Análise dos erros na estimação de gradientes em malhas de Voronoi

Este trabalho apresenta um estudo teórico e numérico sobre os erros que ocorrem nos cálculos de gradientes em malhas não estruturadas constituídas pelo diagrama de Voronoi, malhas estas, formadas também pela triangulação de Delaunay. As malhas adotadas, no trabalho, foram as malhas cartesianas e as malhas triangulares, esta última é gerada pela divisão de um quadrado em dois ou quatro triângulos iguais. Para tal análise, adotamos a escolha de três metodologias distintas para o cálculo dos gradientes: método de Green Gauss, método do Mínimo Resíduo Quadrático e método da Média do Gradiente Projetado Corrigido. O texto se baseia em dois enfoques principais: mostrar que as equações de erros dadas pelos gradientes podem ser semelhantes, porém com sinais opostos, para pontos de cálculos em volumes vizinhos e que a ordem do erro das equações analíticas pode ser melhorada em malhas uniformes quando comparada as não uniformes, nos casos unidimensionais, e quando analisada na face de tais volumes vizinhos nos casos bidimensionais.

Lipídios como indicadores de processos biogeoquímicos em sedimentos da margem continental do Estado do Rio de Janeiro

Este estudo constitui parte do Projeto Habitats Heterogeneidade Ambiental da Bacia de Campos coordenado pelo CENPES/Petrobras, um projeto multidisciplinar de caracterização ambiental que considera as diferentes feições e habitats da margem continental do sudeste brasileiro. O objetivo desta tese foi investigar os processos relacionados com a origem, o transporte e o acúmulo de matéria orgânica (MO) em sedimentos da margem continental da Bacia de Campos (RJ). Para isso, foram determinados a composição elementar da matéria orgânica (carbono e nitrogênio) por combustão a seco e os lipídios (esteróis, álcoois e ácidos graxos) por CG-MS e CG-DIC. Foram analisadas 215 amostras de sedimento superficial (0-2 cm de profundidade), coletadas em duas amostragens (períodos seco e chuvoso de 2008/2009), distribuídas sobre 12 isóbatas (de 25 a 3000 m) ao longo de 9 transectos de norte a sul da bacia. Além disto, foram ainda consideradas as isóbatas de 400 a 1900 m em dois cânions submarinos no norte da bacia (Almirante Câmara e Grussaí). Com base nos resultados obtidos, a MO sedimentar na plataforma e talude da bacia revelou-se essencialmente autóctone, derivada de produtores primários e secundários. Com isto, a MO contém uma fração reativa significativa e, portanto, é potencialmente biodisponível para os organismos bentônicos. No entanto, foram observados gradientes espaciais significativos na qualidade e na quantidade da MO sedimentar. Na plataforma continental (25 m a 150 m de profundidade) as concentrações de lipídios foram intermediárias e houve predomínio de MO sedimentar lábil. Exceções foram as áreas influenciadas por ressurgência costeira e/ou intrusão sub-superficial (próximo à Cabo Frio, Cabo de São Tomé e no limite norte da bacia), onde as concentrações foram altas. No talude superior e médio (400 a 1300 m) as concentrações de MO foram notadamente mais elevadas, mas com maior influência de processos bacterianos de alteração de sua composição original. E no talude inferior (1900 a 3000 m) as concentrações de MO estiveram muito baixas e apenas os lipídios mais resistentes à degradação bacteriana foram encontrados em concentrações mensuráveis. Isto sugeriu a exportação de materiais da plataforma ao longo do gradiente batimétrico, possivelmente decorrente da ação de meandros e vórtices da Corrente do Brasil e das correntes de fundo atuantes na região. Além disto, por ser lábil e biodisponível, a MO no sedimento apresenta uma fração biodisponível que pode ter uma influência na ecologia das comunidades bentônicas, particularmente aquelas localizadas no talude superior. Os cânions Grussaí e Almirante Câmara se revelaram regiões de acúmulo de MO e importantes no transporte da MO com valor nutritivo para comunidades bentônicas do talude médio e inferior.

Estimativa de erros no cálculo de gradientes em malhas de Voronoi

O presente trabalho propõe analisar metodologias para o cálculo do gradiente em malhas não-estruturadas do tipo Voronoi que são utilizadas no método de Volumes Finitos. Quatro metodologias para o cálculo do gradiente são testadas e comparadas com soluções analíticas. As técnicas utilizadas são: Método do Balanço de Forças, Método do Mínimo Resíduo Quadrático, Método da Média dos Gradientes Projetos e Método da Média dos Gradientes Projetados Corrigidos. Uma análise por série de Taylor também foi feita, e as equações analíticas comparadas com resultados numéricos. Os testes são realizados em malhas cartesianas e malhas triangulares, que em um trabalho anterior apresentaram alguns resultados inconsistentes. A influência do ponto gerador e do ângulo de rotação é analisada. É verificado que a posição do ponto gerador e a metodologia utilizada em cada malha influencia no cálculo do gradiente. Dependendo da malha e da metodologia utilizada, as equações analíticas indicaram que existem erros associados, que prejudicam o cálculo do gradiente.

Distribuição e deslocamento altitudinais de aves na Mata Atlântica, com ênfase em beija-flores.

