Medidas de coerência para análise de velocidade na migração em tempo

Métodos iterativos para a análise de velocidade com migração dependem das funções objetivo medirem a horizontalização dos eventos de reflexão em famílias de ponto imagem comum (CIG). A migração em tempo é um método simples de imageamento para avaliar essas funções objetivo. Usando migração em tempo, estudamos a influência da função objetivo nos resultados da análise de velocidade com migração. Propomos duas novas funções objetivo para a análise velocidade com migração: Semblance Diferencial Estendido e o produto do Semblance Clássico com o Semblance Diferencial Estendido. Experimentos numéricos, utilizando os dados Marmousoft, mostram a eficácia das novas funções objetivo em estimar modelos velocidade produzindo eventos horizontalmente alinhados nas famílias de ponto imagem comum.

Migração usando equação da onda unidirecional de abertura arbitrária

Neste trabalho avaliamos uma classe de operadores de continuação de campos de onda, baseados em equações unidirecionais e com aplicação direta à migração sísmica. O método de representação de equações de onda unidirecionais, desenvolvido neste trabalho, é válido para abertura angular arbitrária, baseia-se no conceito de rigidez de um semiespaço, na transformação Dirichlet-Neumann e em sua discretização por elementos finitos. O método de construção dos operadores de continuação requer a introdução de variáveis auxiliares cujo número cresce em função da maior abertura angular desejada para o operador. Efetuamos a implementação no domínio do espaço e da frequência o que permite sua imediata paralelização. Baseados em experimentos numéricos, que avaliam a relação de dispersão e a resposta ao impulso do operador, propomos prescrições que permitem especificar o número de variáveis auxiliares e o passo de continuação para o operador de migração. A aplicação do algoritmo nos dados do modelo de domo salino da SEG-EAGE demonstra a capacidade do algoritmo em migrar refletores com forte mergulho em meios com forte variação lateral de velocidade.

Migração FFD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexa

Implementações dos métodos de migração diferença finita e Fourier (FFD) usam fatoração direcional para acelerar a performance e economizar custo computacional. Entretanto essa técnica introduz anisotropia numérica que podem erroneamente posicionar os refletores em mergulho ao longo das direções em que o não foi aplicado a fatoração no operador de migração. Implementamos a migração FFD 3D, sem usar a técnica do fatoração direcional, no domínio da frequência usando aproximação de Padé complexa. Essa aproximação elimina a anisotropia numérica ao preço de maior custo computacional buscando a solução do campo de onda para um sistema linear de banda larga. Experimentos numéricos, tanto no modelo homogêneo e heterogêneo, mostram que a técnica da fatoração direcional produz notáveis erros de posicionamento dos refletores em meios com forte variação lateral de velocidade. Comparamos a performance de resolução do algoritmo de FFD usando o método iterativo gradiente biconjugado estabilizado (BICGSTAB) e o multifrontal massively parallel direct solver (MUMPS). Mostrando que a aproximação de Padé complexa é um eficiente precondicionador para o BICGSTAB, reduzindo o número de iterações em relação a aproximação de Padé real. O método iterativo BICGSTAB é mais eficiente que o método direto MUMPS, quando usamos apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para maior ângulo de abertura do operador, mais termos da série são requeridos no operador de migração, e neste caso, a performance do método direto é mais eficiente. A validação do algoritmo e as propriedades da evolução computacional foram avaliadas para a resposta ao impulso do modelo de sal SEG/EAGE.

Modelagem sísmica por diferenças finitas em meios bidimensionais com difratores

Este trabalho tem por objetivo a modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações. Como parte deste estudo foi feita a análise numérica visando as condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas. Para a validação do programa de diferenças finitas foi feita a comparação cinemática com a Teoria do Raio para um modelo simples. O motivo deste estudo é ter uma melhor compreensão e controle sobre os problemas de modelagem, visando contribuir para a solução de problemas na interpretação de dados sísmicos. Segundo vários autores na literatura geológica, Derby (1877), Evans (1906), Paiva (1929) e Moura (1938). A Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o recente, atingindo espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançando espessuras de centenas de metros, perfazendo um volume total de 90.000 quilômetros cúbicos. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica, impossibilitando uma melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo das soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foi usado um modelo acústico de velocidades. Para o cálculo dos sismogramas foi utilizado um programa de diferenças finitas com aproximação de quarta ordem da equação da onda acústica no espaço e no tempo. As aplicações dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas têm melhorado a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observado a influência significativa das múltiplas devido a camada de alta velocidade, o que faz com que haja maior perda de energia dificultando a interpretação dos alvos. Por esta razão recomendo a integração de dados de superfície com os dados de poço, com o objetivo de se obter uma melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.

