Computação de alto desempenho aplicada a modelagem numérica de fenômenos atmosféricos

A constante evolução da tecnologia disponibilizou, atualmente, ferramentas computacionais que eram apenas expectativas há 10 anos atrás. O aumento do potencial computacional aplicado a modelos numéricos que simulam a atmosfera permitiu ampliar o estudo de fenômenos atmosféricos, através do uso de ferramentas de computação de alto desempenho. O trabalho propôs o desenvolvimento de algoritmos com base em arquiteturas SIMT e aplicação de técnicas de paralelismo com uso da ferramenta OpenACC para processamento de dados de previsão numérica do modelo Weather Research and Forecast. Esta proposta tem forte conotação interdisciplinar, buscando a interação entre as áreas de modelagem atmosférica e computação científica. Foram testadas a influência da computação do cálculo de microfísica de nuvens na degradação temporal do modelo. Como a entrada de dados para execução na GPU não era suficientemente grande, o tempo necessário para transferir dados da CPU para a GPU foi maior do que a execução da computação na CPU. Outro fator determinante foi a adição de código CUDA dentro de um contexto MPI, causando assim condições de disputa de recursos entre os processadores, mais uma vez degradando o tempo de execução. A proposta do uso de diretivas para aplicar computação de alto desempenho em uma estrutura CUDA parece muito promissora, mas ainda precisa ser utilizada com muita cautela a fim de produzir bons resultados. A construção de um híbrido MPI + CUDA foi testada, mas os resultados não foram conclusivos.

Rotina computacional de obtenção, tratamento e visualização de dados oceanográficos

Atualmente, sensores remotos e computadores de alto desempenho estão sendo utilizados como instrumentos principais na coleta e produção de dados oceanográficos. De posse destes dados, é possível realizar estudos que permitem simular e prever o comportamento do oceano por meio de modelos numéricos regionais. Dentre os fatores importantes no estudo da oceanografia, podem ser destacados àqueles referentes aos impactos ambientais, de contaminação antrópica, utilização de energias renováveis, operações portuárias e etc. Contudo, devido ao grande volume de dados gerados por instituições ambientais, na forma de resultados de modelos globais como o HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) e dos programas de Reanalysis da NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), torna-se necessária a criação de rotinas computacionais para realizar o tratamento de condições iniciais e de contorno, de modo que possam ser aplicadas a modelos regionais como o TELEMAC3D (www.opentelemac.org). Problemas relacionados a baixa resolução, ausência de dados e a necessidade de interpolação para diferentes malhas ou sistemas de coordenadas verticais, tornam necessária a criação de um mecanismo computacional que realize este tratamento adequadamente. Com isto, foram desenvolvidas rotinas na linguagem de programação Python, empregando interpoladores de vizinho mais próximo, de modo que, a partir de dados brutos dos modelos HYCOM e do programa de Reanalysis da NOAA, foram preparadas condições iniciais e de contorno para a realização de uma simulação numérica teste. Estes resultados foram confrontados com outro resultado numérico onde, as condições foram construídas a partir de um método de interpolação mais sofisticado, escrita em outra linguagem, e que já vem sendo utilizada no laboratório. A análise dos resultados permitiu concluir que, a rotina desenvolvida no âmbito deste trabalho, funciona adequadamente para a geração de condições iniciais e de contorno do modelo TELEMAC3D. Entretanto, um interpolador mais sofisticado deve ser desenvolvido de forma a aumentar a qualidade nas interpolações, otimizar o custo computacional, e produzir condições que sejam mais realísticas para a utilização do modelo TELEMAC3D.

