Influência do transporte de volume na Passagem de Drake na

Transcrição

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS
DEPARTAMENTO DE ECOLOGIA E RECURSOS NATURAIS
Igor Luna Moura
I NFLUÊNCIA DO T RANSPORTE DE
V OLUME NA PASSAGEM DE D RAKE NA
D INÂMICA DA C ORRENTE DO B RASIL
VITÓRIA
2008
Igor Luna Moura
I NFLUÊNCIA DO T RANSPORTE DE
V OLUME NA PASSAGEM DE D RAKE NA
D INÂMICA DA C ORRENTE DO B RASIL
Monografia apresentada ao Programa de Graduação
em Oceanografia do Departamento de Ecologia e Recursos Naturais da Universidade Federal do Espírito
Santo como requisito final para a obtenção do grau de
Bacharel em Oceanografia.
O RIENTADOR :
Professor Dr. Renato David Ghisolfi
C O -O RIENTADORA :
Dra. Mariela Gabioux
VITÓRIA
2008
I NFLUÊNCIA DO T RANSPORTE DE V OLUME NA PASSAGEM DE D RAKE
NA D INÂMICA DA C ORRENTE DO B RASIL
por
I GOR L UNA M OURA
Submetido como requisito final para a obtenção de grau de
Oceanógrafo
na
Universidade Federal do Espírito Santo
Dezembro de 2008
c
Igor Luna Moura
Por meio deste, o autor confere ao Colegiado do Curso de Oceanografia e ao Departamento de
Ecologia e Recursos Naturais da UFES permissão para reproduzir e distribuir cópias parciais
ou totais deste documento de monografia para fins não comerciais.
Assinatura do autor
Curso de graduação em Oceanografia
Universidade Federal do Espírito Santo
03 de dezembro de 2008
Certificado por
Dr. Renato David Ghisolfi
Prof. Adjunto / Orientador
DERN/CCHN/UFES
Certificado por
Dr. Daniel Rigo
Prof. Adjunto / Examinador interno
DEA/CT/UFES
Certificado por
Dr. Alexandre Braga Coli
Oceanógrafo / Examinador externo
CEPEMAR Meio Ambiente
Aceito por
Dra. Valéria da Silva Quaresma
Prof. Adjunto / Coordenadora do Curso de Oceanografia
DERN/CCHN/UFES
"Andei por andar, andei
E todo caminho deu no mar
Andei pelo mar, andei
Nas águas de Dona Janaína
A onda do mar leva
A onda do mar traz
Quem vem pra beira da praia, meu bem
Não volta nunca mais"
Dorival Caymmi
Sumário
Agradecimentos
iii
Abstract
iv
Resumo
v
Lista de Abreviações
vi
Lista de Figuras
vii
Lista de Tabelas
x
1
Introdução
1
2
Objetivos
5
2.1
Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2
Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
3
4
Embasamento Teórico
6
3.1
A Corrente do Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.2
O Caso do Transporte no Estreito de Drake . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
O Modelo Oceânico HYCOM
14
4.1
Características Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
4.2
Equações Governantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.3
Condições de Contorno Laterais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
i
5
Metodologia
21
5.1
Dados de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
5.1.1
Batimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
5.1.2
Forçantes Atmosféricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
5.1.3
Forçantes Termohalinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
Etapas Técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
5.2.1
Modelagem Computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
5.2.2
Pós-Processamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
5.2
6
Resultados e Discussão
36
6.1
Análise de Médias do Último Ano de Integração . . . . . . . . . . . . . .
36
6.1.1
Padrões Cinemáticos Horizontais . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
6.1.2
Padrões Cinemáticos Verticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
6.1.3
Temperatura Superficial do Mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
Análise de Instantâneos de Verão e Inverno . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
6.2.1
Padrões Cinemáticos Horizontais . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
6.2.2
Padrões Cinemáticos Verticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
6.2.3
Temperatura Superficial do Mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
6.2
7
Considerações Finais
63
7.1
Síntese e Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
7.2
Sugestões para Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
Referências
66
ii
Agradecimentos
A todos os meus professores do presente e do passado. Em especial, aos meus pais e irmãs - por terem
me dado, dentro de suas limitações, suporte durante todo meu processo educativo - e àqueles extremamente dedicados e generosos - que me ajudaram a desenvolver a percepção que eu tenho hoje do meio
em que vivemos e fizeram da minha graduação um processo extremamente rico e produtivo: Doutores
Agnaldo Martins, Gilberto Fonseca, Jacqueline Albino, Jean Joyeux, Liane Bordignon, Rosebel Nalesso
e Valéria Quaresma.
