Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Adversarial attacks to vision system
No full textLas redes neuronales profundas (DNN) pueden aprender a clasificar, sintetizar y, en general, inferir correlaciones en extensas colecciones de datos. Se han convertido en soluciones de caja negra para innumerables tareas cotidianas. Sin embargo, las DDNs son susceptibles a ataques adversarios, que consisten en ejemplos que contienen modificaciones imperceptibles para un observador humano los cuales están diseñados para que las DNNs cometan errores al realizar una predicción. Se observó que todas las arquitecturas basadas en DNN utilizan una codificación one-hot después de una capa softmax. La distancia de Hamming entre pares de códigos one-hot es dos, independientemente del número de clases, y se deduce que esto es fundamental para un ataque exitoso. El atacante solo requiere generar una perturbación capaz de cambiar un par de bits de información para clasificar incorrectamente una imagen. Algo similar a la transmisión de información a través de un canal ruidoso. Con la observación anterior en mente, en esta tesis se postula que el uso de códigos de corrección de errores puede mejorar la resistencia de las DNN frente a ataques adversarios. Se utilizan los códigos de Hadamard para ese fin. Los códigos Hadamard de orden n, para las clases O(n), tienen una distancia de Hamming de n/2. Por lo tanto, un ataque adversario necesitaría cambiar una mayor cantidad de bits para clasificar incorrectamente una imagen. Se probó esta hipótesis contra seis tipos de ataques de caja blanca y uno de caja negra. Los modelos con códigos Hadamard presentaron mayor resistencia que superó por mucho a las alternativas en el estado del arte. En particular, superamos a los modelos destilados, considerados como la mejor defensa adversaria en la literatura relacionada.Deep neural networks (DNNs) can learn to classify, synthesize, and generally infer correlations across extensive data collections. They have become black box solutions for countless everyday tasks. However, DDNs are susceptible to adversarial attacks, which consist of instances that contain modifications imperceptible to a human observer, which are designed so that DNNs make mistakes when making a prediction. It was noted that all DNN-based architectures use one-hot encoding after a softmax layer. The Hamming distance between pairs of one-hot codes is two, independent of the number of classes, and it follows that this is essential for a successful attack. The attacker only requires generating a disturbance capable of changing a couple of bits of information to classify an image incorrectly. Somewhat similar to the transmission of information through a noisy channel. With the previous observation in mind, in this thesis, it is postulated that error-correcting codes can improve the resistance of DNNs against adversary attacks. Hadamard codes are used for this purpose. Hadamard codes of order n, for classes O(n), have a Hamming distance of n/2. Therefore, an adversary attack would need to change a more significant number of bits to misclassify an image. This hypothesis was tested against six types of white-box attacks and one black-box attack. The models with Hadamard codes presented more resistance that far exceeded the alternatives in the SOTA. In particular, we outperform distilled models, considered the best adversarial defense in the related literature
Evaluation of encryption overload in multihop networks for the internet of medical things
No full textEl Internet de las cosas médicas (IoMT por sus siglas en ingles) permitirá habilitar servicios y aplicaciones enfocados a diagnósticos más precisos y mejorar la cobertura efectiva de los sistemas de salud. Para esto, es necesario la recolección y envío de información de salud de las personas a través de sensores que monitorean continuamente los signos vitales de las personas. El envío a través de redes para el internet de las cosas (IoT por sus siglas en ingles) de información de salud plantea varios retos importantes para los sistemas de comunicaciones. Uno de los más relevantes es el de preservar la confidencialidad y privacidad de la información desde su recolección hasta su tratamiento y almacenamiento. Esto es especialmente complejo considerando que los sensores utilizados suelen tener pocos recursos en términos de memoria y capacidad de procesamiento. Por lo tanto se han propuesto una serie de algoritmos que cifran esta información de una manera eficiente usando los recursos limitados con los que cuentan estos dispositivos. Estos algoritmos han sido evaluados desde la perspectiva de consumo de potencia y rendimiento. Sin embargo, no se ha hecho una evaluación de cómo éstos afectan el comportamiento de una red IoMT en su conjunto. El presente trabajo de investigación busca evaluar el comportamiento de la implementación de una red IoMT cuya pila de tecnologías en su capa de seguridad utilice algoritmos de cifrado ligero para proteger información desde el momento de conformación de la red. Para realizar esta evaluación