Trabalhos prévios mostram que a variabilidade do gelo marinho antártico em diversas escalas temporais está intimamente relacionada a mecanismos de teleconexões trópicos-extratrópicos. Com base nesta hipótese, este trabalho pretende estabelecer a resposta da passagem dos trens de ondas em latitudes médias, associados a fenômenos de escala intrasazonal (20-100 dias) como a Oscilação de Madden-Julian (Madden-Julian Oscillation ou MJO), nas camadas superiores do Oceano Austral (OA) e impactos no gelo marinho antártico. O período investigado neste estudo é 19892007, com ênfase no inverno e sobre o mar de Ross, localizado no setor Pacífico austral (região diretamente afetada pela passagem dos trens de ondas de latitudes médias). Composições com defasagens (lag composites) de anomalias intrasazonais da tensão de cisalhamento do vento (zonal e meridional) mostram que correntes oceânicas são geradas em resposta a essa forçante atmosférica sobre o oceano no setor Pacífico austral. O transporte zonal e meridional de massa na camada de Ekman oceânica indica que divergência de massa nessa camada precede os eventos extremos intrasazonais de retração do gelo marinho em Ross (EIR). Em contraste, convergência precede períodos de eventos extremos intrasazonais de expansão do gelo marinho em Ross (EIE). A divergência (convergência) de massa na camada de Ekman associada com anomalias intrasazonais do bombeamento de Ekman resulta em ressurgência (subsidência) que precede a ocorrência de EIR (EIE). Alguns trabalhos mostram que águas intermediárias antárticas, que são relativamente mais quentes no inverno em relação às águas superficiais que estão próximas ao ponto de congelamento (ou congeladas), são dirigidas para a superfície do oceano pelo bombeamento de Ekman e ocasionam o derretimento do gelo marinho. Anomalias do transporte meridional de calor na camada de Ekman oceânica mostram que durante os EIR (EIE), calor é transportado para dentro (fora) do mar de Ross entre 15 e 8 dias (12 e 8 dias) precedentes aos EIR (EIE). Anomalias intrasazonais do fluxo de calor na interface ar-mar mostram que precedendo o dia de observação dos EIR (EIE) o fluxo de calor é direcionado da atmosfera para o oceano (do oceano para a atmosfera), sendo essa configuração associada a um ganho (perda) de calor no oceano superior em Ross. Em todas as composições, observa-se a mudança de fase das anomalias nos dias posteriores (lags positivos) ao dia dos EIG e são consistentes com a propagação do modo conhecido como Pacific-South-American (PSA), identificado nesse trabalho por meio de anomalias intrasazonais da altura geopotencial em 200 hPa. Além disso, uma diferença notada em alguns casos nas lag-composities é que em períodos de MJO ativa, as anomalias parecem estar mais deslocadas para o sul do que em períodos de MJO inativa. Em períodos de MJO inativa foram observados 15 (13) eventos de EIR (EIE), enquanto que, em períodos de MJO ativa observou-se 25 (24) eventos de EIR (EIE). Observa-se ainda que há uma maior quantidade de ciclones quando a MJO está presente. Por exemplo, o número de ciclones com duração a partir de 12 horas para períodos sem MJO foi igual a 146 para os EIR e 130 para os EIE. Já o número de ciclones para períodos com MJO foi igual a 311 para os EIR e 278 para os EIE. Com isso, observa-se claramente o papel da MJO na circulação de latitudes média e possíveis associações com o gelo marinho, pois é sabido que a atividade ciclônica está relacionada à advecção de massas de ar sobre o gelo marinho, além da advecção do próprio gelo marinho. Para investigar em detalhes a interação oceano-atmosfera-gelo marinho foram examinados casos persistentes de EIR e EIE. Os casos mais persistentes de EIR (EIE) tiveram durações de 34 e 30 (26 e 25) dias, sendo esses os casos analisados. Mostra-se que as anomalias intrasazonais da circulação atmosférica em baixos níveis (em 850 hPa) estão associadas a advecções quentes (frias) na proporção de aproximadamente 0,5 1 (0,1 1) m.s-1 em períodos precedentes aos EIR (EIE). No geral, anomalias em latitudes médias da circulação atmosférica ciclônicas (anti-ciclônicas) e divergência (convergência) das correntes oceânicas superficiais aparecem relacionadas à ressurgência (subsidência) da ordem de 0,1 0,3 m2.s-1 em algumas pêntadas anteriores a pêntada que corresponde ao início dos supercasos de EIR (EIE). Os padrões mudam de fase com o tempo, o que sugere a propagação de um padrão de onda em escala intrasazonal. Estas