Ao meu orientador, Professor Dr. Renato Ghisolfi, por ter me confiado o projeto e disponibilizado conhecimento, suporte científico e estrutura física para o desenvolvimento do mesmo.
À minha co-orientadora, Dra. Mariela Gabioux (COPPE/UFRJ), pela generosidade, paciência e orientação que foram essenciais na fase mais técnica da pesquisa.
Ao Professor Dr. Daniel Rigo, pelas excelentes aulas e pelas sugestões incorporadas no projeto e na
versão final do trabalho. Bem como ao Dr. Alexandre Coli, pela minuciosa revisão que aumentou
consideravelmente a qualidade desta monografia.
Aos colegas do departamento que espontaneamente se interessaram pelo projeto e dividiram minha
empolgação com os resultados: Angelo Lemos, Leilane Passos, Nélio Secchin, Paulo Veronez, Priscila
Guaitolini, Rafael Carvalho e Sabrina Fonseca.
Aos colegas de curso, pelo companherismo durante esses anos de intenso aprendizado e pelos bons
momentos fora de sala de aula. Em especial: Mariana Alves, Mayara Passos, Tatiana Dadalto, Alexandre
Campos, Luciano Bazoni, Paulo Augusto Santos e Pedro Cassini.
Aos doutores pesquisadores Carlos França (IO/USP) e Luiz Paulo Assad (COPPE/UFRJ), pela disponibilidade em tirar minhas dúvidas, fazer sugestões e fornecer dados que foram de extremo auxílio no
desenvolvimento deste trabalho.
A desenvolvedores de software livre (em especial aos do HYCOM, Ubuntu, Debian e LATEX) que muitas
vezes abrem mão de seus interesses individuais de curto prazo para construir ferramentas em prol da
sociedade e do conhecimento científico que possibilitam a realização de trabalhos como o presente de
forma mais honesta e eficiente.
À Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), pela bolsa e apoio financeiro
concedidos por meio do Programa Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo para desenvolvimento de Recursos Humanos para indústria de petróleo e gás (PRH-29B).
iii
Abstract
The present work complements, from a hybrid coordinate approach and in times of much larger computational resources, the study initiated by Michael Cox in the 1980s to evaluate the role the Antarctic
Circumpolar Current plays on the global ocean circulation and mixing. Five 1/2 degree HYCOM-based
climatological simulations of the South and Equatorial Atlantic Ocean Basin designed with ETOPO2v2
were ran for thirty years forced with monthly means of COADS and initialized with Levitus Climatology. In the first one, closed boundaries were applied with nudging. In the other four, besides nudging,
it was set barotropic transports on the boundaries located in the Caribbean region (with fixed values
provided by a MOM-based global simulation), on the Agulhas Current region (10Sv - based on scientific article) and on the Drake Passage (from 70 to 141.5Sv). The model outputs were analised as annual
means and snapshots and compared between themselves and with data measured in situ and by remote sensing techniques. The aim was to evaluate how the transport on the Drake Passage interacts
with the Brazil Current’s dynamics. According to the used parameters, increases of the transport in
the Drake Passage are related to a Brazil Current with lower intensity, distinct heat transport patterns,
origins points located further south and point of separation from the coast located further north. It was
proposed that these effects work via Malvinas Current and other western boundary currents that flow
below the Brazil Current and promote shear that acts against the wind stress. Finally, it was concluded
that only simulating large domains of the Atlantic Ocean with a hybrid coordinate model is not enough
for a good representation of the Brazil Current. It is also necessary to consider the flow on the Drake
Passage, because this is the way to take into account the influence of the Antarctic Circumpolar Current
energy and composition on the circulation off Brazil.
