Computational Bayesian Methods Applied to Complex Problems in Bio and Astro Statistics

In this dissertation we apply computational Bayesian methods to three distinct problems. In the first chapter, we address the issue of unrealistic covariance matrices used to estimate collision probabilities. We model covariance matrices with a Bayesian Normal-Inverse-Wishart model, which we fit with Gibbs sampling. In the second chapter, we are interested in determining the sample sizes necessary to achieve a particular interval width and establish non-inferiority in the analysis of prevalences using two fallible tests. To this end, we use a third order asymptotic approximation. In the third chapter, we wish to synthesize evidence across multiple domains in measurements taken longitudinally across time, featuring a substantial amount of structurally missing data, and fit the model with Hamiltonian Monte Carlo in a simulation to analyze how estimates of a parameter of interest change across sample sizes

Determination of Curve Number for snowmelt-runoff floods in a small catchment

One of the widely used methods for predicting flood runoff depth from ungauged catchments is the curve number (CN) method, developed by Soil Conservation Service (SCS) of US Department of Agriculture. The CN parameter can be computed directly from recorded rainfall depths and\ud direct runoff volumes in case of existing data. In presented investigations, the CN parameter has been computed for snowmelt-runoff events based on snowmelt and rainfall measurements. All required data has been gathered for a small agricultural catchment (A = 23.4 km2) of Zagożdżonka river, located in Central Poland. The CN number received from 28 snowmelt-runoff events has been compared with CN computed from rainfall-runoff events for the same catchment. The CN parameter, estimated empirically varies from 64.0 to 94.8. The relation between CN and snowmelt depth was investigated in a similar procedure to relation between CN and rainfall depth

Conjunction Assessment Screening Volume Sizing and Event Filtering in Light of Natural Conjunction Event Development Behaviors

Conjunction Assessment screening volumes used in the protection of NASA satellites are constructed as geometric volumes about these satellites, of a size expected to capture a certain percentage of the serious conjunction events by a certain time before closest approach. However, the analyses that established these sizes were grounded on covariance-based projections rather than empirical screening results, did not tailor the volume sizes to ensure operational actionability of those results, and did not consider the adjunct ability to produce data that could provide prevenient assistance for maneuver planning. The present study effort seeks to reconsider these questions based on a six-month dataset of empirical screening results using an extremely large screening volume. The results, pursued here for a highly-populated orbit regime near 700 km altitude, identify theoretical limits of screening volume performance, explore volume configuration to facilitate both maneuver remediation planning as well as basic asset protection, and recommend sizing principles that maximize volume performance while minimizing the capture of "chaff" conjunctions that are unlikely ever to become serious events

88/Ocena ryzyka popromiennej osteoporozy kręgosłupa szyjnego u chorych na raka rejonu głowy i szyi – doniesienie wstępne

Cel pracyZbadanie ryzyka wystąpienia popromiennej osteoporozy kręgosłupa u chorych na raka gardła i krtani poddanych radykalnemu leczeniu promieniami za pomocą pomiaru gęstości trzonów kręgów szyjnych w rutynowej tomografii komputerowej. Odległym celem pracy jest identyfikacja chorych, u których będzie zachodziła konieczność profilaktyki lub leczenia osteoporozy po zakończeniu leczenia onkologicznego.Materiał i metodaAnalizowano grupę 12 pacjentów (9 mężczyzn i 3 kobiety) chorych na raka gardła środkowego – 7, górnego – 1, dolnego – 1 i krtani – 3. Mediana wieku wynosiła 50 lat. U wszystkich pacjentów przed rozpoczęciem leczenia wykonano diagnostyczną spiralną tomografię komputerową z zastosowaniem warstw o grubości 1mm obejmującąwszystkie piętra gardła i krtani oraz szyję, w której poza diagnostyką nowotworową dokonano pomiaru densyjności trzonów kręgów objętych anatomicznym zakresem badania. Następnie chorych napromieniano w sposób radykalny z zastosowaniem techniki konformalnej (7 pacjentów) oraz IMRT (5 pacjentów). Przedział dawek całkowitychpodanych w objętości GTV wynosił 68.4–79 Gy. Na podstawie analizy rozkładu dawki promieniowania w wirtualnym indywidualnym fantomie pacjenta z systemu planowania leczenia dokonano pomiarów dawek w trzonach kręgów w miejscu przypadającej dawki maksymalnej. Wokresie do 1 miesiąca od zakończenia leczenia promieniami u wszystkich chorych ponownie wykonano kontrolną tomografię komputerową z zastosowaniem takich samych warunków badania jak poprzednio. Dokonano pomiaru densyjności kości w miejscach dawek maksymalnych i porównano otrzymane wartości z danymi sprzed leczenia.WynikiBezpośrednio po zakończeniu radioterapii zaobserwowano spadek gęstość tkanki kostnej trzonów kręgów mieszczący się w przedziale 3–50%, wynoszący średnio 22.5%.WnioskiPrzeprowadzone badanie dotyczy grupy pilotowej. Otrzymane wyniki wstępnie wskazują na wysokie ryzyko rozwoju osteoporozy tkanki kostnej w obszarze napromienianym. U wszystkich powyższych chorych, u których uzyska się trwałą regresję procesu nowotworowego, zostanąwykonane kolejne badania densyjnosci po upływie 12–24 miesięcy

