Made available in DSpace on 2015-05-15T11:46:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1326144 bytes, checksum: 8caf7598b3ff31900cccda592a06981f (MD5) Previous issue date: 2014-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we investigate monotonicity and symmetry properties of of solutions to equations involving the p-Laplace-Beltrami operator in hyperbolic space and sphere. The main tools used to obtain the result is a variant of the method of moving planes and a careful use of the maximum and comparison principles / Neste trabalho investigamos propriedades de simetria e monotonicidade de soluções para equações envolvendo o operador de p-Laplace-Beltrami no espaço hiperbólico e na esfera. As principais ferramentas empregadas para obtenção do resultado é uma variante do método dos planos móveis e um cuidadoso uso de princípios do máximo e de comparação

A esfera é utilizada como domínio computacional na modelagem de diversos fenômenos físicos, como em previsão numérica do tempo. Sua discretização pode ser feita de diversas formas, sendo comum o uso de malha regulares em latitude/longitude. Recentemente, também para melhor uso de computação paralela, há uma tendência ao uso de malhas mais isotrópicas, dentre as quais a icosaédrica. Apesar de já existirem modelos atmosféricos que usam malhas icosaédricas, não há consenso sobre as metodologias mais adequadas a esse tipo de malha. Nos propusemos, portanto, a estudar em detalhe diversos fatores envolvidos no desenvolvimento de modelos atmosféricos globais usando malhas geodésicas icosaédricas. A discretização usual por volumes finitos para divergente de um campo vetorial utiliza como base o Teorema da Divergência e a regra do ponto médio nas arestas das células computacionais. A distribuição do erro obtida com esse método apresenta uma forte relação com características geométricas da malha. Definimos o conceito geométrico de alinhamento de células computacionais e desenvolvemos uma teoria que serve de base para explicar interferências de malha na discretização usual do divergente. Destacamos os impactos de certas relações de alinhamento das células na ordem da discretização do método. A teoria desenvolvida se aplica a qualquer malha geodésica e também pode ser usada para os operadores rotacional e laplaciano. Investigamos diversos métodos de interpolação na esfera adequados a malhas icosaédricas, e abordamos o problema de interpolação e reconstrução vetorial na esfera em malhas deslocadas. Usamos métodos alternativos de reconstrução vetorial aos usados na literatura, em particular, desenvolvemos um método híbrido de baixo custo e boa precisão. Por fim, utilizamos as técnicas de discretização, interpolação e reconstrução vetorial analisadas em um método semi-lagrangiano para o transporte na esfera em malhas geodésicas icosaédricas. Realizamos experimentos computacionais de transporte, incluindo testes de deformações na distribuição do campo transportado, que mostraram a adequação da metodologia para uso em modelos atmosféricos globais. A plataforma computacional desenvolvida nesta tese, incluindo geração de malhas, interpolações, reconstruções vetoriais e um modelo de transporte, fornece uma base para o futuro desenvolvimento de um modelo atmosférico global em malhas icosaédricas. / Spherical domains are used to model many physical phenomena, as, for instance, global numerical weather prediction. The sphere can be discretized in several ways, as for example a regular latitude-longitude grid. Recently, also motivated by a better use of parallel computers, more isotropic grids have been adopted in atmospheric global circulation models. Among those, the icosahedral grids are promising. Which kind of discretization methods and interpolation schemes are the best to use on those grids are still a research subject. Discretization of the sphere may be done in many ways and, recently, to make better use of computational resources, researchers are adopting more isotropic grids, such as the icosahedral one. In this thesis, we investigate in detail the numerical methodology to be used in atmospheric models on icosahedral grids. The usual finite volume method of discretization of the divergence of a vector field is based on the divergence theorem and makes use of the midpoint rule for integration on the edges of computational cells. The error distribution obtained with this method usually presents a strong correlation with some characteristics of the icosahedral grid. We introduced the concept of cell alignment and developed a theory which explains the grid imprinting patterns observed with the usual divergence discretization. We show how grid alignment impacts in the order of the divergence discretization. The theory developed applies to any geodesic grid and can also be used for other operators such as curl and Laplacian. Several interpolation schemes suitable for icosahedral grids were analysed, including the vector interpolation and reconstruction problem on staggered grids. We considered alternative vector reconstruction methods, in particular, we developed a hybrid low cost and good precision method. Finally, employing the discretizations and interpolations previously analysed, we developed a semi-Lagrangian transport method for geodesic icosahedral grids. Several tests were carried out, including deformational test cases, which demonstrated that the methodology is suitable to use in global atmospheric models. The computational platform developed in this thesis, including mesh generation, interpolation, vector reconstruction and the transport model, provides a basis for future development of global atmospheric models on icosahedral grids.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1354058 bytes, checksum: 2f549ef4aed5937520237cd0b6df944f (MD5) Previous issue date: 2011-08-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Since many models in physics depend on the confinement of particles in certain regions of the space-time, like Rubakov and Randall-Sundrum models, we analyze the possibility of using geometrical fields to confine particles. In doing so, we exhibit some examples of the confinement of particles by using only geometrical fields such as torsion and Weyl 1- form. In order to prepare the reader to these examples, we give a brief introduction to the Riemannian and the non-Riemannian geometries. It turned out to be impossible to avoid controversial issues such as the equation of motion of a particle, the use of the minimal coupling procedure, and the application of the variational principle for non-Riemannian geometries. However, we avoided choosing what approach was right and decided to take two completely different approaches into account, namely, Kleinert's and Hehl's ones. Kleinert claims that particles must follow autoparallel, while Hehl and others state that the equation of motion of a particle must be derived from a conservation law related to the energy-momentum tensor of the particle. As a matter of fact, there are more differences between those approaches than we have mentioned here, but we expect this thesis to clarify those differences. To be more precise, we managed to exhibit examples of confinement only for Kleinert's approach. We had dificulty finding a example of confinement to hehl's approach, however we were able to eliminate the possibility of confinement for many cases, like scale fields for example. / Levando em consideração o interesse visível que muitos modelos da física têm em manter a matéria usual confinada em uma certa região do espaço-tempo, como por exemplo o modelo de Rubakov e o de Randall-Sundrum, exibimos a possibilidade da utilização de campos com origem geométrica para realizar este confinamento. Antes, porém, preparamos o leitor com todo o aparato geométrico necessário para a compreensão do que é feito nos últimos capítulos desta tese. Tornou-se impossível fugir de questões polêmicas envolvendo geometrias mais gerais que a riemanniana, como por exemplo a polêmica sobre a equação de movimento da partícula, o uso do acoplamento mínimo e a aplicação do princípio variacional. Entretanto, tentamos adotar uma postura imparcial e fizemos a análise do confinamento seguindo duas vertentes distintas. Uma das vertentes, defendidas por Kleinert, consiste em postular que partículas seguem autoparalelas. A outra vertente, a mais comum na literatura, segue a linha de Hehl, Gasperini e outros. Nesta vertente, a equação de movimento de uma partícula não pode ser postulada, mas sim obtida a partir da lei de conservação associada ao tensor de energia-momento da partícula, pois este contém informação sobre o movimento da partícula. Há mais diferenças entre essas duas linhas do que citamos aqui, como será indicado no decorrer da tese. Para ser mais preciso, fomos capazes de exibir o confinamento apenas para a primeira vertente. No caso da segunda, dificuldades técnicas nos limitaram a somente descartar certos campos de origem geométrica como campos confinadores.