Internal waves include soliton of period 10-20 minutes and tidal frequency waves. Large internal solitons with amplitude over 100 m were observed frequently in the South China Sea (SCS). There were convergence zones of 500-1000 m wide in the wave front of solitons which can be detected by satellite from the space. The hypothesis of this study is the internal wave signal can be extracted from the sea surface anomalies of satellite altimetry. Data analyzed include TOPEX/Poseidon altimeter from August 2002 to October 2005 in the northern SCS and Kuroshio regions. Methods applied include (1) standard deviation analysis, (2) harmonic analysis and (3) wavenumber spectrum analysis. The results show that¡]1¡^there is an annual variation in the sea surface height, which is explained due to water temperature changes in different seasons. (2) The results of harmonic analysis show that the amplitude of M2 aliasing is only a few centimeters on the sea surface. The different is small between internal active region and that of without. (3) The absolute values of slope, of internal wave energy and wavenumber spectrum, are 2-3 in the wave active region. This suggests that there are wave motions of scale 100 km or larger, which matches with the length scale of internal waves in the northern SCS.

Nos últimos anos, a espectroscopia no infravermelho (IR) ganhou grande aceitação em diversas áreas de pesquisa por ser uma técnica rápida, simples e não destrutiva que permite a quantificação de diversos componentes químicos em amostras. Apesar de a IR resultar em valores de absorbância que auxiliam na caracterização da amostra, tal técnica acaba por gerar bancos de dados compostos por centenas, ou até milhares, de variáveis altamente correlacionadas e ruidosas, comprometendo o resultado de diversas técnicas de análise multivariada. Dentro deste cenário, esta Tese apresenta novas metodologias para seleção de variáveis, também chamada de seleção de comprimentos de onda quando aplicados em dados de IR, com o intuito de auxiliar o reconhecimento de padrões para o controle de qualidade em diversas áreas. Tais metodologias são apresentadas em três artigos onde as proposições visam à solução de problemas específicos: no primeiro artigo, amostras de erva mate são categorizadas de acordo com seu país de origem através de uma nova metodologia para seleção de variáveis Para tanto, um problema de Programação Quadrática, combinado com a Informação Mútua entre as variáveis, é utilizado para reduzir a redundância entre as variáveis retidas e maximizar sua relação com o local de origem da amostra; por sua vez, o segundo artigo adequa as proposições do primeiro artigo para um problema de predição, onde o objetivo é determinar a concentração de cocaína e adulterantes em amostras de cocaína laboratoriais e apreendidas; por fim, o terceiro artigo utiliza a estatística do teste de Kolmogorov-Smirnov para duas amostras em uma abordagem de seleção de intervalos de comprimentos de onda com o intuito de identificar falsificações em medicamentos para disfunção erétil. A aplicação dos métodos em bancos de dados com distintas características e a validação dos resultados corrobora a adequabilidade das proposições desta tese. / Over the last few years infrared (IR) spectroscopy gained wide acceptance in many research fields as a quick, simple and non-destructive technique allowing the quantification of many chemical compounds. Although IR provide many absorbance values that helps the sample characterization, this technique also generate databases comprised by hundreds, or even thousands, of highly noisy and correlated wavenumbers, jeopardizing the results of many multivariate analysis techniques. Under such scenario, this thesis presents new variables selection methodologies (also called wavenumber selection when applied in IR data) aimed to recognize patterns for quality control in many areas. Such methodologies are presented in three papers where the propositions are tailored for the solution of specific problems: on the first paper, yerba mate samples are categorized according to their country of origin through a novel variable selection methodology. Thereunto a quadratic programming problem, combined with the Mutual Information among variables, is utilized to reduce the redundancy among variables and increase their relationship with the samples’ place of origin; the second paper adequate the first paper propositions for a prediction method which aims to determine cocaine and adulterants concentration in laboratorial and seized cocaine samples; lastly, the third paper uses the two-samples Kolmogorov-Smirnov statistic in an wavenumber interval selection method aimed for the identification of counterfeit erectile dysfunction medicines. The application of the methods in databases with distinct characteristics and the results validation corroborates the suitability of this thesis propositions.

