Simulação estocástica da radiação fotossinteticamente ativa e da temperatura do ar por diferentes métodos

O objetivo deste trabalho foi comparar três métodos para simulação de dados de radiação fotossinteticamente ativa e temperatura do ar, com o uso de parâmetros diários de 17 estações do Estado de São Paulo. A simulação foi realizada para o primeiro e o 16º dia de cada mês, conforme: a distribuição normal truncada a mais ou menos 1,96 de desvio-padrão; distribuição triangular assimétrica; e distribuição normal bivariada. As estimativas com os dados simulados foram comparadas com os respectivos parâmetros (obtidos com os dados observados), pelos testes de homogeneidade de variância F e Bartlett, teste t de comparação de médias, coeficiente de correlação de Pearson, índice de concordância de Willmott, índice de desempenho de Camargo, coeficiente angular e o teste de normalidade dos dados. A simulação pela distribuição normal bivariada é a mais adequada para representar as variáveis climáticas.

Uma proposta para a geração de amostras aleatórias nos problemas de simulação em modelos de planejamento

Um modelo de predição do preço da celulose foi ajustado usando-se o tempo e o preço defasado como co-variáveis. A partir das estimativas dos parâmetros obtidas, foram propostas 48 possíveis tendências futuras para o preço da celulose. Posteriormente, três métodos de simulação foram usados para predizer os valores futuros definidos pelas várias tendências: M1Þ Pcel.f = µ; M2 Þ Pcel.f = µ + épsilonf, e M3 µf + épsilonf, em que m é a parte sistemática do modelo, e e f corresponde ao componente estocástico. Para as simulações foram usados o método de Monte Carlo e a distribuição triangular. Para comparar os valores simulados pelos três métodos com os conhecidos valores futuros nas várias tendências, foi usada a diferença relativa média entre os valores. No caso da ausência de tendência, os métodos M1 e M2 foram satisfatórios, apesar de o método M2 incluir distúrbios ao redor da média. No caso de haver tendência real, o método M3 teve a melhor "performance", mesmo sendo influenciado pela acurácia na predição da tendência.

Estudo da geometria da uréia por métodos ab initio e simulação computacional de líquidos

A study was carried out on the urea geometries using ab initio calculation and Monte Carlo computational simulation of liquids. The ab initio calculated results showed that urea has a non-planar conformation in the gas phase in which the hydrogen atoms are out of the plane formed by the heavy atoms. Free energies associated to the rotation of the amino groups of urea in water were obtained using the Monte Carlo method in which the thermodynamic perturbation theory is implemented. The magnitude of the free energy obtained from this simulation did not permit us to conclude that urea is non-planar in water.

Propriedades dinâmicas de fluidos por simulação computacional: métodos híbridos atomístico-contínuo

Computational methods for the calculation of dynamical properties of fluids might consider the system as a continuum or as an assembly of molecules. Molecular dynamics (MD) simulation includes molecular resolution, whereas computational fluid dynamics (CFD) considers the fluid as a continuum. This work provides a review of hybrid methods MD/CFD recently proposed in the literature. Theoretical foundations, basic approaches of computational methods, and dynamical properties typically calculated by MD and CFD are first presented in order to appreciate the similarities and differences between these two methods. Then, methods for coupling MD and CFD, and applications of hybrid simulations MD/CFD, are presented.

Simulação pelo modelo century da dinâmica da matéria orgânica de um Argissolo sob adubação mineral e orgânica