se consideraron 5 candidatos de algoritmos de cifrado ligero del concurso que está llevando a cabo el instituto nacional de estándares y tecnología de los Estados Unidos (NIST por sussiglas en ingles), con los cuales utilizando métricas de red, se evaluó el comportamiento de la red al variar entre los distintos algoritmos de cifrado ligero además de compararlos con una implementación del cifrado por defecto AES-128 y una implementación sin ningún tipo de cifrado. Para realizar las diferentes implementaciones con las que se realizó esta evaluación se utilizó el sistema operativo IoT Contiki-ng el cual fue implementado tanto en dos distintos simuladores (Cooja y Renode) como en el dispositivo físico Sensortag-CC2650.The Internet of medical things (IoMT) will enable services and applications focused on more accurate diagnoses and improve the effective coverage of health systems. For this, it is necessary to collect and send people’s health information through sensors that continuously monitor people’s vital signs. Delivering health information over internet of things networks (IoT) poses several significant challenges for communications systems. One of the most relevant is to preserve the confidentiality and privacy of the information from its collection to its treatment and storage. This is especially complex considering that the sensors used tend to have few resources in terms of memory and processing capacity. Therefore, a series of algorithms have been proposed that encrypt this information efficiently using the limited resources available to these devices. These algorithms have been evaluated from the perspective of power consumption and performance. However, no assessment has been made of how these affect the behavior of an IoMT network as a whole. This research work seeks to evaluate the behavior of an implementation of an IoMT network whose stack of technologies in its security layer uses lightweight encryption algorithms to protect information from the moment the network is formed. To carry out this evaluation, 5 candidates for lightweight encryption algorithms from the contest being carried out by National Institute of Standards and Technology (NIST) were considered, with which, using network metrics, the behavior of the network was evaluated for different lightweight encryption algorithms in addition to comparing them. with an implementation of the default encryption AES-128 and an implementation without any encryption. To carry out the different implementations with which this evaluation was carried out, the IoT Contiki-ng operating system was used, which was implemented both in two different simulators (Cooja and Renode) and in the physical device Sensortag-CC2650
Immersion of gold and silver nanoparticles in a TiO2 matrix for plasmonic photocatalysis
No full textEn este trabajo se probaron tres diferentes rutas para la inmersión de nanopartículas de oro (AuNPs) o plata (AgNPs) en una matriz de Degussa P25 (TiO2): 1) Mezcla y secado de dispersiones coloidales; 2) modificación de cargas superficiales (previo a la mezcla de dispersiones); 3) reducción directa de sales metálicas sobre TiO2. Posteriormente, se evaluó su actividad fotocatalítica en la degradación de azul de metileno (MB) con luz UV y visible, buscando registrar un mejoramiento inducido por la resonancia de plasmón de superficie localizado (LSPR) excitada en las nanopartículas metálicas. La respuesta óptica de todos los materiales fue monitoreada por espectroscopía UV-Vis y su estructura fue analizada a partir de imágenes elaboradas con microscopía electrónica de transmisión (TEM). La síntesis de AuNPs y AgNPs coloidales dio como resultado dispersiones con absorción máxima en λ∼543 nm y λ∼420 nm, respectivamente. El análisis de imágenes TEM permitió registrar diámetros de 56±4 nm para AuNPs y 31±3 nm para AgNPs, así como su inmersión en la matriz de TiO2 (rutas 2 y 3). Las constantes de reacción representativas de la fotodegradación de MB (obtenidas a partir de la absorción en λ∼664 nm) fueron, en su mayoría, menores a las pruebas control con TiO2. El uso de AgNPs@TiO2 (ruta 2) bajo luz UV+Visible (352 nm+420 nm) reflejó una constante de reacción 0.005 unidades mayor a la exhibida por TiO2 bajo las mismas condiciones, siendo el único caso en que se registró un incremento en la actividad fotocatalítica. En conjunto con los resultados obtenidos, la presencia de una capa de polielectrolito (PAH) entre las AgNPs y el TiO2 en este sistema permitió concluir que, de haberse generado un mejoramiento plasmónico en la fotocatálisis de MB, éste se habría dado a través del mecanismo de transferencia de energía resonante inducida por plasmones (PIRET).The present work aimed to achieve the immersion of gold (AuNPs) or silver (AgNPs) nanoparticles in Degussa P25 (TiO2) via three different routes: 1) Mixing and drying of colloidal dispersions; 2) surface charge modification (prior to dispersion mixing); 3) direct reduction of metallic salts over TiO2. Subsequently, photocatalytic activity for methylene blue (MB) degradation was evaluated under UV y