anomalias mostram-se abrangendo dimensões espaciais que compreendem grande parte do setor Pacífico austral, incluindo o mar de Ross. Impactos associados a estas anomalias podem ser verificados diretamente no mar de Ross através das análises da concentração do gelo marinho em Ross. Anomalias intrasazonais negativas (positivas) da concentração do gelo marinho predominam sobre o campo do gelo marinho do mar de Ross nas primeiras pêntadas a partir daquela que indica o início dos casos persistentes de EIR (EIE). Durante os períodos de EIR, as anomalias intrasazonais negativas da concentração do gelo mostram-se da ordem de aproximadamente 5% a 10% no interior do mar de Ross e entre 15% a 30% nas bordas do gelo marinho de Ross. Já durante os períodos de EIE, as anomalias intrasazonais positivas da concentração do gelo marinho em Ross mostram-se da ordem de 10% a 30% nas bordas do gelo marinho do mar de Ross. Esse resultado mostra que a resposta do gelo marinho aos padrões atmosféricos e oceânicos em escala intrasazonal possui uma defasagem entre 5 e 1 pêntada(s). No geral, este trabalho cumpriu o objetivo de verificar as respostas do oceano às anomalias da circulação atmosférica e impactos associados no gelo marinho, em escala intrasazonal. / Previous works show that antarctic sea ice variability on several time-scales is close related to tropics-extratropics teleconections mechanisms. Based on this hyphotesis, this work intend to verify the responses in oceanic upper layers of Austral Ocean on intraseasonal time-scale (20-100 days) phenomenom and impacts on sea ice due to anomalous atmospheric circulation associated to the Madden-Julian Oscillation (MJO). The period analysed in this study is from 1989 to 2007, with emphasis on winter season and on Ross Sea (located at austral Pacific sector). Lag composities of zonal and meridional intraseasonal wind stress anomalies show that oceanic currents are generated as a response of these atmospheric forcings on austral Pacific sector. Zonal and meridional mass transport on oceanic Ekman layer, which are perpendicular and to the left of wind stress at Southern Hemisphere (SH), indicate that Ekman mass divergence precedes intraseasonal Ross sea ice extreme retraction (EIR). In contrast, convergence precedes the periods of extreme intraseasonal Ross sea ice expantion (EIE). Divergence (convergence) on oceanic Ekman layer associated to intraseasonal Ekman pumping anomalies results in upwelling (downwelling) wich precedes the occurrence of EIR (EIE). Some works have already shown that intermediate antarctic waters, wich are relatively warmer in the wintertime when compared to superficial waters that are next to the freezing point (or freezed), are headed to ocean surface due to Ekman pumping, generating sea ice melt. Intraseasonal anomalies of sea-air heat flux show that days before EIR (EIE) occurrences, the flux is headed from atmosphere to the ocean (from ocean to the atmosphere), which configuration is associated to the earn (loss) of heat at Ross upper ocean. In all compositions, the change of anomalies phase on the days before EI occurrence (positive lags) is clearly noticed and is consistent to the propagations of the mode known as Pacific South American (PSA), revealed in intraseasonal anomalies of geopotencial height at 200 hPa. Furthermore, in some cases (as in the case of Ekman pumping and Sverdrup transport) the anomalies seem to be deplaced southward in active MJO periods than in inactive MJO periods. In inactive MJO periods were observed 15 (13) EIR (EIE) events, while in active MJO periods were observed 25 (24) EIR (EIE) events. Furthermore, the number of cyclones during EIR periods was bigger than during EIE periods. In addiction, more cyclones were observed when MJO is active. For example, the number of cyclones with duration of 6 (12) hours without MJO was equal to 174 (146) during EIR events and 169 (130) during EIE events. However, the number of cyclones with active MJO was equal to 393 (311) in EIR events and 364 (278) in EIE events. In order to investigate in details the interaction between ocean-atmosphere-sea ice, it was examinated persistents cases of EIR and EIE events. The cases more persistents of EIR (EIE) events had durations of 34 and 30 (26 and 25) days, which were the analised cases. It was observed that intraseasonal anomalies of atmospheric circulation at lower levels (in 850 hPa) and intraseasonal anomalies of superficial ocean currents were