Os modelos de simulação são ferramentas essenciais para o entendimento da dinâmica da matéria orgânica do solo e da transformação de seus compartimentos em solos tropicais. Os objetivos deste estudo foram: (a) simular por meio do modelo Century os efeitos de sistemas de produção de milho sob adubação orgânica e mineral sobre a dinâmica da matéria orgânica em um Argissolo Vermelho-Amarelo, e (b) comparar os estoques de C orgânico total (COT), N total (NT) e dos compartimentos de C medidos por meio de métodos de laboratório e estimados pelo modelo Century na camada superficial (0-20 cm). A área em estudo, sob Floresta Atlântica (FA) até o ano de 1930, foi cultivada com milho e feijão por aproximadamente 50 anos, até à instalação do experimento no ano de 1984. Os tratamentos constaram de combinações entre três doses de adubo mineral, correspondentes a de 0, 250 e 500 kg ha-1 da fórmula 4-14-8, e duas doses de adubo orgânico (esterco bovino com palha de soja e feijão), nas doses de 0 e 40 m³ ha-1. Os métodos de laboratório incluíram determinações do COT, do NT, do C da biomassa microbiana (C MIC), representando o compartimento ativo, e do C da fração leve (C FL), referenciando o compartimento lento. O compartimento passivo foi obtido por diferença. A parametrização do modelo Century foi realizada a partir dos dados obtidos no experimento e na literatura, enquanto as simulações da dinâmica do COT, NT e dos compartimentos ativo de C lento e passivo incluíram as mudanças no uso da terra ocorridas de 1930 a 2050. O modelo Century estimou diminuição nos estoques de COT, NT e dos compartimentos de C desde a derrubada da FA até o início do experimento e apenas nos tratamentos com adubação orgânica foi observada recuperação desses estoques. O CmIC e o C FL foram mais sensíveis às mudanças no manejo do que o COT, o que indica a importância desses compartimentos no estudo da dinâmica da matéria orgânica, especialmente em solos tropicais. Os estoques de COT, NT e dos compartimentos de C (lento e passivo), simulados pelo modelo Century, foram similares aos estoques medidos. Os estoques de COT (em Mg ha-1 de C), medidos e simulados pelo modelo Century, foram bem correlacionados (R² = 0,93; p < 0,01), assim como para o C do compartimento ativo (R² = 0,84; p < 0,05), lento (R² = 0,87; p < 0,05) e passivo (R² = 0,91; p < 0,05). Também para os estoques de NT (em Mg ha-1 de N), medidos e simulados pelo modelo Century, houve alta correlação (R² = 0,93; p < 0,01). O modelo Century demonstrou bom desempenho para simular a dinâmica da matéria orgânica em solos tropicais ácidos.

Simulação do transporte e da sorção de imazaquin em colunas de solo

Dentre os métodos disponíveis para avaliar o comportamento de agrotóxicos no solo, destacam-se o método "batch" (análise em batelada) e o deslocamento miscível. O objetivo deste estudo foi avaliar a sorção e a mobilidade do imazaquin em solos com diferentes características químicas, físicas e mineralógicas, utilizando as técnicas de deslocamento miscível e "batch". Os ensaios foram realizados no laboratório de Ecotoxicologia do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo (CENA/USP), Piracicaba, São Paulo. Os solos utilizados, classificados como Neossolo Quartzarênico (RQ), Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) e Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf), foram secos ao ar e peneirados em malha 2 mm, sendo então procedida a caracterização química, física e mineralógica das amostras. Foi selecionada para o estudo a molécula do Imazaquin. No ensaio do deslocamento miscível, foi aplicada uma solução de CaCl2, obtendo-se uma curva de eluição do Cl-, utilizado como traçador. As curvas de eluição do Cl- foram ajustadas a um modelo baseado na equação de convecção-dispersão para transporte ideal. Após a eluição do Cl-, aplicou-se a solução que continha 14C-imazaquin que gerou as curvas de eluição para esta molécula. A curva foi ajustada a um modelo bicontínuo que considera o não-equilíbrio durante o transporte. No ensaio de sorção com o método "batch", foram utilizadas soluções de imazaquin radiomarcado variando de 0,67 a 10,72 mmol L-1 para obtenção das isotermas ajustadas pela equação de Freundlich. A taxa de lixiviação foi alta para todos os solos, sendo maior para o RQ. As curvas de eluição do Cl- foram simétricas para todos os solos e apresentaram um bom ajuste ao modelo que considera o transporte ideal, indicando que não houve não-equilíbrio relacionado com o transporte. Para o imazaquin, as curvas de eluição foram assimétricas, com prolongamento da parte posterior da curva, e apresentaram bom ajuste ao modelo bicontínuo, evidenciando que ocorreu não-equilíbrio no processo de sorção. A comparação dos dois métodos empregados mostrou que o coeficiente de sorção determinado no método "batch" foi maior. Tal resultado evidencia que a sorção, durante o processo de lixiviação, pode ser superestimada por métodos que consideram a sorção sob condições de equilíbrio químico.