Tags: HYCOM, Pathfinder, numerical modeling, Brazil Current, Drake.
iv
Resumo
O presente trabalho complementa, por meio de implementações de um modelo oceânico de coordenada
vertical híbrida e em tempos de grandes recursos computacionais, o estudo iniciado por Michael Cox na
década de 1980 de avaliação da influência que a Corrente Circumpolar Antártica exerce na circulação e
mistura do oceano global. Cinco simulações de 1/2 grau de resolução horizontal da hidrodinâmica na
bacia dos oceanos Atlântico Sul e Equatorial (desenhada com a base de dados batimétricos ETOPO2v2)
foram rodadas por trinta anos forçadas com médias mensais da base de dados de forçantes atmosféricas
COADS e inicializadas com a climatologia de campos termohalinos Levitus. Na primeira delas, foram
aplicadas condições de contorno laterais fechadas a transporte barotrópico e relaxamento newtoniano
para os campos de temperatura, salinidade e pressão. Nas demais, além do relaxamento newtoniano,
foram impostos valores fixos de transporte barotrópico extraídos de um modelo de clima oceânico global
nas bordas da região do Caribe; um transporte de 10Sv correspondente à parte da Corrente das Agulhas que entra no Atlântico e um transporte variado na Passagem de Drake (70, 110, 125 e 141,5Sv). Os
resultados foram analisados na forma de médias anuais e de instantâneos de verão e inverno e comparados entre si e com dados de medição in situ e sensoriamento remoto. O objetivo foi avaliar como
a variação do transporte em Drake influencia a dinâmica da Corrente do Brasil. De acordo com os
parâmetros analisados, aumentos do transporte na Passagem de Drake estão associados a uma Corrente
do Brasil de menor intensidade, com diferentes padrões de transporte de calor, com pontos de origem
mais a sul e com pontos de separação da costa mais a norte. Para tentar explicar parte dessas observações, elaborou-se uma hipótese dizendo que esses efeitos ocorrem via Corrente das Malvinas e outras
correntes de contorno oeste que fluem abaixo da Corrente do Brasil que promovem cisalhamento com
sentido oposto à tensão do vento. Por fim, concluiu-se que, para melhor simular a Corrente do Brasil,
é necessário não apenas modelar grandes domínios do Atlântico com um modelo numérico moderno,
mas também considerar o transporte de volume que existe na Passagem de Drake, pois essa é a forma de
se levar em conta a influência da composição e energia da Corrente Circumpolar Antártica na circulação
sobre a margem continental brasileira.
Descritores: HYCOM, Pathfinder, modelagem numérica, Corrente do Brasil, Drake.
v
Lista de Abreviações
AAF
Água Antártica de Fundo
ACAS
Água Central do Atlântico Sul
AIA
Água Intermediária Antártica
APAN
Água Profunda do Atlântico Norte
AT
Água Tropical
BiCSE
Bifurcação da Corrente Sul Equatorial
CA
Corrente das Agulhas
CAS
Corrente do Atlântico Sul
CB
Corrente do Brasil
CBM
Confluência Brasil-Malvinas
CCA
Corrente Circumpolar Antártica
CCI
Corrente de Contorno Intermediária
CCLs
Condições de Contorno Laterais
CCO
Corrente de Contorno Oeste
CCP
Corrente de Contorno Profunda
CM
Corrente das Malvinas
CNB
Corrente Norte do Brasil
COADS
Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set project
CSE
Corrente Sul Equatorial
GSAS
Giro Subtropical do Atlântico Sul
HYCOM Hybrid Coordinate Ocean Model
POM
Princeton Ocean Model
SNB
Sub-corrente Norte do Brasil
TSM
Temperatura Superficial do Mar
vi
Lista de Figuras
1
Representação esquemática do Giro Subtropical do Atlântico Sul
2
O balanço de vorticidade potencial como explicação da existência de Correntes de Contorno Oeste
3
. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Ilustração do escoamento do sistema de CCOs ao longo da margem continental brasileira
5
Grade numérica do experimento de Cox (1989) para todo o oceano global
6
Tipos de modelos numéricos dos oceanos de acordo com a forma de discretização vertical
7
Exemplificação de possível estrutura vertical do modelo HYCOM
8
Vista apical da grade numérica utilizada no presente trabalho
9
Localização das diferentes portas do domínio do modelo abertas a transporte barotrópico
10
Mapa batimétrico na região de simulação para efeito de ilustração das condições de
contorno de fundo
. . . . . .