In the traditional analysis of acoustic wave propagation in an ocean waveguide, it's generally assumed that acoustic properties, including density and sound speed profile at seabed are taken to be constant. However, recent experimental data provided by Hamilton~(1980)~ have shown that the sediment layer in the seabed experiences a transitional change in which the density and the sound speed vary continuously from one value at the top to another at the bottom of the layer. The objective of this study is to investigate the surface-generated ambient noise in an isovelocity waveguide with a non-homogeneous fluid sediment layer. The noise model was first proposed by Kuperman and Ingenito~(1980) in the study of surface-generated ambient noise using normal mode approach, and the model proposed by Robins (1993) in the study of the sediment layer change in which the density and the sound speed vary continuously. It is demonstrated that the noise intensity may be affected by the stratification mainly through the continuous spectrum, in that the continuous spectrum is equally important as the normal modes in the present analysis. The continuous variation of the sediment layer reduces the contrast of the interface, which in turn affects the wavenumber spectrum, particularly in the continuous spectrum region. The results show that the horizontal correlation length of the noise field increases as that of the noise random sourse increase, but the vertical correlation length of the noise field decreases as that of the noise random sourse increase.

In this thesis a model involving two coupled nonlinear PDEs is developed to study instability of a two-component metal film due to horizontal electric field and in a high-temperature environment similar to operational conditions of integrated circuits. The proposed model assumes the anisotropies of the diffusional mobilities for two atomic species, and negligible stresses in the film. The purpose of the modeling is to describe and understand the time-evolution of the shape of the film surface. Toward this end, the linear stability analysis (LSA) of the initially planar film surface with respect to small shape perturbations is performed. Such characteristics of the instability as the perturbation growth rate omega and the cut-off wave number are studied as functions of key physical parameters.

Nos últimos anos, a espectroscopia no infravermelho (IR) ganhou grande aceitação em diversas áreas de pesquisa por ser uma técnica rápida, simples e não destrutiva que permite a quantificação de diversos componentes químicos em amostras. Apesar de a IR resultar em valores de absorbância que auxiliam na caracterização da amostra, tal técnica acaba por gerar bancos de dados compostos por centenas, ou até milhares, de variáveis altamente correlacionadas e ruidosas, comprometendo o resultado de diversas técnicas de análise multivariada. Dentro deste cenário, esta Tese apresenta novas metodologias para seleção de variáveis, também chamada de seleção de comprimentos de onda quando aplicados em dados de IR, com o intuito de auxiliar o reconhecimento de padrões para o controle de qualidade em diversas áreas. Tais metodologias são apresentadas em três artigos onde as proposições visam à solução de problemas específicos: no primeiro artigo, amostras de erva mate são categorizadas de acordo com seu país de origem através de uma nova metodologia para seleção de variáveis Para tanto, um problema de Programação Quadrática, combinado com a Informação Mútua entre as variáveis, é utilizado para reduzir a redundância entre as variáveis retidas e maximizar sua relação com o local de origem da amostra; por sua vez, o segundo artigo adequa as proposições do primeiro artigo para um problema de predição, onde o objetivo é determinar a concentração de cocaína e adulterantes em amostras de cocaína laboratoriais e apreendidas; por fim, o terceiro artigo utiliza a estatística do teste de Kolmogorov-Smirnov para duas amostras em uma abordagem de seleção de intervalos de comprimentos de onda com o intuito de identificar falsificações em medicamentos para disfunção erétil. A aplicação dos métodos em bancos de dados com distintas características e a validação dos resultados corrobora a adequabilidade das proposições desta tese. / Over the last few years infrared (IR) spectroscopy gained wide acceptance in many research fields as a quick, simple and non-destructive technique allowing the quantification of many chemical compounds. Although IR provide many absorbance values that helps the sample characterization, this technique also generate databases comprised by hundreds, or even thousands, of highly noisy and correlated wavenumbers, jeopardizing the results of many multivariate analysis techniques. Under such scenario, this thesis presents new variables selection methodologies (also called wavenumber selection when applied in IR data) aimed to recognize patterns for quality control in many areas. Such methodologies are presented in three papers where the propositions are tailored for the solution of specific problems: on the first paper, yerba mate samples are categorized according to their country of origin through a novel variable selection methodology. Thereunto a quadratic programming problem, combined with the Mutual Information among variables, is utilized to reduce the redundancy among variables and increase their relationship with the samples’ place of origin; the second paper adequate the first paper propositions for a prediction method which aims to determine cocaine and adulterants concentration in laboratorial and seized cocaine samples; lastly, the third paper uses the two-samples Kolmogorov-Smirnov statistic in an wavenumber interval selection method aimed for the identification of counterfeit erectile dysfunction medicines. The application of the methods in databases with distinct characteristics and the results validation corroborates the suitability of this thesis propositions.

