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pyParaOcean, um sistema para análise visual de dados oceânicos: estudo de caso: Baía de Bengalapor@oceanography
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pyParaOcean, um sistema para análise visual de dados oceânicos: estudo de caso: Baía de Bengala

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Neste artigo, os pesquisadores apresentam o pyParaOcean, aprimorando a visualização de dados oceânicos no Paraview para rastreamento dinâmico de processos e detecção de eventos.
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Autores:

(1) Toshit Jain, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia;

(2) Varun Singh, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia;

(3) Vijay Kumar Boda, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia;

(4) Upkar Singh, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia;

(5) Ingrid Hotz, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia e Departamento de Ciência e Tecnologia (ITN), Universidade de Linköping, Norrköping, Suécia;

(6) PN Vinayachandran, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia;

(7) Vijay Natarajan, Instituto Indiano de Ciência de Bangalore, Índia.

Tabela de links

Resumo e introdução

Dados do oceano

pyParaOcean: Arquitetura

pyParaOcean: Funcionalidades

Estudo de caso: Baía de Bengala

Conclusão, agradecimentos e referências

5. Estudo de caso: Baía de Bengala

A Corrente das Monções de Verão (SMC) é uma característica proeminente da circulação do oceano Índico e a SMC flui ao redor do Sri Lanka para desaguar na Baía de Bengala. Usamos o pyParaOcean para estudar diferentes fenômenos na Baía de Bengala, principalmente durante as monções.


Eddies . A Figura 5 é um esquema aproximado das principais correntes e redemoinhos na Baía durante a estação das monções. Um grande redemoinho anticiclônico (AE) localizado à direita do SMC e um redemoinho ciclônico conhecido como Sri Lanka Dome (SLD) à sua esquerda [VY98] são características regulares nesta região durante o verão. O AE tem um diâmetro de cerca de 500 km, localizado a sudeste da costa do Sri Lanka, e é caracterizado por intensa ressurgência em seu interior devido à sua circulação anticiclônica. [VY98] propuseram que o AE é formado pela interação do SMC e das ondas de Rossby que chegam de Sumatra. A linha do tempo de aparecimento e desaparecimento do EA foi documentada em trabalho posterior [VCMN04]. O AE começa a se formar em junho, desenvolve sua forma circular em julho e enfraquece em agosto, conforme mostrado na Figura 6 e no vídeo que a acompanha.


Figura 6: Dissipação de um grande redemoinho anticilônico na Baía de Bengala até agosto de 2020. Linhas de corrente são semeadas perto de núcleos de vórtices detectados para mostrar a evolução dos perfis de redemoinho em 3D.


Figura 7: Baía de Bengala entre 1º de julho de 2020 e 31 de julho de 2020. Visualização do fluxo usando linhas de corrente com semeadura uniforme e renderização de isovolume de salinidade (≥ 35 psu). (a) 1º de julho de 2020: O AE pode ser visto formando-se em torno de 8°N e 90°E com as linhas de corrente do SMC visíveis de 78°E a cerca de 86°E. (b) 15 de julho de 2020: O AE, 8°N e 87°E, amadureceu em uma forma circular e se move para oeste em direção ao Sri Lanka. O isovolume (≥ 35 psu) mostra recirculação de águas de alta salinidade na Baía por AE. (c) 31 de julho de 2020: O AE, 7°N e 84°E, atinge a costa leste do Sri Lanka, onde começará a se dissipar.


Transporte de salinidade. pyParaOcean serve como uma ferramenta eficiente para analisar os efeitos do EA na Baía de Bengala. Linhas de corrente e caminhos oferecem visualização da circulação associada ao AE e seu movimento no oceano. As linhas de campo podem ser sobrepostas em uma representação volumétrica de um escalar para visualizar o transporte causado pelo redemoinho. A Figura 7 e o vídeo que a acompanha mostram as linhas de corrente sobrepostas em uma renderização de volume de salinidade em diferentes etapas de tempo para mostrar o papel do AE no transporte de sal. O movimento de água de alta salinidade do mar da Arábia pelo SMC para a Baía de Bengala e a sua recirculação pelo AE é bem capturado nesta representação. Rastrear frentes superficiais de água de alta salinidade e destacar os rastros de longa duração ajuda a capturar uma visão geral do movimento significativo de salinidade na região. Observamos uma trilha que se move em direção à costa da Índia, ver Figura 4.


Ressurgência . A Figura 8 e o vídeo que a acompanha mostram o uso do filtro de perfil de profundidade para visualizar a depressão da isoterma de 27◦ pelo AE. A natureza anticiclônica do redemoinho causa uma ressurgência dentro do redemoinho e empurra a água relativamente mais quente para baixo. A visualização de coordenadas paralelas mostra mudanças na temperatura, salinidade e velocidade na coluna de água causadas pela chegada do redemoinho no ponto de interesse.


Experiência e desempenho. Este estudo de caso foi conduzido em colaboração com um coautor oceanógrafo. Várias observações sobre fenômenos como o SLD e o movimento de águas de alta salinidade poderiam ser feitas usando o pyParaOcean. Embora nossos colaboradores oceanógrafos normalmente usem ferramentas como o pyFerret para análise 2D, eles descobriram que a capacidade do pyParaOcean é muito útil. Após esta experiência inicial satisfatória, planejamos trabalhar juntos no estudo da saída do modelo de maior resolução usando pyParaOcean. Os filtros de rastreamento frontal de superfície e detecção de redemoinhos levam alguns minutos, enquanto todos os outros filtros levam de 1 a 2 segundos ou menos. Todos os experimentos foram executados em uma estação de trabalho com CPU AMDEPYC 7262 de 8 núcleos a 3,2 GHz com memória principal de 512 GB e GPU NVIDIA RTX A4000 (16 GB). A computação frontal da superfície é paralelizada usando a biblioteca de multiprocessamento python, mas há espaço para melhorias adicionais no tempo de execução. O filtro de detecção e visualização de redemoinhos também pode ser otimizado paralelizando parte da computação. Planejamos abordar isso no futuro.


Figura 8: A depressão da isoterma 27◦ (amarelo) pelo redemoinho anticilônico na Baía de Bengala. Uma agulha cai a 7◦N, 84◦E e o perfil de profundidade mostra a queda de temperatura. O gráfico interativo de coordenadas paralelas é usado para selecionar intervalos de 10 m em profundidades de 25 me 85 m. (a) 1º de julho de 2020: A ressurgência do AE pode ser observada em torno de 8◦N e 90◦E, na profundidade de 100 m. À medida que se forma, o AE empurra a isoterma de 27◦ para baixo. (b) 15 de julho de 2020: O AE, 8◦N e 87◦E, pode ser visto movendo-se para leste com a depressão da isoterma e o perfil de profundidade da temperatura começa a se achatar perto de 29◦C à medida que o redemoinho se aproxima do agulha. (c) 31 de julho de 2020: O centro AE, 7◦N e 85◦E, está muito próximo da agulha e a depressão na isoterma deslocou-se até perto da costa leste do Sri Lanka.


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