associates to hot (cold) advection during periods before EIR (EIR) events. In general, the medium latitude cyclonic (anticyclonic) anomalies of atmospheric circulation and divergence (convergence) of superficial ocean currents seem to be linked to upwelling (downwelling) in some pentads before the pentad which is correspondent to the beggining of EIR (EIE) supercases. The patterns observed change their phases along the time, suggesting the propagation of extratropical intraseasonal wave train pattern. Negatives (positives) intraseasonal anomalies of sea ice concentration were observed above Ross Sea in the first pentads after the beggining of EIR (EIE) persistents cases. This result shows that sea ice response to atmospheric and to oceanic patterns on intraseasonal time-scales has a lag between 5 and 1 pentad(s). In general, this work contributed to better understand the oceanic responses due to anomalies in atmospheric circulation and related impacts on sea ice, on intraseasonal time-scale.

Le service public d’eau de Paris est indéniablement développé… mais est-il durable ? Comment évaluer et améliorer cette durabilité ? C’est à cette question que nous proposons d’apporter une réponse scientifique. Cette thèse doctorale étudie les stratégies de développement des services publics d’eau et leur durabilité, avec pour principal cas d’étude Paris. En moins de deux siècles, ce service d’eau est passé d’une situation archaïque à la configuration sociotechnique actuelle, et nous souhaitons comprendre dans quelle mesure cette action collective pourra être prolongée – ou pas – à l'avenir. La première partie de cette thèse discute le cadre méthodologique et théorique mobilisé pour étudier ce qui 'gouverne' le développement et la durabilité du service public d’eau à Paris. C’est ce cadre d’analyse général qui est appliqué dans les parties suivantes de cette thèse, pour analyser le temps long : passé, présent et futur. Premièrement, pour comprendre la durabilité du développement passé. Nous expliquons comment un service public d’eau a pu historiquement être développé et perdurer à Paris jusqu'à ce jour. Pour cela, nous étudions les dynamiques à la fois écologiques, techniques, économiques, institutionnelles et politiques de ce développement, afin d'en identifier les principaux moteurs et les limites. Deuxièmement, pour évaluer la durabilité du développement présent. Nous étudions dans quelle mesure les politiques contemporaines (ex : politiques de RSE) changent quelque chose aux configurations, dynamiques et trajectoires héritées du passé. Si les politiques de développement durable actuelles permettent plusieurs améliorations, diverses résistances les rendent marginales ou marginalisées, malgré le consensus en leur faveur. Troisièmement, pour prévoir la durabilité du développement futur. Nous analysons les principales conséquences des projets officiels prévus (ex : Grand Paris de l’eau). En complément, nous proposons une étude prospective de divers scénarios encore possibles à l’avenir, afin de discuter des cheminements qui y mènent et de leurs conséquences, notamment face à la baisse de la demande d’eau observée depuis 1990. L'objectif de cette thèse est autant d'améliorer la compréhension de la notion de durabilité, que de proposer des outils opérationnels pour définir, mener et évaluer des politiques de service public d'eau durables à l’avenir. / The public water supply service in Paris is most certainly developed... but is it sustainable? And how can we measure or improve its sustainability? We will here attempt to provide a scientific answer to this question. The purpose of this Ph. D. thesis is to analyze sustainability strategies for public water services, with Paris as a main case study. In less than 2 centuries, the water service in Paris rose from an archaic water supply system to the current state of the art technical and social configuration. However, we wonder now to what extent this collective effort can be continued – or not – in the future. In the first part of the thesis, we present the theoretical and methodological framework used to understand the dynamics governing the development and sustainability of public water services in general. This analytical framework is then applied to 3 case studies: past, present and future Paris’ public water supply development. First, we study the sustainability of past development, to explain how a water service has been developed and maintained in Paris over time and up