Predicting Space Weather Effects on Close Approach Events

The NASA Robotic Conjunction Assessment Risk Analysis (CARA) team sends ephemeris data to the Joint Space Operations Center (JSpOC) for conjunction assessment screening against the JSpOC high accuracy catalog and then assesses risk posed to protected assets from predicted close approaches. Since most spacecraft supported by the CARA team are located in LEO orbits, atmospheric drag is the primary source of state estimate uncertainty. Drag magnitude and uncertainty is directly governed by atmospheric density and thus space weather. At present the actual effect of space weather on atmospheric density cannot be accurately predicted because most atmospheric density models are empirical in nature, which do not perform well in prediction. The Jacchia-Bowman-HASDM 2009 (JBH09) atmospheric density model used at the JSpOC employs a solar storm active compensation feature that predicts storm sizes and arrival times and thus the resulting neutral density alterations. With this feature, estimation errors can occur in either direction (i.e., over- or under-estimation of density and thus drag). Although the exact effect of a solar storm on atmospheric drag cannot be determined, one can explore the effects of JBH09 model error on conjuncting objects' trajectories to determine if a conjunction is likely to become riskier, less risky, or pass unaffected. The CARA team has constructed a Space Weather Trade-Space tool that systematically alters the drag situation for the conjuncting objects and recalculates the probability of collision for each case to determine the range of possible effects on the collision risk. In addition to a review of the theory and the particulars of the tool, the different types of observed output will be explained, along with statistics of their frequency

Optimization of broadband semiconductor chirped mirrors with genetic algorithm

Genetic algorithm was applied for optimization of dispersion properties in semiconductor Bragg reflectors for applications in femtosecond lasers. Broadband, large negative group-delay dispersion was achieved in the optimized design: The group-delay dispersion (GDD) as large as −3500 fs2 was theoretically obtained over a 10-nm bandwidth. The designed structure was manufactured and tested, providing GDD −3320 fs2 over a 7-nm bandwidth. The mirror performance was verified in semiconductor structures grown with molecular beam epitaxy. The mirror was tested in a passively mode-locked Yb:KYW laser

Launch COLA Operations: An Examination of Data Products, Procedures, and Thresholds

NASA GSFC and KSC, acting in response to headquarters NASA direction, performed a year-long study of launch collision avoidance (LCOLA) operations in order to determine and recommend best risk assessment and mitigation practices. The following condenses the findings and recommendations of the study into one short summary, a more expanded version of which appears as Section 10

Warunki termiczne i śnieżne zim oraz wezbrania zimowe na przykładzie zlewni rzeki Zagożdżonki

Thermal and snowy conditions in Zagożdżonka River catchment during hydrological years 2003–2013 and winter floods are presented in paper. The meteorological and hydrological data, such as maximum, minimum, mean diurnal air temperatures, daily snow cover depth, and water discharge, collected at Czarna station (WULS-SGGW) have been used. Meteorological conditions were analyzed using indexes proposed by Paczos. Temperate cold and extraordinarily low snowy winters has dominated in Zagożdżonka catchment in presented period of time. Winter floods as a result of snowmelt have been observed almost each year, except 2008 when winter was mild and extremely low snowy. The relation between winter severity index (WOz) and winter snowiness index (WSn) has been estimated, as well as the relation between winter snowiness index and maximum discharge (Qmax).Wykorzystując wskaźniki ostrości termicznej i śnieżności zim według Paczosa, przedstawiono warunki termiczne i śnieżne zim na obszarze nizinnej zlewni rzeki Zagożdżonki oraz scharakteryzowano wezbrania zimowe, odnotowane w badanym okresie. Podstawowe dane meteorologiczne i hydrologiczne, takie jak temperatura powietrza (maksymalna, minimalna i średnia), grubość pokrywy śnieżnej, wysokość opadów, stany wody oraz zmącenie wody w okresach zimowych lat hydrologicznych 2002–2013, pochodziły ze stacji pomiarowej SGGW zlokalizowanej w miejscowości Czarna, na obszarze badanej zlewni. W badanym okresie na obszarze zlewni Zagożdżonki dominowały zimy umiarkowanie chłodne i niezwykle małośnieżne. Niemal w każdym roku obserwowano wezbrania, których bezpośrednią przyczyną było topnienie śniegu. Wyjątek stanowił rok hydrologiczny 2008, kiedy zima była łagodna i ekstremalnie małośnieżna. Istnieje korelacja pomiędzy wskaźnikiem ostrości zimy a wskaźnikiem śnieżności. Istnieje również zależność pomiędzy wskaźnikiem śnieżności a przepływem maksymalnym w okresie zimowym