visible light, hoping to register an enhancement induced by the localized surface plasmon resonance (LSPR) exhibited by the metallic nanoparticles. Optical response for each material was monitored by UV-Vis Spectroscopy measurements, and its overall structure was analyzed with transmission electron microscopy (TEM) imaging. The products of the synthesis of coloidal AuNPs and AgNPs were dispersions with maximum absorption at λ∼543 nm and λ∼420 nm, respectively. Diameters of 56±4 nm (AuNPs) and 31±3 nm (AgNPs) were confirmed with TEM image analysis, as well as the immersion of said nanoparticles in TiO2 (routes 2 and 3). Most of the reaction constants for MB photodegradation (calculated from absorption at λ∼664 nm) were lower than those obtained for only TiO2. Use of AgNPs@TiO2 (route 2) under UV+Visible light (352 nm+420 nm) yielded a reaction constant 0.005 units higher than that obtained with only TiO2. This was the only instance where an enhancement of the photocatalytic activity was registered. Based on the aforementioned results, as well as the presence of a polyelectrolite layer (PAH) between AgNPs and TiO2, it can be concluded that: If any significant enhancement over the photocatalytic activity of TiO2 was achieved, it would have been generated via the Plasmon-Induced Resonant Energy Transfer (PIRET) mechanism
Detection and attribution of rainfall extreme event for Mexico
No full textLa tesis tiene tres objetivos: a) hacer una detección de tendencias de 15 índices extremos y no extremos de precipitación en México y el sur de Estados Unidos para el invierno (nov-mar) y el verano (Jun-oct) durante 1981-2010; b) intercomparar bases de datos; y c) hacer una atribución climática natural que explique los eventos extremos que mostraron tendencias significativas durante 1981-2020. En los dos primeros se utilizaron observaciones en malla (CHIRPS y Livneh), reanálisis (ERA5, ERA-Interim, MERRA2 y CFSR), el modelo regional RegCM4.7-ERA-Interim y modelos de circulación general (MCG: HadGEM2-ES, CNRM-CM5, MPI-ESM-MR y GFDL-ESM2M). Para el tercer objetivo se hizo un análisis de ciclones tropicales (CTs) y una clasificación diaria de la circulación regional de ERA5 durante junio-octubre con la red neuronal no supervisada de mapas autoorganizados (SOMs). Las observaciones en malla y los reanálisis (O&R) mostraron métricas de precipitación similares en casi todas las regiones. Sin embargo, CHIRPS y Livneh tuvieron grandes diferencias en el sureste de México y la región del monzón. Durante el verano, O&R mostraron incrementos significativos en índices de lluvia extrema principalmente en regiones afectadas por CTs: Baja California Sur, noreste de México y sureste de Estado Unidos, mientras que se observaron decrementos significativos en el acumulado estacional de lluvia en la región de clima mediterráneo y el desierto de Sonora. ERA5 y MERRA2 fueron los reanálisis con el mejor desempeño. Tanto RegCM4.7 como los MCG reprodujeron bien el ciclo anual de lluvia en la mayoría de las regiones; el RegCM4.7 también capturó la señal general de las tendencias, pero no simuló adecuadamente la variabilidad interanual de varios índices; mientras que los MCG no capturaron las tendencias. Las causas naturales de la tendencia positiva de la lluvia extrema en el este de México se explican parcialmente por el aumento en la ocurrencia de CTs en la región (33 %/dec), el aumento de la temperatura superficial del Golfo de México (GoM) de (0.26oC/dec) y la fase positiva de la Oscilación multi-decenal del Atlántico (AMO+) de las últimas dos décadas. Además, la AMO+ y las fases Neutra y La Niña del ENOS favorecen mayor número de CTs en el Atlántico. Con nueve patrones de los SOMs se identificaron otros mecanismos regionales relacionados con la lluvia de verano. Tres SOMs “secos” en la región oriental de México ocurrieron durante la temporada de la canícula (jul-ago); estos modosThe thesis has three objectives: a) to detect trends of 15 extreme and non-extreme precipitation indices in Mexico and the southern United States for winter (Nov-Mar) and summer (June-October) during 1981- 2010; b) to intercompare databases, and c) to make a natural climate attribution that explains the extreme events that showed significant trends in a region during 1981-2020. For the first two objectives we used gridded observations (CHIRPS and Livneh), reanalyses (ERA5, ERA-Interim, MERRA2, and CFSR), the regional model RegCM4.7-ERA-Interim, and General Circulation Models (GCMs: HadGEM2-ES, CNRMCM5, MPI-ESM-MR, and GFDL-ESM2M). For the third objective, we analyzed tropical cyclones (TCs) and performed a daily classification of the regional circulation from ERA5 during June-October using the selforganizing maps (SOMs). Gridded observations and reanalyses (O&R) showed similar precipitation metrics in almost all regions. However, CHIRPS and Livneh had significant differences in southeastern Mexico and the monsoon region. During the summer, O&R showed significant increases in extreme rainfall indices, mainly in regions affected by TCs: Baja California Sur, northeastern