9
10
12
14
. . . . . . . . . .
17
. . . . . . . . . . . .
21
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
25
Campo de tensão do vento em superfície interpolado ao domínio a partir da base
COADS para o mês de janeiro
12
7
Ilustração da hipótese de Stommel (1965) para explicar a diferença de intensidade entre
a Corrente do Golfo e a Corrente do Brasil
11
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
Campos de temperatura do ar, radiação de onda longa, radiação de onda curta e vapor
. . . .
28
. . . . . . . . .
29
. . . . . . . . . . . .
30
. . . . . . . . . . . . . . . . .
31
. . . . . . . .
33
d’água interpolados ao domínio a partir da base COADS para o mês de janeiro
13
Amostras dos campos termohalinos que inicializaram as simulações
14
Diagrama dos passos da etapa "Modelagem Computacional"
15
Diagrama dos passos da etapa "Pós-Processamento"
16
Ilustração da divisão do modelo em subdomínios para a paralelização
vii
17
Localização das cinco seções do Atlântico Sul Ocidental consideradas na análise dos
padrões cinemáticos verticais da Corrente do Brasil
. . . . . . . . . . . . . . . . .
34
18
Erro nos campos climatológicos da base Pathfinder
. . . . . . . . . . . . . . . . .
35
19
Campos médios superficiais de velocidades no último ano de integração nas cinco
diferentes simulações com a batimetria local em background
20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
45
. . . . . . . . .
48
. . . . . . . . .
49
Perfis verticais de transporte de volume médio no domínio da Corrente do Brasil em
. . . . . . . .
50
28o S no último ano de integração em cada uma das cinco simulações
31
44
42o W no último ano de integração em cada uma das cinco simulações
30
. . . . . . . . .
29
43
Perfis verticais de velocidade meridional média no domínio da Corrente do Brasil em
28
42
27
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
26
41
Perfis verticais de velocidade zonal média no domínio da Corrente do Brasil em 42o W
no último ano de integração em cada uma das cinco simulações
25
. . . . . . . . .
24
40
23
38
Relação entre o transporte imposto em Drake e as latitudes em que a Corrente do Brasil
se origina e se separa da costa
22
37
Campos médios superficiais de velocidades no último ano de integração nas cinco
diferentes simulações
21
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
51
viii
. . . . . . . . .
52
32
Relação entre o transporte imposto em Drake e o transporte de volume e a velocidade máxima da Corrente do Brasil em cinco diferentes seções na margem continental
brasileira
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
TSM no Atlântico Sul Ocidental de acordo com médias de resultados do último ano de
integração das cinco diferentes simulações e com a climatologia anual da base Pathfinder
34
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
58
60
60
TSM no Atlântico Sul Ocidental como observado no dia 052 do último ano de integração das Simulações D e E e na climatologia de fevereiro da base Pathfinder
41
58
Perfis verticais de velocidade meridional no domínio da CB em 34o S observados no
dia 052 do último ano de integração das Simulações D e E
40
57
Perfis verticais de velocidade meridional no domínio da CB em 28o S observados no
dia 232 do último ano de integração das Simulações D e E
39
. . . . . . . . . . . . . .
Campos superficiais de velocidades observados no dia 232 do último ano de integração
das Simulações D e E
38
57
das Simulações D e E
37
. . . . . . . . . . . . . .
das Simulações D e E com a batimetria local em background
36
55
das Simulações D e E com a batimetria local em background
35
54
. . . .
61
TSM no Atlântico Sul Ocidental como observado no dia 232 do último ano de integração das Simulações D e E e na climatologia de julho da base Pathfinder
ix
. . . . . .
62
Lista de Tabelas
1
Estimativas de transporte de volume e velocidade máxima da Corrente do Brasil entre
9 e 31o S
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
. . . . . . . . .
22
2
Limites geográficos das diferentes portas implementadas no domínio
3
Valores de transporte de volume aplicados nas diferentes portas do domínio nas diferentes simulações
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Valores-alvo de densidade potencial de cada uma das camadas consideradas no modelo
5
Faixas de valores de referência de transporte de volume e velocidade máxima da Corrente do Brasil em cinco seções na margem continental brasileira
6
. . . . . . . . . . .