Simulação geoestatística na caracterização espacial de óxidos de ferro em diferentes pedoformas

Os minerais da fração argila, goethita e hematita, são óxidos de ferro (Fe) indicadores pedoambientais com grande influência nos atributos físicos e químicos do solo. O conhecimento dos padrões espaciais desses óxidos auxilia a compreensão das interrelações de causa e efeito com os atributos do solo. Nesse sentido, a qualidade das estimativas espaciais produzidas pode alterar os resultados obtidos e, por consequência, as interpretações dos padrões espaciais obtidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o desempenho dos métodos geoestatísticos de estimativas (KO) e simulações sequenciais gaussianas (SSG) na caracterização espacial de teores de óxidos de Fe, goethita (Gt) e hematita (Hm), em uma pedoforma côncava e outra convexa. Foram coletadas 121 amostras de solos em cada pedoforma de um Argissolo em pontos com espaçamentos regulares de 10 m. Os teores de óxidos de Fe foram obtidos por meio de difração de raios-X. Os dados foram submetidos a análises geoestatísticas por meio da modelagem do variograma e posterior interpolação por KO e SSG. A KO não refletiu a verdadeira variabilidade dos óxidos de Fe, hematita e goethita, demonstrando ser inapropriada para a caracterização espacial dos teores dos óxidos de Fe. Assim, o uso da SSG é preferível à krigagem quando a manutenção dos altos e baixos valores nas estimativas espaciais é necessária. O desempenho dos métodos geoestatísticos foi influenciado pelas pedoformas. Os mapas E-type devem ser recomendados em vez de mapas de KO para os óxidos de Fe, por serem ricos em detalhes e práticos na definição de zonas homogêneas para o manejo localizado em frente de KO, sobretudo em pedoforma côncava.

Modelagem do desenvolvimento de trigo considerando diferentes temperaturas cardinais e métodos de cálculo da função de resposta à temperatura

O objetivo deste trabalho foi melhorar a estimativa dos estádios de desenvolvimento de genótipos brasileiros de trigo (Triticum aestivum) realizada por meio do modelo WE-Streck. Foram avaliadas diferentes combinações de temperaturas cardinais e métodos de cálculo da função de resposta à temperatura. Dados referentes às datas da emergência, da emissão da espigueta terminal, da antese e da maturidade fisiológica de seis genótipos brasileiros de trigo semeados em 11 datas ao longo de três anos (2005, 2006 e 2007) em Santa Maria, RS, foram usados para estimar os coeficientes do modelo WE-Streck modificado e testar as diferentes combinações de temperaturas cardinais e métodos de cálculo da função de resposta à temperatura. Para os genótipos BRS Louro, BRS 177, CEP 51, CEP 52 e Nova Era, a simulação do desenvolvimento com o modelo de WE-Streck é melhor quando são usados maiores valores de temperaturas cardinais ótima e máxima, em comparação às usadas originalmente no modelo. Para o genótipo BRS Tarumã, devem ser utilizadas as temperaturas cardinais do modelo WE-Streck original. É recomendável usar as temperaturas mínimas e máximas diárias para calcular a função de resposta à temperatura quando o modelo WE-Streck for usado para simulação do desenvolvimento de genótipos brasileiros de trigo.

Métodos de soma térmica e datas de semeadura na determinação de filocrono de cultivares de trigo

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito dos métodos de cálculo de graus-dia e de datas de semeadura na determinação do filocrono de cultivares de trigo (Triticum aestivum). Foi conduzido um experimento em campo, com 13 datas de semeadura, durante três anos (2005-2007), em Santa Maria, RS, usando-se seis cultivares de trigo: BRS Louro, CEP 52, CEP 51, BRS 177, Nova Era e BRS Tarumã. O filocrono (°C dia folha-1) foi estimado pelo inverso do coeficiente angular da regressão linear entre o estádio de Haun e a soma térmica acumulada calculada por seis métodos. O método de cálculo da soma térmica afeta as estimativas do filocrono em trigo.O uso das três temperaturas cardinais de emissão de folhas e a comparação das temperaturas cardinais com a temperatura mínima e máxima do ar melhora a precisão na simulação do desenvolvimento vegetativo dessa cultura, em comparação aos demais métodos. O filocrono varia com a cultivar de trigo e com a data de semeadura, e cultivares mais precoces (BRS Louro e CEP 51) têm menor filocrono do que cultivares tardias (Nova Era e BRS Tarumã). Em semeaduras no outono ou inverno, o filocrono é maior do que em semeaduras de primavera ou verão.

Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE

OBJETIVO: Utilizar o código PENELOPE e desenvolver geometrias onde estão presentes heterogeneidades para simular o comportamento do feixe de fótons nessas condições. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram feitas simulações do comportamento da radiação ionizante para o caso homogêneo, apenas água, e para os casos heterogêneos, com diferentes materiais. Consideraram-se geometrias cúbicas para os fantomas e geometrias em forma de paralelepípedos para as heterogeneidades com a seguinte composição: tecido simulador de osso e pulmão, seguindo recomendações da International Commission on Radiological Protection, e titânio, alumínio e prata. Definiram-se, como parâmetros de entrada: a energia e o tipo de partícula da fonte, 6 MV de fótons; a distância fonte-superfície de 100 cm; e o campo de radiação de 10x 10 cm². RESULTADOS: Obtiveram-se curvas de percentual de dose em profundidade para todos os casos. Observou-se que em materiais com densidade eletrônica alta, como a prata, a dose absorvida é maior em relação à dose absorvida no fantoma homogêneo, enquanto no tecido simulador de pulmão a dose é menor. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos demonstram a importância de se considerar heterogeneidades nos algoritmos dos sistemas de planejamento usados no cálculo da distribuição de dose nos pacientes, evitando-se sub ou superdosagem dos tecidos próximos às heterogeneidades.

Redução de incertezas em radioterapia utilizando simulação Monte Carlo: análise espectral aplicada à correção de dose absorvida

OBJETIVO: Determinar, por simulação Monte Carlo, os espectros de feixes de cobaltoterapia em profundidade na água e fatores de correção para doses absorvidas em dosímetros termoluminescentes de fluoreto de lítio. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações dos espectros secundários da fonte clínica de cobalto-60 foram realizadas com o código Monte Carlo PENELOPE, em diversas profundidades na água. Medidas experimentais de dose profunda foram obtidas com dosímetros termoluminescentes e câmara de ionização em condições de referência em radioterapia. Os fatores de correção para os dosímetros termoluminescentes foram obtidos através da razão entre as absorções relativas ao espectro de baixa energia e ao espectro total. RESULTADOS: A análise espectral em profundidade revelou a existência de espectros secundários de baixa energia responsáveis por uma parcela significativa da deposição de dose. Foram observadas discrepâncias de 3,2% nas doses medidas experimentalmente com a câmara de ionização e com os dosímetros termoluminescentes. O uso dos fatores de correção nessas medidas permitiu diminuir a discrepância entre as doses absorvidas para, no máximo, 0,3%. CONCLUSÃO: Os espectros simulados permitem o cálculo de fatores de correção para as leituras de dosímetros termoluminescentes utilizados em medidas de dose profunda, contribuindo para a redução das incertezas associadas ao controle de qualidade de feixes clínicos em radioterapia.

Sistema computacional para dosimetria de nêutrons e fótons baseado em métodos estocásticos aplicado a radioterapia e radiologia

OBJETIVO: Este artigo mostra um procedimento de conversão de imagens de tomografia computadorizada ou de ressonância magnética em modelo de voxels tridimensional para fim de dosimetria. Este modelo é uma representação personalizada do paciente que pode ser usado na simulação, via código MCNP (Monte Carlo N-Particle), de transporte de partículas nucleares, reproduzindo o processo estocástico de interação de partículas nucleares com os tecidos humanos. MATERIAIS E MÉTODOS: O sistema computacional desenvolvido, denominado SISCODES, é uma ferramenta para planejamento computacional tridimensional de tratamentos radioterápicos ou procedimentos radiológicos. Partindo de imagens tomográficas do paciente, o plano de tratamento é modelado e simulado. São então mostradas as doses absorvidas, por meio de curvas de isodoses superpostas ao modelo. O SISCODES acopla o modelo tridimensional ao código MCNP5, que simula o protocolo de exposição à radiação ionizante. RESULTADOS: O SISCODES vem sendo utilizado no grupo de pesquisa NRI/CNPq na criação de modelos de voxels antropomórficos e antropométricos que são acoplados ao código MCNP para modelar braquiterapias e teleterapias aplicadas a tumores em pulmões, pelve, coluna, cabeça, pescoço, e outros. Os módulos atualmente desenvolvidos no SISCODES são apresentados junto com casos exemplos de planejamento radioterápico. CONCLUSÃO: O SISCODES provê de maneira rápida a criação de modelos de voxels personalizados de qualquer paciente que podem ser usados em simulações por códigos estocásticos tipo MCNP. A combinação da simulação via MCNP com um modelo personalizado do paciente traz grandes melhorias na dosimetria de tratamentos radioterápicos.