Mexico, and the southeastern United States. Seasonal rainfall accumulation indicated significant decreases in the Mediterranean climate region and the Sonoran Desert. ERA5 and MERRA2 were the best performing reanalyses. Both RegCM4.7 and GCMs reproduced the annual rainfall cycle well in most regions; RegCM4.7 also captured the general trend signal but did not adequately simulate the interannual variability of several indices, while the GCMs did not capture the trends. The natural causes of the positive trend of extreme rainfall in eastern Mexico are partially explained by the increased occurrence of TCs in the region (33 %/dec), the increase in the Gulf of Mexico (GoM) surface temperature of (0.26oC/dec) and the positive phase of the Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO+) of the last two decades. In addition, the AMO+ and the Neutral and La Niña phases of the ENSO favor more TCs in the Atlantic. With nine SOMs patterns other regional mechanisms related to summer rainfall were identified. Three "dry" SOMs along the Gulf of Mexico (GoM) coast occurred during the Mid-summer drought season (Jul-Aug); these modes showed an intensification of the North Atlantic subtropical high, as well as the Caribbean and Great Plains low-level jets. In contrast, in the three "wet" SOMs these mechanisms ...
Vanadium oxide synthesized by ultra-short pulse laser irradiation and its dielectric-metallic phase transition
No full textEl dióxido de vanadio (VO2) sintetizado por diversos métodos, experimenta una transición de fase aislante-metálica (TAM) inducida térmicamente cuando alcanza una temperatura de transición T_c. Desde el descubrimiento de la TAM en VO2 a fines de la década de 1950, los óxidos de vanadio han ganado reconocimiento como material de conmutación de resistencia para aplicaciones de dispositivos inteligentes altamente sensibles. Varias técnicas químicas y físicas se han explorado para fabricar distintas estructuras de VO2, entre ellas se pueden mencionar la técnica sol-gel, deposición polímero asistida (PAD), deposición química de vapor (CVD), pulverización catódica, deposición de láser pulsado y deposición por evaporación térmica. En este sentido, una técnica poco explorada para la fabricación de VO2 es la oxidación inducida por láser. El objetivo de este proyecto de tesis es estudiar la formación de VO2 mediante la irradiación láser de películas de vanadio metálico (V) con pulsos de femtosegundos (fs) y analizar su TAM. Una de las ventajas que nos brinda esta técnica es la posibilidad de controlar las dimensiones de la región de síntesis, así como la generación de diversos óxidos metálicos en un solo paso. Los efectos de distintos parámetros de irradiación, tales como, la fluencia, el número de pulsos y velocidad de barrido en la formación de VO2 fueron investigados. Para estudiar las características de los óxidos metálicos obtenidos se utilizaron técnicas de caracterización, como microscopia óptica (coloración) microespectroscopia Raman (estequiometria), microscopia electrónica de barrido (morfología) y microscopia de fuerza atómica (topografía). La transición de fase del VO2, que corresponde a un cambio dramático en la conductividad y las propiedades ópticas, fue determinado experimentalmente midiendo la resistencia eléctrica del material en función de la temperatura. Los resultados obtenidos demostraron que el VO2 sintetizado con esta técnica presenta características muy similares a los VO2 sintetizados por métodos tradicionales.Vanadium dioxide (VO2) synthesized by various methods undergoes a thermally induced insulating-metal phase transition (IMT) when it reaches a transition temperature T_c. Since the discovery of the IMT in VO2 in the late 1950s, vanadium oxides have gained recognition as a resistance switching material for highly sensitive smart device applications. Various chemical and physical techniques have been explored to fabricate different VO2 structures, including sol-gel technique, polymer-assisted deposition (PAD), chemical vapor deposition (CVD), cathode sputtering, pulsed laser deposition, and thermal evaporation deposition. In this sense, a little explored technique for the manufacture of VO2 is laser-induced oxidation. The objective of this thesis project is to study the formation of VO2 by laser irradiation of metallic vanadium (V) films with pulses of femtoseconds (fs) and to analyze its IMT. One of the advantages offered by this technique is the possibility of controlling the dimensions of the synthesis region, as well as the generation of various metal oxides in a single step. The effects of different irradiation parameters, such as fluence, number of pulses, and sweep speed on VO2 formation were investigated. To study the characteristics of the metallic oxides obtained, characterization techniques were used, such as optical microscopy (coloration), Raman microspectroscopy (stoichiometry), scanning electron microscopy (morphology) and atomic force microscopy (topography). The phase transition of VO2, which corresponds to a dramatic change in conductivity and optical properties, was experimentally determined by measuring the electrical resistance of the material as a function of temperature. The results obtained showed that the VO2 synthesized with this technique has very similar characteristics to the VO2 synthesized by traditional methods