Weather forecasting for Eastern Amazon with OLAM model

O modelo OLAM tem como característica a vantagem de representar simultaneamente os fenômenos meteorológicos de escala global e regional através de um esquema de refinamento de grades. Durante o projeto REMAM, o modelo foi aplicado para alguns estudos de caso com objetivo de avaliar o desempenho do modelo na previsão numérica de tempo para a região leste da Amazônia. Estudos de caso foram feitos para os doze meses do ano de 2009. Os resultados do modelo para estes casos foram comparados com dados observados na região de estudo. A análise dos dados de precipitação mostrou que o modelo consegue representar a distribuição média da precipitação acumulada e os aspectos da sazonalidade da ocorrência dos eventos, mas não consegue prever individualmente a acumulação de precipitação local. No entanto, avaliação individual de alguns casos mostrou que o modelo OLAM conseguiu representar dinamicamente e prever, com alguns dias de antecedência, o desenvolvimento de fenômenos meteorológicos costeiros como as linhas de instabilidade, que são um dos mais importantes sistemas precipitantes da Amazônia.

String-averaging expectation-maximization for maximum likelihood estimation in emission tomography

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

APPROXIMATE CALCULATION OF SUMS I: BOUNDS FOR THE ZEROS OF GRAM POLYNOMIALS

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

On the zeros of a class of generalized hypergeometric polynomials

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The response of the Sao Paulo Continental Shelf, Brazil, to synoptic winds

The response of the Sao Paulo Continental Shelf (SPCS) to synoptic wind forcing has been analyzed. Two different methods are used for this purpose, one based on hydrographic data, bottom topography, and geographical characteristics, and a second on analyzing currentmeter data directly and using empirical orthogonal functions. Both methods show similar results for an essentially barotropic shelf. The SPCS response in the subinertial frequency band appears to be trapped on the continental shelf. Numerical experiments have also been carried out showing results that qualitatively agree with the observations, including the velocity component parallel to the coastline.

A two-layer approximation to the Brazil Current-Intermediate Western Boundary Current System between 20 degrees S and 28 degrees S

It has been shown that the vertical structure of the Brazil Current (BC)-Intermediate Western Boundary Current (IWBC) System is dominated by the first baroclinic mode at 22 degrees S-23 degrees S. In this work, we employed the Miami Isopycnic Coordinate Ocean Model to investigate whether the rich mesoscale activity of this current system, between 20 degrees S and 28 degrees S, is reproduced by a two-layer approximation of its vertical structure. The model results showed cyclonic and anticyclonic meanders propagating southwestward along the current axis, resembling the dynamical pattern of Rossby waves superposed on a mean flow. Analysis of the upper layer zonal velocity component, using a space-time diagram, revealed a dominant wavelength of about 450 km and phase velocity of about 0.20 ms(-1) southwestward. The results also showed that the eddy-like structures slowly grew in amplitude as they moved downstream. Despite the simplified design of the numerical experiments conducted here, these results compared favorably with observations and seem to indicate that weakly unstable long baroclinic waves are responsible for most of the variability observed in the BC-IWBC system. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Can Indian Ocean SST anomalies influence South American rainfall?

In this study we examine the impact of Indian Ocean sea surface temperature (SST) variability on South American circulation using observations and a suite of numerical experiments forced by a combination of Indian and Pacific SST anomalies. Previous studies have shown that the Indian Ocean Dipole (IOD) mode can affect climate over remote regions across the globe, including over South America. Here we show that such a link exists not only with the IOD, but also with the Indian Ocean basin-wide warming (IOBW). The IOBW, a response to El Nino events, tends to reinforce the South American anomalous circulation in March-to-May associated with the warm events in the Pacific. This leads to increased rainfall in the La Plata basin and decreased rainfall over the northern regions of the continent. In addition, the IOBW is suggested to be an important factor for modulating the persistence of dry conditions over northeastern South America during austral autumn. The link between the IOBW and South American climate occurs via alterations of the Walker circulation pattern and through a mid-latitude wave-train teleconnection.