32
35
Latitudes de origem e separação da costa da Corrente do Brasil observadas a partir de
médias do último ano de integração de cada uma das cinco diferentes simulações
7
23
. . .
39
Propriedades cinemáticas da Corrente do Brasil observadas a partir de médias do último ano de integração de cada uma das cinco diferentes simulações em cinco diferentes seções transversais à corrente
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Latitudes de origem e separação da costa da Corrente do Brasil observadas nos dias
052 e 232 do último ano de integração das Simulações D e E
9
53
. . . . . . . . . . . . .
56
Propriedades cinemáticas da Corrente do Brasil observadas nos dias 052 e 232 do último ano de integração das Simulações D e E em cinco diferentes seções transversais à
corrente
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
x
59
1
Introdução
O desenvolvimento da indústria de petróleo mundial tem sido acompanhado por desastres ambientais causados por grandes derramamentos de óleo no mar, como o decorrente do naufrágio do navio petroleiro Exxon Valdez em 1989, que atingiu ecossistemas
virgens na costa do Alasca, e o do Prestige em 2002, que atingiu praias e ilhas turísticas
na Espanha.
Além dos prejuízos econômicos sofridos principalmente pelo turismo e pela pesca nas
regiões atingidas, já se sabe que o óleo derramado causa inúmeros prejuízos ambientais
ao impedir a penetração de luz solar na coluna d’água (reduzindo a produtividade
primária e, conseqüentemente, a biomassa na região), elevar os índices de toxicidade
no ambiente, dificultar a respiração, migração, alimentação e reprodução de animais e
bioacumular em parte da biota (Clark, 2001; Sindermann, 1996).
Caso atinja o sedimento, tal poluente pode manter todos esses efeitos por longos períodos em conseqüência da baixa taxa de degradação de petróleo característica de ambientes anaeróbicos (Patin, 1999). Além disso, muitos derramamentos que se originam
em regiões off-shore podem "tocar" a costa e provocar impactos sociais, econômicos e
ecológicos ainda mais complexos e onerosos para a indústria petrolífera e sociedade
em geral. Dessa forma, além de estratégias de prevenção desse tipo de incidente, são
essenciais estratégias de contingência pré-planejadas para a prevenção de catástrofes
ambientais.
No Brasil, essas estratégias são esquematizadas em planos cobrados no licenciamento
de uma atividade que envolva o manejo de óleo no mar. Tais planos são regulamentados pela Resolução CONAMA 398 (CONAMA, 2008), que "Dispõe sobre o conteúdo mínimo do Plano de Emergência Individual para incidentes de poluição por óleo
em águas sob jurisdição nacional, originados em portos organizados, instalações portuárias, terminais, dutos, sondas terrestres, plataformas e suas instalações de apoio,
refinarias, estaleiros, marinas, clubes náuticos e instalações similares [...]".
Uma boa previsão da dispersão de óleo no mar, por sua vez, depende fortemente do
1
conhecimento da dinâmica de água nesse. De forma que, quanto melhor for o conhecimento sobre a hidrodinâmica de uma determinada área, mais eficientes serão os
planos de contingência e menor o efeito negativo desses desastres ambientais.
Conhecer a hidrodinâmica marinha também é essencial no entendimento de processos
químicos, biológicos e sedimentares que ocorrem naturalmente no oceano, na elaboração de planos de análise de risco, na instalação e manutenção de estruturas submarinas, em análises de condições de mar para navegação, no licenciamento ambiental de
empreendimentos marítimos, na elaboração de estratégias de conservação ambiental e
em muitas outras atividades.
A circulação nos oceanos, por sua vez, tem sido inferida, como uma tendência mundial,
por modelos numéricos, como o Modelo Oceânico da Universidade de Princeton (POM
- Princeton Ocean Model), o Modelo de Coordenada Híbrida (HYCOM - Hybrid Coordinate Ocean Model) e os modelos contidos no Sistema de Modelagem Oceânica Regional
(ROMS - Regional Ocean Modeling System).
O primeiro modelo numérico de circulação oceânica foi apresentado à comunidade
científica por Bryan (1969) e, desde então, esta ferramenta vem sofrendo aprimoramentos e ganhando usuários nos mais diversos setores da ciência e da indústria.