Dispersion of surface drift in the North Pacific Ocean: an approach to the garbage island
No full textLa basura flotante, conformada principalmente por plásticos, es transportada a escala global por corrientes, viento y olas. El destino final de estos desechos superficiales se concentra en cinco islas de basura ubicadas en los grandes giros subtropicales. La isla de basura flotante del Océano Pacífico Norte (OPN) es la de mayor tamaño. Esta investigación describe la dispersión estadística de descargas sintéticas superficiales que parten desde diferentes localidades del continente americano y cuantifica su aportación a la isla de basura del OPN. La evolución de las descargas se calcula por medio de herramientas estadísticas -matrices de transición y elipses de dispersión- basadas en registros históricos de trayectorias de derivadores superficiales. Destacan los siguientes resultados. (i) Se encontraron las rutas preferenciales de descargas costeras en el continente hacia la isla de basura. (ii) Se cuantificaron las aportaciones relativas de los sitios de descarga y los tiempos de arribo a la isla de basura. Las mayores contribuciones y los menores tiempos de arribo correspondieron a tres localidades al norte del OPN (Seattle, San Francisco y Los Ángeles), respecto a sitios ubicados en el sur (Los Cabos, Acapulco y Salina Cruz). (iii) Se propone una nueva delimitación estadística de la posición, tamaño y orientación de la isla de basura, la cual tiene su centro de masa en (-145°, 31°), un área de 2.59 x106 km2 y orientación de 12° respecto al este. (iv) La dinámica y orientación de la isla de basura es influenciada por la evolución del anticiclón atmosférico del OPN, el cual promueve la deriva de Ekman y por lo tanto favorece la retención de desechos, principalmente durante el verano. Este efecto se reduce cuando el anticiclón se debilita en invierno, estación en la que disminuye la acumulación de trazadores. Con base en estos resultados, se recomienda la generación de nuevas matrices de transición separando los registros de derivadores con lastre (afectados principalmente por las corrientes marinas) y sin lastre (afectados por el viento y oleaje) para entender mejor los procesos dispersivos en la superficie.Marine debris, made up mainly of plastics, is transported on a global scale by currents, wind and waves. The final destination of this surface waste is concentrated in five garbage islands in the subtropical gyres. The largest garbage island is located in the eastern part of the North Pacific Ocean (NPO). This research describes the statistical dispersion of synthetic surface discharges that start from different locations in the American continent and quantifies their contribution to the NPO garbage island. The evolution of the discharged material is calculated through statistical tools -transition matrices and dispersion ellipses- based on historical records of surface drifter trajectories. The following results stand out. (i) The preferential routes of coastal discharges towards the garbage island were found. (ii) We quantified the relative contributions of the discharge sites and the times of arrival at the garbage island. The highest contributions and the shortest arrival times corresponded to three northern locations (Seattle, San Francisco, and Los Angeles) compared to southern sites (Los Cabos, Acapulco, and Salina Cruz). (iii) A new statistical delimitation of the position, size and orientation of the garbage island is proposed, which has its center of mass at (-145°, 31°), an area of 2.59 x106 km2, and orientation of 12° with respect to the east. (iv) The dynamics and orientation of the garbage island is influenced by the evolution of the NPO atmospheric anticyclone, which enhances the Ekman drift and hence favours the convergence of debris, mainly during the summer. This effect is reduced when the anticyclone is weakened during the winter, thus decreasing the debris retention. To better understand the dispersive processes on the surface, specifically those related to wind and waves, we recommend the generation of new transition matrices by separating the records of drogued drifters (which mainly follow the ocean currents) and undrogued drifters (mainly affected by the wind)
Design of a photovoltaic thermal hybrid solar collector
