Métodos Computacionais Aplicados à Geofísica

Conhecimentos de Base Recomendados

N/A

Métodos de Ensino

Os conteúdos de aprendizagem são apresentados e discutidos em aulas teóricas (2 horas / semana). Nas aulas supervisionadas de laboratório de informática (1,5 horas / semana), os estudantes deverão formular as soluções dos problemas propostos e implementá-las na forma de scripts Python. Serão fornecidos conjuntos de problemas semanais e exercícios de computador.

Resultados de Aprendizagem

Após a conclusão desta unidade curricular, os estudantes serão capazes de:
- Compreender os princípios físicos básicos dos métodos geofísicos.
- Compreender os métodos numéricos aplicáveis aos métodos geofísicos.
- Analisar séries temporais.
- Resolver numericamente equações diferenciais parciais usando diferenças finitas.
- Formular e implementar métodos de modelação e inversão para a resolução de problemas geofísicos.
- Escrever scripts Python claros e eficientes em arquiteturas de computação série ou paralela.
- Usar módulos Python de código aberto para aplicações geofísicas.

Competências secundárias:
- Competências em física e computação para resolver problemas.
- Autonomia para aprender e articular conceitos.
- Capacidade de pesquisar e usar bibliografia especializada.

Estágio(s)

Não

Programa

1. Python para geofísica
- Introdução ao Python
- Ferramentas de visualização de dados geofísicos
- O ecossistema SciPy
- Processamento rápido de arrays
- Computação paralela
- Módulos Python para Geociências
2. Análise de séries temporais
- Análise de espectros
- Processamento de séries temporais
- Análise de séries temporais com Pandas
3. Solução de diferenças finitas de equações diferenciais parciais
- Discretização por diferenças finitas
- Aplicação à propagação de calor
- Aplicação à propagação de ondas
4. Métodos de inversão
- Estimação linear de parâmetros
- Inversão não linear
5. Modelação e inversão com módulos Python de código aberto
6. Modelação e invers gravimétrica
- Modelação de anomalias gravimétricas
- Inversão gravimétrica
7. Modelação e inversão geoelétrica
- Modelação 2D de sondagem de resistividade elétrica
- Inversão tomográfica de resistividade elétrica 2D
8. Modelação e inversão sísmica
- Modelação 1D, sismogramas sintéticos
- Sismologia de reflexão e refração

Docente(s) responsável(eis)

Manuel António Salgueiro da Silva

Métodos de Avaliação

Avaliação
Resolução de problemas: 40.0%
Projecto: 60.0%

Bibliografia

1. Fundamentals of Geophysics, W. Lowrie, Cambridge University Press, 2007.

2. Field Geophysics, J. Milsom, Wiley, 2011.

3. Introduction to Seismology, P. Shearer, Cambridge University Press, 2009.

4. An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure, S. Stein and M. Wysession, Wiley-Blackwell, 2002.

5. Geophysical Data Analysis: Discrete Inverse Theory, W. Menke, Academic Press, 2018.

6. Univariate Time Series in Geosciences, Theory and Examples, H, Gilgen, Springer-Verlag, 2006.

7. Introduction to Numerical Geodynamic Modelling, T. V. Gerya, Cambridge University Press, 2010.

8. Pythonic Geodynamics, Implementations for Fast Computing (Lecture Notes in Earth System Sciences), Gabriele Morra, Springer, 2018.

9. Computational Methods for Geodynamics, A. Ismail-Zadeh and P. Tackley, Cambridge University Press, 2010.

10. Parameter Estimation and Inverse Problems, 3rd edition, Richard C. Aster, Brian Borchers and Clifford H. Thurber, Elsevier, 2018.