Nos últimos anos, a espectroscopia no infravermelho (IR) ganhou grande aceitação em diversas áreas de pesquisa por ser uma técnica rápida, simples e não destrutiva que permite a quantificação de diversos componentes químicos em amostras. Apesar de a IR resultar em valores de absorbância que auxiliam na caracterização da amostra, tal técnica acaba por gerar bancos de dados compostos por centenas, ou até milhares, de variáveis altamente correlacionadas e ruidosas, comprometendo o resultado de diversas técnicas de análise multivariada. Dentro deste cenário, esta Tese apresenta novas metodologias para seleção de variáveis, também chamada de seleção de comprimentos de onda quando aplicados em dados de IR, com o intuito de auxiliar o reconhecimento de padrões para o controle de qualidade em diversas áreas. Tais metodologias são apresentadas em três artigos onde as proposições visam à solução de problemas específicos: no primeiro artigo, amostras de erva mate são categorizadas de acordo com seu país de origem através de uma nova metodologia para seleção de variáveis Para tanto, um problema de Programação Quadrática, combinado com a Informação Mútua entre as variáveis, é utilizado para reduzir a redundância entre as variáveis retidas e maximizar sua relação com o local de origem da amostra; por sua vez, o segundo artigo adequa as proposições do primeiro artigo para um problema de predição, onde o objetivo é determinar a concentração de cocaína e adulterantes em amostras de cocaína laboratoriais e apreendidas; por fim, o terceiro artigo utiliza a estatística do teste de Kolmogorov-Smirnov para duas amostras em uma abordagem de seleção de intervalos de comprimentos de onda com o intuito de identificar falsificações em medicamentos para disfunção erétil. A aplicação dos métodos em bancos de dados com distintas características e a validação dos resultados corrobora a adequabilidade das proposições desta tese. / Over the last few years infrared (IR) spectroscopy gained wide acceptance in many research fields as a quick, simple and non-destructive technique allowing the quantification of many chemical compounds. Although IR provide many absorbance values that helps the sample characterization, this technique also generate databases comprised by hundreds, or even thousands, of highly noisy and correlated wavenumbers, jeopardizing the results of many multivariate analysis techniques. Under such scenario, this thesis presents new variables selection methodologies (also called wavenumber selection when applied in IR data) aimed to recognize patterns for quality control in many areas. Such methodologies are presented in three papers where the propositions are tailored for the solution of specific problems: on the first paper, yerba mate samples are categorized according to their country of origin through a novel variable selection methodology. Thereunto a quadratic programming problem, combined with the Mutual Information among variables, is utilized to reduce the redundancy among variables and increase their relationship with the samples’ place of origin; the second paper adequate the first paper propositions for a prediction method which aims to determine cocaine and adulterants concentration in laboratorial and seized cocaine samples; lastly, the third paper uses the two-samples Kolmogorov-Smirnov statistic in an wavenumber interval selection method aimed for the identification of counterfeit erectile dysfunction medicines. The application of the methods in databases with distinct characteristics and the results validation corroborates the suitability of this thesis propositions.

