Razvoj računalnog modela za učinkovito superračunalno modeliranje strujanja i širenja onečišćenja u otvorenim vodotocima i obalnom morskom području, s prihvatom riječnih utoka, bujičnih utoka te industrijskih, kanalizacijskih i drugih ispusta u obalno morsko područje, uz istodobni razvoj predikcijskog modela mikrobiološkog onečišćenja baziranog na modelima umjetne inteligencije te integraciju modela širenja onečišćenja mikroplastikom.
Modeliranje strujanja sa širenjem onečišćenja
Tema: računalna dinamika fluida i trodimenzijsko modeliranje strujanja u okolišu u superračunalnom okružju
Cilj: razvoj numeričkog modela za trodimenzijsko modeliranje strujanja mora i širenja onečišćenja iz riječnih utoka, industrijskih, kanalizacijskih i drugih ispusta u obalno morsko područje, u superračunalnom okružju.
Metode:
- testiranje trodimenzijskih računalnih modela strujanja s različitim turbulentnim modelima (RANS, LES) te čestičnih modela strujanja
- usporedba točnosti, vremena izvođenja, mogućnosti paralelizacije na superračunalnoj CPU i GPGPU arhitekturi
- modeliranje širenja površinskog onečišćenja
- modeliranje širenja onečišćenja iz riječnih utoka, industrijskih ispusta, kanalizacijskih i drugih izvora onečišćenja
- integracija u globalni ROMS model strujanja mora
- poboljšani numerički model strujanja s transportom čestica i modeliranjem širenja onečišćenja
Rezultati:
- Razvijen poboljšani numerički model strujanja u obalnom području
- 3D model strujanja validiran na relevantnim eksperimentalnim testovima
- Lokalni 3D model strujanja integriran s globalnim ROMS modelom
- Razvijen modul za prihvat riječnih utoka, industrijskih ispusta i komunalnih otpadnih voda u model strujanja
- Integracija modula disperzije mikroplastike u model strujanja
Predikcija mikrobiološke kakvoće mora
Tema: interdisciplinarno istraživanje u polju mikrobiologije, matematičkih modela strojnog učenja i umjetne inteligencije te primjeni modela u paralelnom superračunalnom CPU i GPGPU okruženju
Cilj: razvoj modela predviđanja mikrobiološke kakvoće mora
Metode:
Eksperimentalne:
- RT-PCR za detekciju, karakterizaciju i kvantifikaciju nukleinskih kiselina
- Polimerazna lančana reakcija na principu in vitro amplifikacije specifičnog segmenta genoma (DNA ili RNA) iz određenog mikroorganizma
- Detekcija ciljne sekvence u kratkom vremenu
Računalne:
- Primjena klasifikacijskih i regresijskih modela umjetne inteligencije
- Statistička obrada podataka i analiza osjetljivosti podataka
- Primjena različitih modela strojnog učenja – neural network, random forest, gradient boost, support vector machine (SVR)
- Analiza ulaznih podataka za modele umjetne inteligencije različitim metodama (Shap, Boruta-Shap)
Rezultati:
- Nadopuna baze podataka
- Izbor najutjecajnijih vanjskih okolišnih parametara za model predikcije kakvoće mora
- Razvijeni protokoli primjene brzih RT-PRC metoda ispitivanja mikrobioloških indikatora
- Razvijen model predviđanja kakvoće mora za kupanje baziran na modelima umjetne inteligencije u svrhu brze i pouzdane javno-zdravstvene zaštite
Analiza mikroplastike u okolišu
Tema: interdisciplinarno istraživanje u polju mikroplastike u morskom okolišu
Cilj: razvoj modela predviđanja unosa i dosega mikroplastike, kao novog faktora onečišćenja u morskom okolišu
Metode:
Eksperimentalne:
- Istraživanje najpovoljnijeg načina uzorkovanja i uređaja za analizu uzoraka
- Mjerenje koncentracije mikroplastike i njihova klasifikacija u vodenom stupcu i sedimentu
- Korelacija pojavnosti određene vrste mikroplastike s meteorološkim podacima
- Analiza utjecaja riječnih utoka i industrijskih ispusta na koncentraciju mikroplastike
- Laboratorijska analiza utjecaja vrste i oblika mikroplastike na intenzitet taloženja
Računalne:
- Sinteza i statistička analiza mjerenja mikroplastike u okolišu i hidrometeoroloških podataka
- Uspostave korelacije koncentracije lebdećih čestica mikroplastike i mikroplastike u sedimentu
- Izbor skale mikroplastike od primarnog interesa
Rezultati:
- Određivanje udjela i vrste plastike u analiziranim uzorcima sedimenta i vode
- Određivanje odnosa između klimatskih prilika i plastike
- Provedena uzorkovanja mikroplastike u vodenom stupcu i sedimentu te izrada baze podataka
- Proveden laboratorijski eksperiment taloženja mikroplastike
- Integracija rezultata istraživanja mikroplastike u model strujanja