Cirano et al. (2006) citam que, entre as causas dessa "revolução numérica" no estudo
dos oceanos, estão (a) o baixo custo operacional, uma vez que à medida que os computadores estão ficando mais potentes eles, também, estão ficando mais acessíveis e (b)
a possibilidade de se estudar de forma sinótica áreas que não poderiam ser cobertas
dessa forma em cruzeiros oceanográficos.
Miller (2007) acrescenta que, apenas com essa ferramenta, é possível se fazer experimentos conceituais (e.g. analisar a influência de uma feição topográfica do Oceano
Pacífico na circulação do Oceano Índico), enquanto que Colling (2004) lembra da possibilidade de se prever cenários futuros com esses modelos.
Modelos que fazem prognósticos são aplicados intensamente em projetos de engenharia para auxiliar a tomada de decisão, como na construção de portos e instalação
de emissários submarinos. Em estudos geofísicos, previsões numéricas têm ajudado a
entender os efeitos que mudanças climáticas na atmosfera poderão promover na circulação dos oceanos e, também, a entender o papel dos oceanos na regulação do clima
global.
Os resultados do trabalho de Pimentel (2007) levam a crer que o principal fenômeno
da oceanografia de grande escala que influência na dispersão de óleo na margem con2
Figura 1: Representação esquemática do Giro Subtropical do Atlântico Sul. Fonte: modificada de
Peterson & Stramma (1991).
tinental da região Sudeste do Brasil é a Corrente do Brasil (CB). Segundo Silveira et
al. (2000), a CB é a corrente de contorno oeste (CCO) que fecha o Giro Subtropical (superficial) do Atlântico Sul (GSAS, Figura 1) do ponto de vista do modelo teórico de
circulação dos oceanos desenvolvido por Sverdrup (1947). Tais características fazem
dela um dos fenômenos oceanográficos mais importantes do Atlântico Sul, de forma
que seu conhecimento é essencial para o entendimento e previsão da hidrodinâmica
na costa leste brasileira e operacionalidade de atividades antrópicas na região.
Apesar de as pesquisas sobre a CB terem sido iniciadas na década de 1930, muitas
perguntas ainda não foram devidamente respondidas, como a razão de ela não ser
tão forte quanto a Corrente do Golfo (a sua "equivalente" no Atlântico Norte) e como
a circulação dirigida por temperatura e salinidade (circulação termohalina) influencia
a dinâmica da mesma (Silveira et al., 2000). As instabilidades (vórtices e meandros)
geradas ao longo dessa são ainda menos conhecidas e previsíveis e podem estar relacionadas a processos importantes, como o bombeamento de água e nutrientes para
níveis acima da termoclina e a advecção de calor para grandes profundidades.
O oceano é um meio onde processos de diversas escalas e distribuições espaço-temporais
interagem continuamente entre si. O giro subtropical é o principal (e não o único) componente da circulação superficial no Atlântico Sul. Outro componente é a Corrente
3
Circumpolar Antártica (CCA), uma corrente que entra no Atlântico pela Passagem (ou
Estreito) de Drake e sai ao sul do Cabo da Boa Esperança (África do Sul) descrevendo
parte de seu giro em torno da Antártica que, por sua vez, é promovido pelos fortes
ventos de oeste que atuam na região (Colling, 2004).
Mesmo que o transporte da CCA na Passagem de Drake seja próximo daquele medido
ao sul do continente africano (Assad, 2006), a passagem dessa corrente promove mudanças em todo o oceano Atlântico. Dela se origina a Corrente das Malvinas (CM), a
qual, provavelmente, influencia diretamente os padrões cinemáticos do GSAS. Além
disso, a CCA está associada a formação de massas de água do hemisfério sul, e, portanto, é provável que ela possua grande influência na distribuição de temperatura e
salinidade da água sobre a margem continental brasileira.
Justamente devido à grande importância da CCA, um dos grandes desafios na modelagem do Atlântico Sul é a escolha adequada das condições de contorno a serem implementadas na Passagem de Drake.
O presente trabalho verifica - usando como ferramenta o modelo HYCOM - a necessidade de se considerar direta ou indiretamente o transporte de volume da CCA pela
Passagem de Drake na modelagem computacional da CB.