until now. We analyze the ecological, technical, Seconomical, institutional, political dynamics of this development, in order to identify their driving forces and limitations. Secondly, we assess the sustainability of present time development. We evaluate the capacity of today’s policies (e.g. Corporate Social Responsibility) to modify dynamics, configurations and trajectories inherited from the past. Current sustainable development policies provide significant improvements, but they face resistance and tend to remain marginal or marginalized, even though a strong consensus exists in their favor. Finally, we anticipate the sustainability of future development. We analyze the main projects that are officially contemplated (e.g. the Great Paris water utility project) and their consequences on both sustainability and development. In addition, we built several forward-looking scenarios, in order to discuss possible future paths of evolution and their consequences, facing the declining water demand experienced in Paris since 1990. The purpose of this thesis is thus twofold: on one hand, it aims at enhancing the theoretical understanding of sustainability issues and strategies for water services; on the other hand, it aims at providing improved tools to define, implement and evaluate the sustainable development of tomorrow’s public water service policies.

En la actualidad, la Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT) es una tecnología esencial para la próxima generación de sistemas inalámbricos. La conectividad es la base de IoT, y el tipo de acceso requerido dependerá de la naturaleza de la aplicación. Uno de los principales facilitadores del entorno IoT es la comunicación machine-to-machine (M2M) y, en particular, su enorme potencial para ofrecer conectividad ubicua entre dispositivos inteligentes. Las redes celulares son la elección natural para las aplicaciones emergentes de IoT y M2M. Un desafío importante en las redes celulares es conseguir que la red sea capaz de manejar escenarios de acceso masivo en los que numerosos dispositivos utilizan comunicaciones M2M. Por otro lado, los sistemas celulares han experimentado un tremendo desarrollo en las últimas décadas: incorporan tecnología sofisticada y nuevos algoritmos para ofrecer una amplia gama de servicios. El modelado y análisis del rendimiento de estas redes multiservicio es también una tarea desafiante que podría requerir un gran esfuerzo computacional. Para abordar los desafíos anteriores, nos centramos en primer lugar en el diseño y la evaluación de las prestaciones de nuevos mecanismos de control de acceso para hacer frente a las comunicaciones masivas M2M en redes celulares. Posteriormente nos ocupamos de la evaluación de prestaciones de redes multiservicio y proponemos una nueva técnica analítica que ofrece precisión y eficiencia computacional. Nuestro principal objetivo es proporcionar soluciones para aliviar la congestión en la red de acceso radio cuando un gran número de dispositivos M2M intentan conectarse a la red. Consideramos los siguientes tipos de escenarios: (i) los dispositivos M2M se conectan directamente a las estaciones base celulares, y (ii) forman grupos y los datos se envían a concentradores de tráfico (gateways) que les proporcionan acceso a la infraestructura. En el primer escenario, dado que el número de dispositivos añadidos a la red aumenta continuamente, esta debería ser capaz de manejar el considerable incremento en las solicitudes de acceso. El 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha propuesto el access class barring (ACB) como una solución práctica para el control de congestión en la red de acceso radio y la red troncal. El ajuste correcto de los parámetros de ACB de acuerdo con la intensidad del tráfico es crítico, pero cómo hacerlo de forma dinámica y autónoma es un problema complejo cuya solución no está recogida en las especificaciones del 3GPP. Esta tesis doctoral contribuye al análisis del rendimiento y al diseño de nuevos algoritmos que implementen efectivamente este mecanismo, y así superar los desafíos introducidos por las comunicaciones masivas M2M. En el segundo escenario, dado que la heterogeneidad de los dispositivos IoT y las arquitecturas celulares basadas en hardware imponen desafíos aún mayores para permitir una comunicación flexible y eficiente en los sistemas inalámbricos 5G, esta tesis doctoral también contribuye al diseño de software-defined gateways (SD-GWs) en una nueva