По наблюдениям лингвистов, слово волнительный, существующее в русском языке более ста лет, пришло из актерского сленга, в «Большом толковом словаре русского языка» оно имеет стилистическую помету разг., его нейтральный синоним — волнующий. 

Размышляя об истории бытования слова волнительный в русской речи, лингвист Ирина Левонтина предполагает: «На самом деле понятно, почему людям нравилось говорить волнительный вместо волнующий. Слово волнующий к тому моменту захватило уже очень широкий спектр эмоций, включая и весьма «общественные»: С быстротой спутника облетела Пекин и весь 600-миллионный Китай волнующая весть об успешном запуске Советским Союзом космической ракеты в направлении Луны. [«Северный колхозник», 1959.01.06]; Ведь теперь вплотную придвинулся момент — самый жгучий, волнующий, радостный, страшный, — момент первого испытания машины. [А.А. Бек. Талант (Жизнь Бережкова) / Части 1-3 (1940-1956)]. И когда слово волнительный вошло в обиход, оно призвано было подчеркнуть сугубо частный характер переживания, некую особую душевную трепетность, но судьба его сложилась неудачно: в нем появился неприятный оттенок жеманства, за который его радостно клеймили». 

В последнее время слово волнительный действительно стало вытеснять слово волнующий, но словарные рекомендации пока не изменились.

И всё-таки после союза при этом, в данном случае соединяющего предложение с предшествующим контекстом, запятая не ставится. При чтении предложения после него может возникать пауза, но в русском письме не каждая пауза отмечается запятой.

Паронимы — так называются прилагательные, о которых идет речь в Вашем вопросе. В русском языке паронимических пар немало, и существуют даже специальные словари паронимов, в которых описываются сходства и отличия близких по звучанию и значению существительных, прилагательных, глаголов и наречий. Прилагательные выделяются среди всех паронимических пар одной особенностью: многие из них образуют пары словообразовательных синонимов, то есть совпадают по значению. Различия между ними сводятся к возможности или невозможности образовывать те или иные формы (например, краткие формы), сочетаться с наречиями меры и степени, развивать семантику в направлении обозначения качественных признаков. Некоторые прилагательные входят в состав традиционных и/или устоявшихся сочетаний. Поэтому в каждом конкретном случае, когда необходимо уверенно использовать одно из двух паронимичных слов, ничего иного не остается, как сверить толкования значений паронимов, посмотреть на стандартную для них сочетаемость, особенно на традиционную или терминологическую. Часто именно такого рода сочетания оцениваются как «верные» (артистичное исполнение), тогда как допустимое сочетание с паронимом (артистическое исполнение) воспринимается как сомнительное. Надеемся, что общие рекомендации помогут Вам найти нужное лексическое решение в каждом «паронимическом» случае.

Корректно с запятой: Нам нужно двигаться в направлении, обратном направлению градиента.

Существительное северо-северо-запад пишется с двумя дефисами. Что касается прилагательного в словосочетании северо-запад-юго-восточное простирание, то оно не имеет словарной фиксации. Судя по морфемной структуре (суффикс прилагательного -н- имеет только последняя часть), это единое слово — сложное прилагательное, а внутри слова тире не пишется. Рекомендуется писать его с тремя дефисами: северо-запад-юго-восточное (сравним сочетание двух сложных существительных с тире в функции соединения: направление северо-запад — юго-восток).

Предложение неудачно. 

Мы обсудили Ваш вопрос с редактором академического орфографического словаря О. Е. Ивановой. Безусловно, по-русски стоит писать в соответствии с произношением – болдеринг. Зияния (соседство двух гласных) не характерны для русских слов, хотя и встречается в некоторых заимствованиях, например: флоут, боулер, бэрбоут-чартер, плашкоут (не англ.), промоутер, соул. Но эти слова мы выговариваем, потому что в них за зиянием следует согласный или согласный и гласный. В варианте боулдеринг образуется совершенно неудобное для произношения сочетание звуков с двумя согласными после зияния. Подобное сочетание есть в слове поул-позишен. Но, произнося это слово, мы приостанавливаемся после [л], на стыке частей сложного слова, – и перескакиваем трудное место.

Лингвисты рекомендуют такие написания, которые соответствуют фонетическим закономерностям русского языка. Увы, при составлении официальных документов законы русского языка часто не учитываются. А влияние официальных текстов велико – написания, закрепленные там, распространяются и за пределами официально-деловой сферы. И лингвистам приходится это движение учитывать.

Расскажем о похожем случае. В «Русском орфографическом словаре» были зафиксированы слова чирлидинг (вид спорта; группа поддержки спорткоманды), чирлидер. При этом в практике письма преобладал черлидинг. В нормативных актах картина была такая. Вариант черлидинг зафиксирован в «Реестре общероссийских и региональных спортивных федераций», однако и в реестре, и в названиях федераций по всем субъектам РФ он стоит рядом с названием чир спорт (так! раздельно): Общероссийская физкультурно-спортивная организация «Союз чир спорта и черлидинга России», Федерация чир спорта и черлидинга Чувашской Республики, Федерация чир спорта и черлидинга Пермского края и т. д.

Кодификация была дана с гласной и в первом слоге в соответствии с произношением англ. cheerleading по аналогии с передачей английского буквосочетания ee в других словах, напр.: бифштекс (beefsteak) и ростбиф (roast beef), тинейджер (teenager), уик-энд (weekend), рефери (referee), спидометр (speed). Обращает на себя внимание, что однокоренной односложный термин передается как чир (элемент движения, исполняемый под кричалки), также существуют термины чир-микс, чир-данс-шоу. Орфографисты считают, что кодификацию следует сохранить, поддерживая узус в направлении соответствия устойчивой транскрипционной тенденции при передаче звука языка-источника.

Пунктуация верна.

Пожалуйста, воспользуйтесь "Проверкой слова": об этом значении подробно написано в "Большом толковом словаре".

Правильно: броситься в направлении (п. п.) удара. Это сочетание с предложным значением.