A distribuição da biodiversidade está associada aos fatores espaciais, ambientais e biológicos. Esses fatores influenciam a dinâmica das comunidades biológicas, gerando diferenças na distribuição e na abundância de espécies em escalas local e regional, além de criarem variações nos processos populacionais e nos deslocamentos dos animais. Um exemplo é a variação na distribuição e estrutura das comunidades de aves em gradientes altitudinais. Entretanto, não há um consenso sobre o padrão de distribuição da biodiversidade nesses gradientes, sendo reconhecidos quatro padrões de distribuição altitudinal de aves. Nesse contexto, a presente tese teve como objetivo geral estudar algumas das respostas ecológicas das aves à altitude. No primeiro capítulo, avaliamos o conhecimento sobre as migrações altitudinais de aves por meio por meio de uma revisão da literatura científica. Encontramos 84 estudos, a maioria na região Neotropical. Nesses estudos, constatamos 380 espécies de aves que realizam essas migrações, sendo insetívoros e nectarívoros os principais grupos tróficos envolvidos. Esses estudos também mostram que fatores bióticos e abióticos podem interagir para explicar as migrações altitudinais. Os deslocamentos para altitudes mais elevadas podem ser explicados principalmente pela disponibilidade de recursos e o menor risco de predação. Enquanto que os deslocamentos para baixas altitudes podem se relacionar, principalmente, às limitadas oportunidades de forrageamento e à competição. No segundo capítulo analisamos a distribuição regional de beija-flores na Mata Atlântica, por meio do uso de mapas de distribuição de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. de mapas distribuição e informações disponíveis na literatura. Encontramos variações na composição das espécies de beija-flores em relação à altitude, mas, um conjunto de fatores pode explicar essas variações na composição. Nossos resultados mostraram que além da variaçãovariação altitudinal, variação altitudinal, variação altitudinal, variação altitudinal, o efeito do componente espacial (latitude e longitude) e das variáveis ambientais correlacionadas a ele foram importantes na distribuição das aves nas áreas nas áreas estudadas. No terceiro capítulo, estudamos, estudamos a distribuição altitudinal das aves (e de beija-flores) de sub-bosque em cinco altitudes na Reserva Ecológica de Guapiaçu (170 e 370 m) contígua ao Parque Estadual dos Três Picos (570, 770 e 1.000 m), no estado do Rio de Janeiro. Coletamos dados bimestralmente (julho/2010 a junho/2011) e mensalmente (agosto/2011 a julho/2012). Utilizamos o método de captura-marcação-recaptura com dez redes de neblina (12 x 2,5 m, malha de 32 mm) expostas no sub-bosque por sete horas/dia em cada ponto amostral por campanha. Observamos também os beija-flores no sub-bosque, mensalmente, em transecções lineares (400 m de extensão). Capturamos 95 espécies de aves (53% endêmicas de Mata Atlântica), incluindo 10 espécies de beija-flores (oito endêmicos). Detectamos a maior riqueza em 770 m e a menor em 170 m de altitude. Não encontramos relação entre a riqueza das aves e a altitude. Entretanto, encontramos diferenças na composição, riqueza, abundância e na organização trófica das aves nas cinco altitudes amostradas, sendo 170 m, frequentemente, diferente das demais altitudes. Para os beija-flores amostrados com as duas metodologias (captura e observação; 13 espécies), não encontramos diferenças na composição e riqueza nas cinco altitudes. A diversidade e os elevados endemismos registrados na área ressaltam a importância da região para as aves da Mata Atlântica e para preservação dessas no estado do Rio de Janeiro.

Avaliação dos algoritmos de Picard-Krylov e Newton-Krylov na solução da equação de Richards

A engenharia geotécnica é uma das grandes áreas da engenharia civil que estuda a interação entre as construções realizadas pelo homem ou de fenômenos naturais com o ambiente geológico, que na grande maioria das vezes trata-se de solos parcialmente saturados. Neste sentido, o desempenho de obras como estabilização, contenção de barragens, muros de contenção, fundações e estradas estão condicionados a uma correta predição do fluxo de água no interior dos solos. Porém, como a área das regiões a serem estudas com relação à predição do fluxo de água são comumente da ordem de quilômetros quadrados, as soluções dos modelos matemáticos exigem malhas computacionais de grandes proporções, ocasionando sérias limitações associadas aos requisitos de memória computacional e tempo de processamento. A fim de contornar estas limitações, métodos numéricos eficientes devem ser empregados na solução do problema em análise. Portanto, métodos iterativos para solução de sistemas não lineares e lineares esparsos de grande porte devem ser utilizados neste tipo de aplicação. Em suma, visto a relevância do tema, esta pesquisa aproximou uma solução para a equação diferencial parcial de Richards pelo método dos volumes finitos em duas dimensões, empregando o método de Picard e Newton com maior eficiência computacional. Para tanto, foram utilizadas técnicas iterativas de resolução de sistemas lineares baseados no espaço de Krylov com matrizes pré-condicionadoras com a biblioteca numérica Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc). Os resultados indicam que quando se resolve a equação de Richards considerando-se o método de PICARD-KRYLOV, não importando o modelo de avaliação do solo, a melhor combinação para resolução dos sistemas lineares é o método dos gradientes biconjugados estabilizado mais o pré-condicionador SOR. Por outro lado, quando se utiliza as equações de van Genuchten deve ser optar pela combinação do método dos gradientes conjugados em conjunto com pré-condicionador SOR. Quando se adota o método de NEWTON-KRYLOV, o método gradientes biconjugados estabilizado é o mais eficiente na resolução do sistema linear do passo de Newton, com relação ao pré-condicionador deve-se dar preferência ao bloco Jacobi. Por fim, há evidências que apontam que o método PICARD-KRYLOV pode ser mais vantajoso que o método de NEWTON-KRYLOV, quando empregados na resolução da equação diferencial parcial de Richards.