arquitectura propuesta para redes inalámbricas definidas por software que se denomina SoftAir. Esto permite manejar tanto un gran número de dispositivos como el volumen de datos que estarán vertiendo en la red. Otra contribución de esta tesis doctoral es la propuesta de una técnica novedosa para el análisis de prestaciones de redes multiservicio de alta capacidad que se basa en un nuevo enfoque del modelizado analítico de sistemas que operan a diferentes escalas temporales. Este enfoque utiliza el análisis del transitorio de una serie de subcadenas absorbentes y lo denominamos absorbing Markov chain approximation (AMCA). Nuestros resultados muestran que para un coste computacional dado, AMCA calcula los parámetros de prestaciones habituales de un sistema con mayor precisión, en comparación con los resultados obtenidos por otr / Nowadays, Internet of Things (IoT) is an essential technology for the upcoming generation of wireless systems. Connectivity is the foundation for IoT, and the type of access required will depend on the nature of the application. One of the leading facilitators of the IoT environment is machine-to-machine (M2M) communication, and particularly, its tremendous potential to offer ubiquitous connectivity among intelligent devices. Cellular networks are the natural choice for emerging IoT and M2M applications. A major challenge in cellular networks is to make the network capable of handling massive access scenarios in which myriad devices deploy M2M communications. On the other hand, cellular systems have seen a tremendous development in recent decades; they incorporate sophisticated technology and algorithms to offer a broad range of services. The modeling and performance analysis of these large multi-service networks is also a challenging task that might require high computational effort. To address the above challenges, we first concentrate on the design and performance evaluation of novel access control schemes to deal with massive M2M communications. Then, we focus on the performance evaluation of large multi-service networks and propose a novel analytical technique that features accuracy and computational efficiency. Our main objective is to provide solutions to ease the congestion in the radio access or core network when massive M2M devices try to connect to the network. We consider the following two types of scenarios: (i) massive M2M devices connect directly to cellular base stations, and (ii) they form clusters and the data is forwarded to gateways that provide them with access to the infrastructure. In the first scenario, as the number of devices added to the network is constantly increasing, the network should handle the considerable increment in access requests. Access class barring (ACB) is proposed by the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) as a practical congestion control solution in the radio access and core network. The proper tuning of the ACB parameters according to the traffic intensity is critical, but how to do so dynamically and autonomously is a challenging task that has not been specified. Thus, this dissertation contributes to the performance analysis and optimal design of novel algorithms to implement effectively this barring scheme and overcome the challenges introduced by massive M2M communications. In the second scenario, since the heterogeneity of IoT devices and the hardware-based cellular architectures impose even greater challenges to enable flexible and efficient communication in 5G wireless systems, this dissertation also contributes to the design of software-defined gateways (SD-GWs) in a new architecture proposed for wireless software-defined networks called SoftAir. The deployment of these SD-GWs represents an alternative solution aiming at handling both a vast number of devices and the volume of data they will be pouring into the network. Another contribution of this dissertation is to propose a novel technique for the performance analysis of large multi-service networks. The underlying complexity of the network, particularly concerning its size and the ample range of configuration options, makes the solution of the analytical models computationally costly. However, a typical characteristic of these networks is that they support multiple types of traffic flows operating at different time-scales. This time-scale separation can be exploited to reduce considerably the computational cost associated to determine the key performance indicators. Thus, we