Simulação e análise dosimétrica de protonterapia e íons de carbono no tratamento do melanoma uveal

OBJETIVO: Este artigo apresenta a avaliação dosimétrica da radioterapia por íons de carbono em comparação à protonterapia. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações computacionais foram elaboradas no código Geant4 (GEometry ANd Tracking). Um modelo de olho discretizado em voxels implementado no sistema Siscodes (sistema computacional para dosimetria em radioterapia) foi empregado, em que perfis de dose em profundidade e curvas de isodose foram gerados e superpostos. Nas simulações com feixe de íons de carbono, distintos valores de energia do feixe foram adotados, enquanto nas simulações com feixe de prótons os dispositivos da linha de irradiação foram incluídos e diferentes espessuras do material absorvedor foram aplicadas. RESULTADOS: As saídas das simulações foram processadas e integradas ao Siscodes para gerar as distribuições espaciais de dose no modelo ocular, considerando alterações do posicionamento de entrada do feixe. Os percentuais de dose foram normalizados em função da dose máxima para um feixe em posição de entrada específica, energia da partícula incidente e número de íons de carbono e de prótons incidentes. CONCLUSÃO: Os benefícios descritos e os resultados apresentados contribuem para o desenvolvimento das aplicações clínicas e das pesquisas em radioterapia ocular por íons de carbono e prótons.

Amostragem de formigas-cortadeiras (Hymenoptera: formicidae) em eucaliptais pelos métodos de transectos em faixa e em linha

Este trabalho foi realizado em eucaliptais localizados em áreas de relevo acidentado da Mata Atlântica, no Município de Belo Oriente, Vale do Rio Doce, Minas Gerais, no período de janeiro de 2002 a fevereiro de 2005, em cinco talhões de Eucalyptus spp., totalizando 160,22 ha. Os objetivos foram desenvolver planos de amostragem para formigas-cortadeiras pelo método de transectos em faixas; determinar o melhor estimador de densidade populacional de formigueiros para os métodos de transectos em faixa e em linha; e validar o melhor plano de amostragem. Em cada entrelinha de plantio de cada talhão, os ninhos de formigas-cortadeiras foram localizados, georreferenciados e medidos. Foram gerados mapas com a localização dos ninhos e das árvores nos talhões, que serviram para a simulação dos planos. Concluiu-se que qualquer uma das linhas testadas para o lançamento de primeiro transecto pode ser utilizada no monitoramento de formigas-cortadeiras na área de estudo. A distância ótima entre os transectos em faixa foi de 96 m. A estimativa da densidade de ninhos de formigas-cortadeiras pelo estimador de área proporcional, usando transectos em faixa, é mais precisa do que pelo estimador Cottam & Curtis, com a utilização de transectos em linha, pois o primeiro produz resultados iguais aos do censo. O uso operacional dos transectos em faixa, com o estimador de área proporcional, lançados a cada 96 m a partir da terceira linha de plantio é valido para estimar a área total de formigueiros na região.

Estimativa da relação hipsométrica em clones de Eucalyptus sp. com o modelo de curtis ajustado por métodos bayesianos empíricos

Neste trabalho foi considerado o modelo de Curtis para a relação hipsométrica em clones de Eucalyptus sp. com os parâmetros sujeitos a restrições. Para fazer a inferência dos parâmetros do modelo com restrições, utilizou-se uma abordagem bayesiana com densidade a priori construída empiricamente. As estimativas bayesianas são calculadas com a técnica de simulação de Monte Carlo em Cadeia de Markov (MCMC). O método proposto foi aplicado a diferentes conjuntos de dados reais, dos quais foram selecionados cinco para exemplificar os resultados. Estes foram comparados com os resultados obtidos pelo método de mínimos quadrados, destacando-se a superioridade da abordagem bayesiana proposta.