No full textEn este trabajo se presentan resultados numéricos y experimentales de un sistema híbrido térmico fotovoltaico, donde se usó un colector solar de tipo concentrador de cilindro parabólico, además un arreglo de celdas fotovoltaicas fue dispuesto sobre el tubo absorbedor y para disminuir la temperatura de las celdas fotovoltaicas se usó un filtro fotoluminiscente de nanopartículas de Sulfuro de Cadmio. Para establecer el modelo del sistema se establecieron las ecuaciones de conservación de energía en estado estacionario y se resolvieron por balance de energía en los nodos de interés. Para resolver el modelo del sistema se establecieron las correlaciones de acuerdo a las configuraciones del sistema desarrollado en el presente estudio. La eficiencia eléctrica se estimó considerando el efecto de la temperatura con y sin el filtro fotoluminiscente. Para elegir el material del filtro fotoluminiscente se establecieron el perfil de absorbancia y el perfil de fotoluminiscencia Se realizaron simulaciones numéricas y se compararon con los resultados de la literatura para validar el modelo térmico. En la parte de producción eléctrica fueron evaluados los efectos de la temperatura en las celdas fotovoltaicas así como el comportamiento del filtro de nanopartículas de Sulfuro de Cadmio. Los resultados experimentales mostraron una recuperación de la eficiencia de conversión de energía eléctrica de al menos el 3.1 % a temperaturas superiores a los 100◦C.In this work, numerical and experimental results of a photovoltaic thermal hybrid system are presented, where a parabolic cylinder concentrator type solar collector was used, in addition an array of photovoltaic cells was arranged on the absorber tube and to reduce the temperature of the photovoltaic cells. A Cadmium Sulfide nanoparticle photoluminescent filter was used. To establish the model of the system, the energy conservation equations in steady state were established and they were solved by energy balance in the nodes of interest. To solve the system model, the correlations were established according to the configurations of the system developed in this study. The electrical efficiency was estimated considering the effect of temperature with and without the photoluminescent filter. To choose the material of the photoluminescent filter, the absorbance profile and the hotoluminescence profile were established. Numerical simulations were performed and compared with literature results to validate the thermal model. In the electrical production part, the effects of temperature on the photovoltaic cells were evaluated, as well as the behavior of the Cadmium Sulfide nanoparticle filter. The experimental results showed a recovery of the electrical energy conversion efficiency of at least 3.1 % at temperatures above 100◦C
Community variability of gelatinous zooplankton (Cnidaria, Ctenophora and Thaliacea) in different phases of ENSO in the southern part of the California Current
No full textEl zooplancton gelatinoso ha sido poco investigado en el Sistema de la Corriente de California (SCC) a pesar de que alcanza altas abundancias, su influencia ecológica y cambios de distribución. Durante el 2010 se presentó un evento climatológico de La Niña y durante el 2015-2016 un evento El Niño . Ambos han sido considerados de los más intensos para el SCC en los últimos años, provocando anomalías de temperaturas hasta de 3°C, así como alteraciones oceanográficas y biológicas en el sur del SCC. Con el objetivo de comparar a la comunidad de zooplancton gelatinoso durante diferentes condiciones climáticas se escogieron tres cruceros realizados en otoño de diferentes años: en 2001 (neutro), La Niña 2010 y El Niño 2015, en la región norte frente a Baja California. La comparación de la comunidad de zooplancton gelatinoso se realizó mediante métodos estadísticos multivariados no paramétricos, además se asoció la comunidad específica de cada año con variables ambientales (temperatura, salinidad, gradiente de densidad, oxígeno disuelto, profundidad de la termoclina) y biológicas (clorofila y abundancia de copépodos y larvas de peces). Se reportó una alta diversidad de zooplancton gelatinoso durante los tres años (89 taxones). La mayor diversidad se encontró durante el año neutro, y la mayor abundancia durante La Niña debido a dos especies cosmopolitas (Liriope tetraphylla y Dolioletta gegenbauri). El análisis de agrupamiento de dos vías indicó que durante los tres años la comunidad de zooplancton gelatinoso cambió significativamente. El análisis de escalamiento no métrico multidimensional confirmó estos agrupamientos e indicó que el calentamiento y estratificación de la columna de agua fueron las variables ambientales más influyentes en la comunidad de zooplancton gelatinoso durante El Niño 2015. Se observaron cambios de distribución, con extensión hacia el sur de la especie templada Pegea socia durante La Niña 2010. Desplazamiento hacia el norte de las especies tropicales y subtropicales como Aglaura hemistoma, Lensia fowleri y Thalia democratica, relacionados con la presencia de contraflujo hacia el polo durante El Niño 2015. El zooplancton gelatinoso es un grupo que responde rápidamente a los cambios oceanográficos en el SCC y afecta la ecología de la región de estudio.Gelatinous zooplankton from the California Current System (CCS) has been rarely studied despite its high abundance, ecologic influence and broad distribution changes reported in the world oceans. During 2010 occurred a La Niña event and during 2015 an El Niño event. They are among the most intense climatic