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Pesquisa

Minha pesquisa trata essencialmente de modelos matemáticos aplicados a ecologia, epidemiologia e evolução, frequentemente em colaboração com biólogos e ecólogos.

A principal motivação é buscar compreender sistemas biológicos (como populações, comunidades, propagação de doenças infecciosas) por meio de modelos matemáticos. As principais ferramentas usadas são equações diferenciais — ordinárias, parciais, com atraso — e a diferenças, fazendo uso frequente de simulações numéricas.

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Temas principais

Dinâmica de populações no espaço
Problemas envolvendo dispersão/difusão de populações no espaço ao longo do tempo, usando equações de reação-difusão ou equações integrais discretas no tempo. Também estudo metapopulações e metacomunidades, que buscam modelar a dinâmica espacial em regiões fragmentadas em uma larga escala e pra tempos longos. +info: apresentação de um dos meu primeiros trabalhos.
desenho lagarta © Fabiana Arantes

© Fabiana Arantes @fabi.r.a

Dinâmica de populações com estrutura etária ou de estágios
Espécies em que é relevante distinguir os indivíduos de estágios de vida diferentes (por exemplo, larva e adulto de insetos) são um desafio: as equações completas são difíceis de lidar, mas é possível em geral reduzi-las a sistemas de equações com atraso temporal. Problemas envolvendo esse tipo de análise são muito relevantes para estudar o impacto de mudanças climáticas sobre as populações. +info: veja esta apresentação.
desenho criaturas

© Fabiana Arantes @fabi.r.a

Evolução rápida de características fenotípicas
As chamadas dinâmicas eco-evolutivas acoplam evolução rápida (em poucas gerações) de características fenotípicas a flutuações populacionais devido a processos ecológicos, de maneira que uma influencia a outra. Tenho me preocupado com o problema de analisar a evolução da distribuição fenotípica de comunidades inteiras (principalmente a de plâncton), buscando formas de reduzir a complexidade do sistema. +info: veja esta apresentação ou esta.

Outros

Ajuste de modelos a dados com ruído
Em ecologia ou epidemiologia, geralmente não é possível obter bons ajustes entre modelos e dados, tanto porque os dados são pouco precisos, como também porque os modelos não contêm toda a informação necessária. Tenho trabalhado com métodos de ajuste que consideram uma versão estocástica do modelo inicial, bem como um modelo estatístico para o processo de medida—chamado partially observed markov process (POMP)—que permite não só um ajuste razoável, como também mensurar o grau de imprecisão que seu modelo tem a cada passo.
Causalidade em séries temporais
Correlação não implica relação de causa-e-efeito—nesse caso, precisamos de técnicas mais sofisticadas para inferir causalidade. Tenho trabalhado com a técnica de Convergent cross-mapping (CCM), que aplica métodos de sistemas dinâmicos (reconstrução de atratores) para inferir causalidade entre dois fatores a partir de suas séries temporais. +info: veja aqui.
gráfico volume de água no Cantareira
Análise e projeção do volume do reservatório da Cantareira
Realizado a partir de uma ideia simples sobre a dinâmica desse sistema, à época da crise hídrica em São Paulo. O site Águas Futuras, com essas projeções, funciona até hoje.

Lista de Publicações

Veja uma listagem completa (com pdfs), ou ainda meu CV Lattes ou Google Scholar.