Caracterização do estoque de anchoita (engraulis anchoita) da região Sul do Brasil e utilização desta matéria-prima na elaboração de produto de alto valor agregado

O trabalho teve por objetivo caracterizar o estoque de anchoita (Engraulis anchoita) capturado na região sul do Brasil, visando à utilização deste recurso de alto valor biológico no desenvolvimento de produtos semi-prontos e de fácil preparo, tipo empanado. Os experimentos foram conduzidos com anchoita resultante de cruzeiros realizados pelo Navio Oceanográfico Atlântico Sul da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), RS, Brasil. Os exemplares foram capturados entre a cidade de Rio Grande (32ºS, RS-Brasil) e 51ºW. Após captura, o pescado foi armazenado a bordo em mistura de gelo e água do mar, na razão 1:1. As amostras foram transportadas para o laboratório de Biotecnologia da FURG e mantidas sob congelamento a -18°C, até a realização das análises. O trabalho está constituído por uma revisão bibliográfica, que enfatiza a importância do recurso pesqueiro em estudo como potencial a ser explorado, discorre sobre ácidos graxos e perfil de voláteis, bem como, o desenvolvimento de produtos à base de pescado. O desenvolvimento do trabalho é expresso por quatro artigos. O primeiro teve como objetivo caracterizar o estoque de anchoita segundo a biometria, rendimento, composição proximal, compostos nitrogenados e ácidos graxos. O rendimento, a composição proximal e o perfil de ácidos graxos foram realizados nas três frações que compõe o peixe: músculo claro, escuro e vísceras. A análise dos resultados demonstrou a variabilidade dos componentes em função das frações avaliadas e da época de captura, o que pode contribuir para a escolha do processo tecnológico a ser aplicado no desenvolvimento de produtos de alto valor agregado a partir dessa matéria-prima. No segundo artigo foi determinado o perfil de ácidos graxos da anchoita e avaliado o comportamento destes compostos durante o armazenamento congelado, bem como, dos voláteis gerados. Os resultados demonstraram a influência do armazenamento na modificação dos ácidos graxos, em especial, EPA e DHA, e que os voláteis gerados podem ser um índice em potencial para avaliar a qualidade da anchoita congelada. No terceiro artigo objetivou-se selecionar e treinar julgadores para avaliação do odor a pescado utilizando os padrões referência obtidos a partir do perfil de voláteis. Neste sentido, foi levantada a terminologia que descreve o odor da anchoita, definido padrões referência, bem como, selecionado e treinado uma equipe de julgadores. Foram utilizados 20 candidatos, deste total, 9 foram selecionados pelo método das amplitudes. Os julgadores selecionados foram submetidos ao treinamento no uso de escala não estruturada e na avaliação da intensidade do odor a pescado. O desempenho dos julgadores foi definido utilizando como amostra solução de lavagem resultante do processo de obtenção de base protéica de anchoita. Os resultados foram avaliados com base no poder de discriminação, repetibilidade das respostas e concordância entre julgadores, segundo análise de variância, com duas fontes de variação (amostra e repetições). Foram obtidos os valores de Famostra e Frepetição, para cada julgador. Os julgadores com o valor de Famostra significativo (p≤0,30) e Frepetição não significativo (p>0,05), bem como, concordância de médias com os demais julgadores foram considerados treinados. Segundo esse processo a equipe foi constituída por 8 julgadores selecionados e treinados na avaliação do odor a pescado. Finalmente, no quarto artigo foi avaliada a possibilidade de uso de base protéica (BPP) de anchoita na elaboração de massa base de empanados, bem como, em substituição a farinha de cobertura. Para obtenção das BPPs, foram testadas duas soluções extratoras (3 ciclos de extração com ácido fosfórico 0,05% e 1 ciclo de ácido fosfórico seguido de 2 ciclos com água). A BPP obtida na melhor condição utilizada foi seca a 70°C e submetida ao processo de moagem em moinho de facas para ser utilizada como farinha de cobertura. Formulações de empanado utilizando diferentes concentrações (25, 50, 75 e 100%) de anchoita desidratada na cobertura foram testadas no produto frito e forneado. Um teste de preferência com consumidores em potencial foi aplicado às diferentes formulações. Os resultados indicaram que a melhor condição de lavagem para obtenção das BPPs testadas foi quando são utilizados 3 ciclos de extração com ácido fosfórico. A avaliação da preferência junto ao consumidor em potencial demonstrou que a anchoita desidratada pode ser utilizada como farinha de cobertura em empanados na concentração de até 75%.