events reported to CCS during the last twenty years, causing anomalies in temperature up to 3°C, and oceanographic and biologic perturbations in the south of the CCS. The goal of the present study is to compare gelatinous zooplankton community under different climatic conditions selecting three oceanographic cruises carried out in autumn of different years: 2001 (neutral), La Niña 2010 and El Niño 2015, off north Baja California. The comparison of the gelatinous zooplankton community among years was done using non-parametric multivariated methods, and also associated with abiotic (temperature, salinity, density gradient, dissolved oxygen, deep of the thermocline) and biological variables (chlorophyll-a concentration and prey density of copepods and fish larvae). A high diversity was observed integrating the three years (89 taxa), with the highest diversity observed during the neutral year and the highest abundance during La Niña event due the presence of two cosmopolitan species (Liriope tetraphylla and Dolioletta gegenbauri). The two-way cluster analysis showed significant changes in the gelatinous zooplankton community and the no-metric multidimensional analysis confirmed the clusters and indicated that the warming and stratification of the column water were the most influential environmental variables to explain changes of gelatinous zooplankton during El Niño 2015. Changes in distribution were observed for the temperate species Pegea socia extending southward during La Niña 2010. Displacements to the north occurred for the tropical and subtropical species Aglaura hemistoma, Lensia fowleri and Thalia democratica associated with the presence of anomalous poleward current. Gelatinous zooplankton respond rapidly to oceanographic changes in CCS and may even modify the ecology of the study region
Modeling and coupling of electrical and hydraulic conductivity from rock tomography
No full textEn este trabajo se emplearon técnicas de modelado numérico para simular el flujo de corriente eléctrica y de fluido a través de medios porosos con el fin de determinar el factor de resistividad y la permeabilidad, así como la distribución de los campos de densidad de corriente eléctrica y velocidad de flujo. Para el modelado de flujo eléctrico se desarrolló un algoritmo basado en diferencias finitas, mientras que para el modelado hidráulico se empleó una librería reportada en la literatura, basada en el método de redes de Boltzmann. En ambos esquemas de modelado se establecieron condiciones en la frontera poro-grano para modelar los procesos físicos exclusivamente en el espacio poroso. Los valores estimados de factor de resistividad y de permeabilidad, así como la porosidad, se emplearon para estudiar las correlaciones entre estas propiedades a través de relaciones petrofísicas. Para esto, se propuso una expresión que relaciona la permeabilidad y la porosidad y, empleando una relación existente entre el factor de resistividad y la porosidad, se propuso también una relación directa entre la permeabilidad y el factor de resistividad. Las relaciones propuestas fueron aplicadas a los valores numéricos obtenidos para paquetes de esferas generados numéricamente y se encontró que se ajustan mejor a los datos en comparación con las relaciones más comúnmente utilizadas, especialmente para porosidades altas. Se mostró también que estas relaciones petrofísicas toman la forma de las relaciones más comunes conocidas cuando se trata con porosidades bajas. Valores obtenidos de imágenes digitales de un paquete de esferas sintético y una muestra de dolomita mostraron que las expresiones para porosidades bajas son suficientes para ajustar datos de medios porosos con porosidades menores a un valor entre 0.3 y 0.4. Finalmente, se analizaron el factor de resistividad, la permeabilidad, las relaciones petrofísicas, y las distribuciones espaciales y estadísticas de los campos vectoriales de flujo se analizaron para comparar los fenómenos de transporte eléctrico e hidráulico, encontrando que algunos factores, como la porosidad efectiva, son importantes en ambos fenómenos de flujo; mientras que otros, como la adherencia del fluido a las paredes del poro, son particularmente relevantes para el flujo hidráulico.In this work, numerical modeling techniques were used to simulate the flow of electric current and fluid through porous media in order to determine the resistivity factor and permeability, as well as the distribution of electric current density and flow velocity fields. For electric flow modeling, an algorithm based on finite differences was developed, while for hydraulic modeling, a library reported in the literature, based on lattice Boltzmann method, was used. In both modeling schemes, pore-grain boundary conditions were established to model the physical processes exclusively in the pore space. The estimated values of resistivity factor and permeability, as well as porosity, were used to study the correlations between these properties through petrophysical relationships. An expression relating permeability and porosity was proposed