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Interpolação de Dados GEBCO

O que faz

Esta ferramenta interpola dados batimétricos globais do GEBCO (General Bathymetric Chart of the Oceans) para gerar grades regulares customizadas. É útil para criar grades de entrada para modelos oceânicos como POM, ROMS, MOM, etc.

Principais funcionalidades:

  • Interpolação de dados GEBCO para grade regular com espaçamento definido pelo usuário
  • Suporte a espaçamentos diferentes em longitude (dx) e latitude (dy)
  • Processamento paralelo para grandes áreas
  • Editor interativo para correções manuais (terra ↔ água)
  • Exportação em formato ASCII de 5 colunas: i, j, lon, lat, depth

Formato de saída

O arquivo gerado segue a convenção POM:

  • 5 colunas: índice i, índice j, longitude, latitude, profundidade
  • Convenção de profundidade: depth > 0 = oceano, depth = 0 = terra
  • Arquivo ASCII simples, fácil de ler e processar

Exemplo:

# Gerado em: 2025-12-01 10:30:00
# Região: Lon [-60.0, -30.0], Lat [-35.0, -5.0]
# Espaçamento: 0.25° lon, 0.25° lat
# Dimensões: 121 x 121 pontos
    1    1  -60.0000  -35.0000    0.0000
    1    2  -60.0000  -34.7500  245.3000
    1    3  -60.0000  -34.5000  512.7000
    ...

Como usar

1. Uso básico (geração de grade)

cd scripts
python generate_grid.py

Antes de executar, edite o arquivo generate_grid.py e configure:

# Extensão geográfica (exemplo: costa brasileira)
LON_MIN = -60.0   # Longitude oeste
LON_MAX = -30.0   # Longitude leste
LAT_MIN = -35.0   # Latitude sul
LAT_MAX = -5.0    # Latitude norte

# Espaçamento da grade
GRID_SPACING = 0.25  # 0.25° ≈ 27.8 km no equador

2. Espaçamentos diferentes (dx ≠ dy)

Se você precisa de resolução diferente em longitude e latitude:

# Em vez de GRID_SPACING, use:
SPACING_LON = 0.25  # dx em graus
SPACING_LAT = 0.20  # dy em graus (maior resolução meridional)

3. Editor interativo

Para corrigir manualmente pontos da grade (fechar baías, abrir canais, etc):

python edit_grid_interactive.py ../output/pom_bathymetry_grid.asc

Controles do editor:

  • Click esquerdo: Alternar terra ↔ água
  • + / scroll up: Zoom in
  • - / scroll down: Zoom out
  • r: Reset do zoom
  • s: Salvar
  • q: Sair

Quando você converte terra → água, o programa automaticamente interpola a profundidade dos vizinhos usando IDW (Inverse Distance Weighting).

4. Uso via Python (programático)

from bathymetry_generator import BathymetryGridGenerator

# Criar gerador
gen = BathymetryGridGenerator(
    gebco_file='../gebco_2025_sub_ice_topo/GEBCO_2025_sub_ice.nc',
    spacing_lon=0.25,
    spacing_lat=0.25
)

# Carregar dados
gen.load_gebco_data()

# Definir área
gen.define_grid_extent(
    lon_min=-60.0, lon_max=-30.0,
    lat_min=-35.0, lat_max=-5.0
)

# Interpolar
gen.interpolate_bathymetry(method='linear', parallel=True)

# Exportar
gen.export_to_ascii('minha_grade.asc')

# Visualizar
gen.plot_bathymetry('minha_grade.png')

Parâmetros principais

BathymetryGridGenerator

Parâmetro Tipo Descrição Padrão
gebco_file str Caminho para arquivo NetCDF do GEBCO obrigatório
spacing float Espaçamento uniforme (dx = dy) em graus None
spacing_lon float Espaçamento em longitude (dx) em graus None
spacing_lat float Espaçamento em latitude (dy) em graus None
n_workers int Número de processos paralelos auto

Nota: Use spacing OU (spacing_lon + spacing_lat), não ambos.

Métodos de interpolação

Método Descrição Quando usar
'linear' Interpolação bilinear Padrão, bom balanço
'nearest' Vizinho mais próximo Grades muito esparsas
'cubic' Interpolação cúbica Suavização máxima

Exemplos

Exemplo 1: Costa brasileira (espaçamento uniforme)

gen = BathymetryGridGenerator('gebco.nc', spacing=0.25)
gen.load_gebco_data()
gen.define_grid_extent(-60, -30, -35, -5)
gen.interpolate_bathymetry()
gen.export_to_ascii('brasil.asc')

Exemplo 2: Região equatorial (maior resolução meridional)

# Mais resolução em latitude para capturar correntes equatoriais
gen = BathymetryGridGenerator(
    'gebco.nc',
    spacing_lon=0.30,  # ~33 km
    spacing_lat=0.15   # ~17 km
)
gen.load_gebco_data()
gen.define_grid_extent(-50, -30, -10, 10)
gen.interpolate_bathymetry()
gen.export_to_ascii('equatorial.asc')

Exemplo 3: Edição manual de grade

# 1. Gerar grade inicial
python generate_grid.py

# 2. Editar interativamente
python edit_grid_interactive.py ../output/pom_bathymetry_grid.asc

# 3. Arquivo editado é salvo automaticamente com timestamp
# Exemplo: pom_bathymetry_grid_edited_20251201_103045.asc

Requisitos

  • Python 3.8+
  • numpy
  • scipy
  • xarray
  • netCDF4
  • matplotlib

Instale todas as dependências com:

conda env create -f ../../environment.yml
conda activate ocean_mesh_tools

Estrutura de arquivos

gebco_interpolation/
├── README.md                    # Este arquivo
├── src/
│   ├── __init__.py
│   └── bathymetry_generator.py  # Classe principal
├── scripts/
│   ├── generate_grid.py         # Script de geração
│   ├── edit_grid_interactive.py # Editor interativo
│   └── quick_generate.py        # Interface CLI rápida
└── examples/
    ├── example_basic.py         # Exemplo básico
    ├── example_advanced.py      # Exemplo avançado
    └── generate_grid_different_spacing.py  # Exemplo dx≠dy

Dados GEBCO

Faça download dos dados GEBCO em: https://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/

Coloque o arquivo NetCDF em ../../gebco_2025_sub_ice_topo/

Notas técnicas

Interpolação

O programa usa scipy.interpolate.RegularGridInterpolator para interpolar do grid global do GEBCO (resolução ~450m) para sua grade customizada. O processamento paralelo divide a grade em blocos e processa simultaneamente.

Editor interativo

O editor usa Inverse Distance Weighting (IDW) para interpolar profundidades quando você converte terra em água. A busca é feita em um raio de até 5 células, e a profundidade final é a média ponderada pelo inverso da distância ao quadrado.

Performance

Para grandes áreas:

  • Use parallel=True na interpolação
  • Ajuste n_workers conforme seus núcleos de CPU
  • Grades 500x500 levam ~5-10 segundos
  • Grades 2000x2000 levam ~2-5 minutos

Troubleshooting

"FileNotFoundError: GEBCO file not found" → Verifique o caminho do arquivo GEBCO no script

"MemoryError" → Reduza a área ou aumente o espaçamento da grade

"Interpolation very slow" → Ative processamento paralelo: parallel=True

"Grid has land where should be ocean" → Use o editor interativo para corrigir manualmente