In this thesis, the Omega-k algorithm used for processing stripmap synthetic aperture radar (SAR) data is explored in detail. While the original Omega-k algorithm does not achieve the same SNR as a matched filter, a modification is presented which enables the algorithm to nearly achieve that SNR. It is shown that the focused point spread function obtained when the Omega-k algorithm is used differs in important ways from the output of a modified version of the matched filter. Spread out sidelobes and a stretched mainlobe are observed when the data is processed by the Omega-k algorithm. These differences may increase the potential interference between some nearby scatterers; however, the amplitude of the resulting sidelobes is lower than that observed for the matched filter, and the potential interference between other nearby scatterers is reduced. The details of a discrete implementation of the algorithm are also presented. Two methods for mixing the frequency domain signal to baseband are compared, and one is shown to potentially reduce the required accuracy of the interpolation kernel. Finally, the errors associated with the key approximation used by the algorithm are explored through simulation, and it is shown that the approximation is sufficiently accurate for a particularly demanding configuration.

O trabalho apresenta uma modificação do modelo do número de onda cumulativo (CW – Cumulative Wavenumber) para atender ao balanço de energia na determinação da transferência radiante de gases participantes não uniformes. De um modo geral, o modelo CW fornece resultados que se mostram precisos para o divergente do fluxo de calor radiante (ou taxa volumétrica de geração de energia) quando comparados à solução benchmark (integração linhapor- linha). No entanto, conforme é apresentado nesta pesquisa, uma hipótese importante feita pelo modelo o torna não conservativo e, não garantindo o balanço de energia radiante quando um meio não uniforme é considerado. Como conseqüência, o fluxo de calor radiante pode apresentar desvios consideráveis em relação à solução exata. O modelo do número de onda cumulativo modificado (CWM) foi desenvolvido de forma a manter o mesmo valor para a taxa volumétrica de geração de energia, mas satisfazendo ao balanço de energia radiante. O modelo CWM é aplicado juntamente com o método das ordenadas discretas para resolver a transferência de calor radiante em sistemas unidimensionais formados por placas planas infinitas e paralelas, contendo camadas uniformes e não uniformes de gases típicos da combustão de metano ou óleo combustível. As paredes são negras para a radiação térmica. A aquisição de dados das linhas de absorção espectrais é feita pela utilização dos bancos de dados HITRAN e HITEMP. São apresentados os bancos de dados, bem como a forma em que é efetuada a extração destes e, posteriormente, a elaboração dos espectros de absorção das espécies químicas. São analisados meios uniformes (isotérmicos e homogêneos) primeiramente, evidenciando que o modelo original (CW) não apresenta problemas nesses casos. Posteriormente, meios não uniformes (nãoisotérmicos e homogêneos; ou não-isotérmicos e não homogêneos) são avaliados. Os resultados para ambos os modelos, CW e CWM, são comparados com a solução linha-por-linha (LBL). Casos com diferentes perfis de temperatura e concentração da espécie química são considerados. A solução a partir da nova metodologia se apresentou mais dispendiosa computacionalmente devido ao acréscimo de novos passos iterativos. Os resultados mostram que o CWM leva a resultados mais precisos para o fluxo de calor radiante, satisfazendo ao balanço de energia com um desvio que se deve principalmente à discretização espacial da equação de transporte radiante. / This work presents a modification of the cumulative wavenumber (CW) method to determine the radiative transfer in non-uniform participating gases to enforce the radiative energy balance to be satisfied. In particular, the CW model leads to results for the divergent radiative heat flux (or radiative volumetric heat source) that proved accurate in comparison to the benchmark solution ( LBL integration) for non-isothermal medium. However, as will be shown in this work, one important assumption of the method prevents it of satisfying the radiative energy balance when a non uniform medium is considered. As consequence, the radiative heat flux can present considerable deviation of the correct solution. The modified cumulative wavenumber (CWM) model was developed to keep the same value of the radiative volumetric heat source, but also to satisfy the radiative energy balance. The CWM model is applied together with the discrete ordinates method to solve the radiation heat transfer in a one-dimentional slab containing a uniform/non-uniform layer of typical gases from the methane or fuel oil combustion. The walls are black for the thermal radiation. The HITRAN and HITEMP are used to extract the spectral lines information that is required for modeling. The database are briefly presented as well as the procedure that is used to extract the data and the spectra drawing. Firstly, uniform media (isothermal and homogeneous) are analyzed proving that the original model (CW) presents accurate results in those cases. Next, non-uniform media (non-isothermal and homogeneous; or non-isothermal and non-homogeneous) are taken into account. The results of both the CW and the CWM modeling are compared to the benchmark line-by-line (LBL) integration. Different temperature and concentration profiles are considered. The solution obtained from the new model presents an increase in the computational time due to the insertion of new iterative loops. The results show that the CWM leads to accurate estimation of both the radiative heat flux and volumetric heat source, satisfying the radiative energy balance with an error that is mostly due to the spatial discretization of the radiative transfer equation.