propose a novel analytical modeling approach based on the transient regime analysis, that we name absorbing Markov chain approximation (AMCA). For a given computational cost, AMCA finds common performance indicators with greater accuracy, when compared to the results obtained by other approximate methods proposed in the literature. / En l'actualitat, la Internet de les Coses (Internet of Things, IoT) és una tecnologia essencial per a la propera generació de sistemes sense fil. La connectivitat és la base d'IoT, i el tipus d'accés requerit dependrà de la naturalesa de l'aplicació. Un dels principals facilitadors de l'entorn IoT és la comunicació machine-to-machine (M2M) i, en particular, el seu enorme potencial per oferir connectivitat ubiqua entre dispositius intel · ligents. Les xarxes mòbils són l'elecció natural per a les aplicacions emergents de IoT i M2M. Un desafiament important en les xarxes mòbils que actualment está rebent molta atenció és aconseguir que la xarxa siga capaç de gestionar escenaris d'accés massiu en què una gran quantitat de dispositius utilitzen comunicacions M2M. D'altra banda, els sistemes mòbils han experimentat un gran desenvolupament en les últimes dècades: incorporen tecnologia sofisticada i nous algoritmes per oferir una àmplia gamma de serveis. El modelatge i análisi del rendiment d'aquestes xarxes multiservei és també un desafiament important que podria requerir un gran esforç computacional. Per abordar els desafiaments anteriors, en aquesta tesi doctoral ens centrem en primer lloc en el disseny i l'avaluació de les prestacions de nous mecanismes de control d'accés per fer front a les comunicacions massives M2M en xarxes cel · lulars. Posteriorment ens ocupem de l'avaluació de prestacions de xarxes multiservei i proposem una nova tècnica analítica que ofereix precisió i eficiència computacional. El nostre principal objectiu és proporcionar solucions per a alleujar la congestió a la xarxa d'accés ràdio quan un gran nombre de dispositius M2M intenten connectar-se a la xarxa. Considerem els dos tipus d'escenaris següents: (i) els dispositius M2M es connecten directament a les estacions base cel · lulars, i (ii) formen grups i les dades s'envien a concentradors de trànsit (gateways) que els proporcionen accés a la infraestructura. En el primer escenari, atès que el nombre de dispositius afegits a la xarxa augmenta contínuament, aquesta hauria de ser capaç de gestionar el considerable increment en les sol · licituds d'accés. El 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha proposat l'access class barring (ACB) com una solució pràctica per al control de congestió a la xarxa d'accès ràdio i la xarxa troncal. L'ajust correcte dels paràmetres d'ACB d'acord amb la intensitat del trànsit és crític, però com fer-ho de forma dinàmica i autònoma és un problema complex, la solució del qual no està recollida en les especificacions del 3GPP. Aquesta tesi doctoral contribueix a l'anàlisi del rendiment i al disseny de nous algoritmes que implementen efectivament aquest mecanisme, i així superar els desafiaments introduïts per les comunicacions massives M2M en les xarxes mòbils actuals i futures. En el segon escenari, atès que l'heterogeneïtat dels dispositius IoT i les arquitectures cel · lulars basades en hardware imposen desafiaments encara més grans per permetre una comunicació flexible i eficient en els sistemes sense fil 5G, aquesta tesi doctoral també contribueix al disseny de software-defined gateways (SD-GWS) en una nova arquitectura proposada per a xarxes sense fils definides per programari que s'anomena SoftAir. Això permet gestionar tant un gran nombre de dispositius com el volum de dades que estaran abocant a la xarxa. Una altra contribució d'aquesta tesi doctoral és la proposta d'una tècnica innovadora per a l'anàlisi de prestacions de xarxes multiservei d'alta capacitat que es basa en un nou enfocament del modelitzat analític de sistemes que operen a diferents escales temporals. Aquest enfocament utilitza l'anàlisi del transitori d'una sèrie de subcadenes absorbents i l'anomenem absorbing Markov chain Approximation (AMCA). Els nostres resultats mostren que per a un cost computacional donat, AMCA calcula els paràmetres de prestacions habituals d / Tello Oquendo, LP. (2018). Design and Performance Analysis of Access Control Mechanisms for Massive Machine-to-Machine Communications in Wireless Cellular Networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107946