Effects of RegCM3 parameterizations on simulated rainy season over South America

The impacts of change in the Grell convective scheme and biosphere-atmosphere transfer scheme (BATS) in RegCM3 are described. Three numerical experiments (RegZhang, RegClaris and RegArain) are conducted to reduce the RegCM3-Grell rainfall underestimation over tropical South America. The simulation referred to as RegZhang follows modifications made by Zhang et al. (2008) in the BATS. The RegClaris combines the RegZhang BATS parameters with a reduction of water drainage at the bottom of the subsoil layer in the regions covered by the tropical rain forest and a shorter convective time period for the Grell scheme. The RegArain considers this same modification in the Grell scheme, but uses a deeper total soil column and a deeper root system in the BATS. After the first year of simulation, the soil water content in RegZhang is progressively drained out of the soil column resulting in a deficit of rainfall in the Amazon. The RegClaris and RegArain, on the other hand, simulate a similar rainfall annual cycle in the Amazon, showing substantial improvement not only in phase but also in intensity. This improvement is partially related to an increase in evapotranspiration due to a larger availability of water in the soil column. A remote effect is also noted over the La Plata Basin region, where the larger summer rainfall rate may be related to the increase in moisture transport from the Amazon. Wind- and rainfall-based indices are applied to identify South American monsoon (SAM) timing. The RegClaris rainfall rates are adequate to identify the onset and the demise of SAM according to the observed data, whereas the rainfall deficit in RegZhang is associated with a delay in the onset and an early demise of the SAM.

Evaluating bound-constrained minimization software

Bound-constrained minimization is a subject of active research. To assess the performance of existent solvers, numerical evaluations and comparisons are carried on. Arbitrary decisions that may have a crucial effect on the conclusions of numerical experiments are highlighted in the present work. As a result, a detailed evaluation based on performance profiles is applied to the comparison of bound-constrained minimization solvers. Extensive numerical results are presented and analyzed.

Generating unconstrained two-dimensional non-guillotine cutting patterns by a Recursive Partitioning Algorithm

In this study, a dynamic programming approach to deal with the unconstrained two-dimensional non-guillotine cutting problem is presented. The method extends the recently introduced recursive partitioning approach for the manufacturer's pallet loading problem. The approach involves two phases and uses bounds based on unconstrained two-staged and non-staged guillotine cutting. The method is able to find the optimal cutting pattern of a large number of pro blem instances of moderate sizes known in the literature and a counterexample for which the approach fails to find known optimal solutions was not found. For the instances that the required computer runtime is excessive, the approach is combined with simple heuristics to reduce its running time. Detailed numerical experiments show the reliability of the method. Journal of the Operational Research Society (2012) 63, 183-200. doi: 10.1057/jors.2011.6 Published online 17 August 2011

Generalized Metropolis dynamics with a generalized master equation: An approach for time-independent and time-dependent Monte Carlo simulations of generalized spin systems

The extension of Boltzmann-Gibbs thermostatistics, proposed by Tsallis, introduces an additional parameter q to the inverse temperature beta. Here, we show that a previously introduced generalized Metropolis dynamics to evolve spin models is not local and does not obey the detailed energy balance. In this dynamics, locality is only retrieved for q = 1, which corresponds to the standard Metropolis algorithm. Nonlocality implies very time-consuming computer calculations, since the energy of the whole system must be reevaluated when a single spin is flipped. To circumvent this costly calculation, we propose a generalized master equation, which gives rise to a local generalized Metropolis dynamics that obeys the detailed energy balance. To compare the different critical values obtained with other generalized dynamics, we perform Monte Carlo simulations in equilibrium for the Ising model. By using short-time nonequilibrium numerical simulations, we also calculate for this model the critical temperature and the static and dynamical critical exponents as functions of q. Even for q not equal 1, we show that suitable time-evolving power laws can be found for each initial condition. Our numerical experiments corroborate the literature results when we use nonlocal dynamics, showing that short-time parameter determination works also in this case. However, the dynamics governed by the new master equation leads to different results for critical temperatures and also the critical exponents affecting universality classes. We further propose a simple algorithm to optimize modeling the time evolution with a power law, considering in a log-log plot two successive refinements.