O trabalho apresenta uma modificação do modelo do número de onda cumulativo (CW – Cumulative Wavenumber) para atender ao balanço de energia na determinação da transferência radiante de gases participantes não uniformes. De um modo geral, o modelo CW fornece resultados que se mostram precisos para o divergente do fluxo de calor radiante (ou taxa volumétrica de geração de energia) quando comparados à solução benchmark (integração linhapor- linha). No entanto, conforme é apresentado nesta pesquisa, uma hipótese importante feita pelo modelo o torna não conservativo e, não garantindo o balanço de energia radiante quando um meio não uniforme é considerado. Como conseqüência, o fluxo de calor radiante pode apresentar desvios consideráveis em relação à solução exata. O modelo do número de onda cumulativo modificado (CWM) foi desenvolvido de forma a manter o mesmo valor para a taxa volumétrica de geração de energia, mas satisfazendo ao balanço de energia radiante. O modelo CWM é aplicado juntamente com o método das ordenadas discretas para resolver a transferência de calor radiante em sistemas unidimensionais formados por placas planas infinitas e paralelas, contendo camadas uniformes e não uniformes de gases típicos da combustão de metano ou óleo combustível. As paredes são negras para a radiação térmica. A aquisição de dados das linhas de absorção espectrais é feita pela utilização dos bancos de dados HITRAN e HITEMP. São apresentados os bancos de dados, bem como a forma em que é efetuada a extração destes e, posteriormente, a elaboração dos espectros de absorção das espécies químicas. São analisados meios uniformes (isotérmicos e homogêneos) primeiramente, evidenciando que o modelo original (CW) não apresenta problemas nesses casos. Posteriormente, meios não uniformes (nãoisotérmicos e homogêneos; ou não-isotérmicos e não homogêneos) são avaliados. Os resultados para ambos os modelos, CW e CWM, são comparados com a solução linha-por-linha (LBL). Casos com diferentes perfis de temperatura e concentração da espécie química são considerados. A solução a partir da nova metodologia se apresentou mais dispendiosa computacionalmente devido ao acréscimo de novos passos iterativos. Os resultados mostram que o CWM leva a resultados mais precisos para o fluxo de calor radiante, satisfazendo ao balanço de energia com um desvio que se deve principalmente à discretização espacial da equação de transporte radiante. / This work presents a modification of the cumulative wavenumber (CW) method to determine the radiative transfer in non-uniform participating gases to enforce the radiative energy balance to be satisfied. In particular, the CW model leads to results for the divergent radiative heat flux (or radiative volumetric heat source) that proved accurate in comparison to the benchmark solution ( LBL integration) for non-isothermal medium. However, as will be shown in this work, one important assumption of the method prevents it of satisfying the radiative energy balance when a non uniform medium is considered. As consequence, the radiative heat flux can present considerable deviation of the correct solution. The modified cumulative wavenumber (CWM) model was developed to keep the same value of the radiative volumetric heat source, but also to satisfy the radiative energy balance. The CWM model is applied together with the discrete ordinates method to solve the radiation heat transfer in a one-dimentional slab containing a uniform/non-uniform layer of typical gases from the methane or fuel oil combustion. The walls are black for the thermal radiation. The HITRAN and HITEMP are used to extract the spectral lines information that is required for modeling. The database are briefly presented as well as the procedure that is used to extract the data and the spectra drawing. Firstly, uniform media (isothermal and homogeneous) are analyzed proving that the original model (CW) presents accurate results in those cases. Next, non-uniform media (non-isothermal and homogeneous; or non-isothermal and non-homogeneous) are taken into account. The results of both the CW and the CWM modeling are compared to the benchmark line-by-line (LBL) integration. Different temperature and concentration profiles are considered. The solution obtained from the new model presents an increase in the computational time due to the insertion of new iterative loops. The results show that the CWM leads to accurate estimation of both the radiative heat flux and volumetric heat source, satisfying the radiative energy balance with an error that is mostly due to the spatial discretization of the radiative transfer equation.

