was a high similarity among taxa in patterns of integration, both when I analyzed the ontogeny for each genus separately or against each other (at different age class). Morphological integration magnitudes showed the same variation obtained for adults, with a tendency to decrease at older ages. Taking these results into account, I compared the phenotypic correlation matrices to theoretical matrices, based on hypotheses of shared developmental and functional units. I searched for modularity in the two main skull regions (face and neurocranium) and five sub regions (cranium base and vault, face, nasal, and oral). I also looked for modularity concerning somatic development (Neurocranium vs. Face) and total modularity, as the 200 summation of the five sub-regions. Only Face and its sub-regions nasal and oral, showed significant correlations to the phenotypic genera matrices. Despite integration magnitude differences, all evolutionary responses produced by taxa were highly similar. These results, combined with a huge size variation (or size related variation - allometry) across taxa, lead me to search for the evolutionary consequences due to size variation. In the third chapter, I compared evolutionary response directions produce by each genera matrices before and after size removal under a random selection simulation. Allometry strongly affect these skulls, turning them into highly integrated structures with lower modularity (skull modules are not easily distinguished). Because of this, modules cannot evolve relatively independent of other modules and evolutionary responses will strongly affect the whole cranium. This is related to the variation along the lines of least evolutionary resistance. This line is the multivariate direction of greatest genetic or phenotypic variation (the combination of a suite of traits that displays the maximum within-population variance). In Didelphimorphia marsupials, this line is aligned with size variation and regardless the selection direction, evolutionary change is usually aligned to this least resistance line. The removal of size variation diminish the magnitude of integration while increases modularity. Consequently, skulls become able to respond to selection in more directions as modules become relatively more independent of each other. In the last chapter I compared size and shape differences between ontogenetic trajectories of two sister genera Didelphis and Philander. Using traditional and geometric morphometric analysis plus allometric coefficient analysis, I could show that bigger differences between them are size related. Despite similarities, ontogenetic trajectory in Didelphis is longer, leading to bigger specimens.

Nesta dissertação, foi utilizada a técnica SIFT (Scale Invariant Feature Transform) para o reconhecimento de imagens da área dos olhos (região periorbital). Foi implementada uma classificação das imagens em subgrupos internos ao banco de dados, utilizando-se das informações estatísticas provenientes dos padrões invariantes produzidos pela técnica SIFT. Procedeu-se a uma busca categorizada pelo banco de dados, ao invés da procura de um determinado padrão apresentado, através da comparação deste com cada padrão presente no banco de dados. A tais padrões foi aplicada uma abordagem estatística, através da geração da matriz de covariâncias dos padrões gerados, sendo esta utilizada para a categorização, tendo por base uma rede neural híbrida. A rede neural classifica e categoriza o banco de dados de imagens, criando uma topologia de busca. Foram obtidos resultados corretos de classificação de 76,3% pela rede neural híbrida, sendo que um algoritmo auxiliar determina uma hierarquia de busca, onde, ocorrendo uma errônea classificação, a busca segue em grupos de pesquisas mais prováveis.