and, using an existing relationship between the resistivity factor and the porosity, a direct relation between permeability and resistivity factor was also proposed. The proposed relations were applied to data obtained for numerically generated sphere packs and were found to fit the data better than the most commonly used relationships, especially for high porosities. It was also shown that these petrophysical relationships take the form of the most common relationships known when dealing with low porosities. Modeling data on digital images of a synthetic sphere pack and a dolomite sample showed that the expressions for low porosities are sufficient to fit data from porous media with porosities lower than 0.3 to 0.4. Finally, resistivity factors, permeabilities, petrophysical relationships, and spatial and statistical distributions of flow vector fields were analyzed to compare electrical and hydraulic transport phenomena, finding that some factors, such as the effective porosity, are important in both flow phenomena; whereas some other, such as the pore-wall adherence, are particularly relevant to hidraulic flux
Electrochemical energy storage processes in manganese oxide thin films
No full textEn la actualidad existe una necesidad energética mundial para desarrollar sistemas de almacenamiento de energía a gran escala y de bajo costo. En este sentido, los sistemas de almacenamiento electroquímico son de interés debido a su capacidad de almacenar diferentes cantidades de energía, así como a su flexibilidad para aplicarlos a demandas de uso práctico. Los supercapacitores son un ejemplo de dispositivos que permiten este tipo de almacenamiento, y en los cuales se han estudiado diferentes materiales, siendo los óxidos metálicos los principales materiales para la fabricación de electrodos mejorados. En esta tesis se estudia al óxido de manganeso (MnO2) para una posible aplicación en estos dispositivos, ya que es un material de bajo costo, abundante en la corteza terrestre y amigable con el ambiente. Una capacitancia especifica alta de este óxido se obtiene cuando se deposita como película delgada, por lo cual se emplea la técnica de Depósito por Capa Atómica (ALD), permitiendo obtener películas delgadas con espesor controlado. Se realizó el estudio de la tasa de crecimiento por ciclo del precursor Mn(CpEt)2 en el equipo BENEQ TFS 200 para la síntesis de películas delgadas de MnO como punto de partida para el posterior estudio de parámetros y medios adecuados para la oxidación de las películas por medio de voltamperometría cíclica y obtención de MnO2. Además, se determinó el espesor de las películas obtenidas por ALD por medio de Elipsometría, y se llevaron a cabo caracterizaciones por espectroscopia de dispersión de energía (SEM-EDS), reflexión total atenuada (ATR), espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) con erosión iónica, difracción de rayos X con ángulo rasante (GIXRD) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) para determinar la morfología, composición química elemental y estado de oxidación del material. Este trabajo permitió encontrar los parámetros adecuados de ALD para crecer películas delgadas de MnO sobre sustratos conductores, y diseñar un programa de oxidación para la obtención de MnO2.Currently, there is a global energy demand to develop large-scale and low-cost energy storage systems. Thus, electrochemical storage systems are the prime interest due to their ability to store different amounts of energy and flexibility to adjust them to practical use. Supercapacitors are an example of devices that allow this type of storage, and of which different materials have been studied, being metal oxides the principal source for improved electrodes manufacture. In this thesis, manganese oxide (MnO2) is studied for a possible application to these devices, since it is a low-cost material, abundant in the earth's crust and environmentally friendly. A high specific capacitance of this oxide is obtained when it is deposited as a thin film, for which the Atomic Layer Deposition (ALD) technique is used, allowing to obtain thin films with controlled thickness. The study of the growth rate per cycle of the precursor Mn(CpEt)2 was performed in the BENEQ TFS 200 tool for MnO thin films synthesis as a starting point. A study of parameters and suitable means for the oxidation of the films by applying the cyclic voltammetry electrochemical technique in order to obtain MnO2 was performed. The films thickness obtained by ALD were determined by ellipsometry (SE), and characterizations were performed by Energy Dispersion Spectroscopy (SEM-EDS), Attenuated Total Reflection (ATR), X-ray emitted photoelectron spectroscopy (XPS) with Ionic erosion, X-ray grazing incidence X-ray angle diffraction (XRD), and Atomic Force Microscopy (AFM) to determine the morphology, elemental chemical composition, and oxidation state of the material. This work allowed us to find the appropriate ALD settings to grow thin films of MnO on conductive substrates, and to design an oxidation path to obtain suitable MnO2 electrodes