O trabalho apresenta uma modificação do modelo do número de onda cumulativo (CW – Cumulative Wavenumber) para atender ao balanço de energia na determinação da transferência radiante de gases participantes não uniformes. De um modo geral, o modelo CW fornece resultados que se mostram precisos para o divergente do fluxo de calor radiante (ou taxa volumétrica de geração de energia) quando comparados à solução benchmark (integração linhapor- linha). No entanto, conforme é apresentado nesta pesquisa, uma hipótese importante feita pelo modelo o torna não conservativo e, não garantindo o balanço de energia radiante quando um meio não uniforme é considerado. Como conseqüência, o fluxo de calor radiante pode apresentar desvios consideráveis em relação à solução exata. O modelo do número de onda cumulativo modificado (CWM) foi desenvolvido de forma a manter o mesmo valor para a taxa volumétrica de geração de energia, mas satisfazendo ao balanço de energia radiante. O modelo CWM é aplicado juntamente com o método das ordenadas discretas para resolver a transferência de calor radiante em sistemas unidimensionais formados por placas planas infinitas e paralelas, contendo camadas uniformes e não uniformes de gases típicos da combustão de metano ou óleo combustível. As paredes são negras para a radiação térmica. A aquisição de dados das linhas de absorção espectrais é feita pela utilização dos bancos de dados HITRAN e HITEMP. São apresentados os bancos de dados, bem como a forma em que é efetuada a extração destes e, posteriormente, a elaboração dos espectros de absorção das espécies químicas. São analisados meios uniformes (isotérmicos e homogêneos) primeiramente, evidenciando que o modelo original (CW) não apresenta problemas nesses casos. Posteriormente, meios não uniformes (nãoisotérmicos e homogêneos; ou não-isotérmicos e não homogêneos) são avaliados. Os resultados para ambos os modelos, CW e CWM, são comparados com a solução linha-por-linha (LBL). Casos com diferentes perfis de temperatura e concentração da espécie química são considerados. A solução a partir da nova metodologia se apresentou mais dispendiosa computacionalmente devido ao acréscimo de novos passos iterativos. Os resultados mostram que o CWM leva a resultados mais precisos para o fluxo de calor radiante, satisfazendo ao balanço de energia com um desvio que se deve principalmente à discretização espacial da equação de transporte radiante. / This work presents a modification of the cumulative wavenumber (CW) method to determine the radiative transfer in non-uniform participating gases to enforce the radiative energy balance to be satisfied. In particular, the CW model leads to results for the divergent radiative heat flux (or radiative volumetric heat source) that proved accurate in comparison to the benchmark solution ( LBL integration) for non-isothermal medium. However, as will be shown in this work, one important assumption of the method prevents it of satisfying the radiative energy balance when a non uniform medium is considered. As consequence, the radiative heat flux can present considerable deviation of the correct solution. The modified cumulative wavenumber (CWM) model was developed to keep the same value of the radiative volumetric heat source, but also to satisfy the radiative energy balance. The CWM model is applied together with the discrete ordinates method to solve the radiation heat transfer in a one-dimentional slab containing a uniform/non-uniform layer of typical gases from the methane or fuel oil combustion. The walls are black for the thermal radiation. The HITRAN and HITEMP are used to extract the spectral lines information that is required for modeling. The database are briefly presented as well as the procedure that is used to extract the data and the spectra drawing. Firstly, uniform media (isothermal and homogeneous) are analyzed proving that the original model (CW) presents accurate results in those cases. Next, non-uniform media (non-isothermal and homogeneous; or non-isothermal and non-homogeneous) are taken into account. The results of both the CW and the CWM modeling are compared to the benchmark line-by-line (LBL) integration. Different temperature and concentration profiles are considered. The solution obtained from the new model presents an increase in the computational time due to the insertion of new iterative loops. The results show that the CWM leads to accurate estimation of both the radiative heat flux and volumetric heat source, satisfying the radiative energy balance with an error that is mostly due to the spatial discretization of the radiative transfer equation.