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Type: TESE
Title: Influencia de poluentes sobre macroalgas na Baia de Sepetiba, RJ : modelagem matematica, analise numerica e simulações computacioonais
Title Alternative: Macroalgal populations under the influence of pollution at Sepetiba Bay, RJ, Brazil : mathematical modelling, numerical analysis and computational simulation
Author: Abreu, Luciana Carrara
Advisor: Meyer, João Frederico da Costa Azevedo, 1947-
Abstract: Resumo: Este trabalho se constitui numa ferramenta que possibilita melhor avaliar, através de simulações computacionais, como a poluição pode afetar (ou vir a afetar) populações de macroalgas que interagem, também, entre si num importante ecossistema marinho localizado próximo à região metropolitana do Rio de Janeiro, a baía de Sepetiba. Com base no relato de estudos de campo nesta baía, foram reunidas informações sobre as características das principais macroalgas desta região, bem como sobre a poluição e suas influências sobre a flora marinha local. Neste cenário, foi justificadamente construído um modelo evolutivo formado por equações diferenciais parciais que descrevem a interação entre duas espécies de macroalgas sob a influência de um poluente de superfície, que pode ser tóxico ou servir de alimento às plantas marinhas, variando de uma espécie a outra. Inevitavelmente, participam desta interação as células de reprodução de cada espécie de macroalga e, por isso, estão incluídas no modelo. Estão apresentadas as formulações clássica e variacional de um modelo mais simples, com as posteriores discretizações espaciais, em que foi utilizado o método de Elementos Finitos (aqui com elementos triangulares de primeira ordem), e discretização temporal, com o uso do método de Crank-Nicolson, de segunda ordem de aproximação. As discretizações, no modelo mais complexo, seguem passos totalmente análogos aos do modelo mais simples. É também apresentado um capítulo sobre o cálculo das submatrizes de rigidez, necessário para a implementação. Finalmente são mostrados alguns experimentos computacionais que permitem simular situações hipotéticas de risco, com o objetivo de se obter cenários de impactos causados pela poluição sobre a flora marinha local e, com isso, alertar para os problemas gerados pela intervenção antrópica na região e motivar um planejamento de estratégias e políticas de prevenção e de contingência.

Abstract: This work describes a tool created to enable better evaluations - by the adequate use of computational simulations - of how environmental impact can affect (or come to affect) different populations of macroalgae which interact among themselves in an important marine ecosystem located south of Rio de Janeiro state, that of Sepetiba bay. Based upon previous records of local studies in this area, data was collected highlighting characteristics of these species of macroalgae, as well as that of the effect of pollution upon local marine flora. In this general setting, a model was developed based on a non-linear system of partial differential equations that describes the interaction among two distinct species of algae under the impact of a polluting material, an impact that can either be toxic or a nourishment for one or both of these algae. Population dynamics and movements are included in the model, as well as reproduction cells of these species. Classic and variational formulations are presented, with Ritz-Galerkin discretization for space variables, as well as a Crank-Nicolson method for approximations in time, both methods of second-order. Simpler variations of the model (and of the discretized approximation) are presented in order to gain an insight as regards the algorithmic processes. In the more complex situation, a separate chapter describes the numerical and computational tools necessary in the deffnition of the final schemes. Computationally defined dynamical scenarios are presented, illustrating how risk assessments can be undertaken, simulating the mentioned effects of the presence of polluting materials in the region, creating an important tool for possible effects of the anthropic activities in the region, permitting the planning processes for the establishment of strategies and policies for environmental protection and damage repair.
Subject: Simulação (Computadores)
Análise numérica
Galerkin, Métodos de
Método dos elementos finitos
Poluentes
Alga marinha
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2009
Appears in Collections:IMECC - Dissertação e Tese

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