Rotina computacional de obtenção, tratamento e visualização de dados oceanográficos

Abstract

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.

Currently, remote sensors and high-performance computers are being used as the main instruments in the surveying and production of oceanographic data. Using these data sets, numerical studies can be carried in order to simulate and predict the oceanic behaviour through regional numerical models. Among the important factors for the study of oceanography, it can be highlighted those studies related to environmental impacts of anthropogenic contamination, use of renewable energy, the port operations and etc. However, due to the large volume of data generated by environmental institutions, as the results of the global model HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) and the Reanalysis program of NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), it becomes necessary the construction of computational scripts in order to perform processing of initial and boundary conditions that can be applied to regional models as TELEMAC3D (www.opentelemac.org). Problems related to low resolution, lack of data and the necessity of interpolation for dierent meshes or vertical coordinate systems increase the necessity of creation of a computational mechanism that performs these treatment properly. In this work, some scripts were developed in Python programming language and using the nearest neighbour interpolation. In this sense, the raw data from HYCOM model and Reanalysis program were prepared as initial and boundary conditions for performing a numerical simulation test. These results were compared with another numerical results where the initial and boundary conditions were constructed from a more sophisticated interpolation method, written in another language, and that is already being used in the laboratory. Based on the results, it can be concluded that the routine developed properly works for the generation of initial and boundary conditions of TELEMAC3D model. However, a more sophisticated interpolation must be implemented in order to increase the quality of the interpolations, optimize the computational cost, and the production of initial and boundary conditions more realistic for the use of TELEMAC3D model.