Na próxima Seção, é apresentado o escopo do estudo. Na Seção 3, são sintetizadas as
publicações que serviram de embasamento teórico para abordagem do problema científico em questão. Na Seção 4, contextualiza-se o estado da arte modelagem oceânica e
mostra-se como o projeto de desenvolvimento do HYCOM se destaca nesse contexto.
A forma como os resultados foram obtidos é explicada na Seção 5, enquanto que os
próprios resultados (e a discussão deles) são mostrados na Seção 6. Para finalizar, na
Seção 7, são sintetizados os resultados mais importantes e expostas as conclusões que
eles permitiram alcançar.
4
2
Objetivos
2.1
Objetivo Geral
Avaliar como o transporte de volume na Passagem de Drake influencia a dinâmica da
CB para se obter mais informações sobre a circulação marinha de grande escala na costa
brasileira e se subsidiar a limitação de domínio geográfico e condições de contorno
laterais de futuras simulações computacionais que visem estudar essa corrente.
2.2
Objetivos Específicos
• Verificar a influência que o transporte de volume na Passagem de Drake exerce
nos padrões espaciais de circulação horizontal da CB (e.g. localização do ponto
de origem e de separação da costa);
• Analisar as mudanças promovidas pela variação do transporte de volume na Passagem Drake na extensão vertical, no transporte de volume e na velocidade máxima da CB ao longo da costa brasileira;
• Reconhecer um potencial valor de referência de transporte de volume que possa
ser imposto na Passagem de Drake em futuros modelos computacionais do Oceano
Atlântico Sul para que a CB possa ser simulada de forma relativamente satisfatória;
• Construir um modelo computacional da circulação de grande escala do Oceano
Atlântico Sul que represente a CB de forma relativamente satisfatória e no qual
possam ser aninhados modelos de maior resolução.
5
3
Embasamento Teórico
Para simplificar o entendimento dos inúmeros fenômenos que ocorrem nos oceanos,
considera-se, geralmente, quatro tipos de escalas espaço-temporais de processos oceanográficos: micro, pequena, meso e grande escala. Essa classificação permite que fenômenos
muito curtos e rápidos, como a captura de alimento por organismos zooplanctônicos ou a turbulência na camada de mistura, sejam analisados separadamente de fenômenos largos e demorados como as grandes correntes geostróficas.
Colling (2004) observa que os processos físico-oceanográficos apresentam uma relação
linear entre a escala de tamanho e a energia cinética associada, o que explica o fato de os
giros oceânicos serem fenômenos mais energéticos que correntes geostróficas isoladas,
ondas de maré e vórtices.
Tais giros oceânicos são definidos por Stewart (2005) como correntes anticiclônicas ou
ciclônicas com tamanhos próximos dos das bacias oceânicas. As Correntes geostróficas, por sua vez, são correntes explicadas pelo modelo de equilíbrio geostrófico. Essas
podem ser, ou não, correntes de contorno, que são definidas como fluxos que fluem
principalmente sobre o talude das margens continentais e são classificadas como de
contorno oeste (CCOs, mais estreitas e fortes) ou de contorno leste (mais largas e fracas).
O modelo de equilíbrio geostrófico, que foi aplicado primeiramente na meteorologia,
diz que onde são encontradas superfícies isobáricas inclinadas (tanto em condições
baroclínicas quanto em barotrópicas), após uma circulação inicial, a força do gradiente
de pressão associada a tal inclinação seria equilibrada pela força de Coriolis enquanto
que uma corrente fluiria perpendicularmente às duas forças (Stewart, 2005).
De acordo com Colling (2004), a inclinação isobárica que inicia a circulação em questão
pode ser causada por (a) ventos soprando contra um obstáculo (como a costa) e acumulando mais água de um lado que de outro; (b) variações de pressão atmosférica; (c)
variações laterais de massa específica provocadas por variações, também laterais, de
temperatura e salinidade ou (d) um misto dos agentes supra-citados.
6
Uma vez que os processos que originam as correntes de contorno oeste e leste são os
mesmos, a primeira explicação para a diferença entre os valores de velocidade observados no lado oeste e leste dos oceanos foi a de Stommel (1948). Segundo ele, as correntes
se intensificam no lado oeste dos oceanos porque o parâmetro de Coriolis varia com
a latitude. Atualmente, essa teoria é explicada fisicamente por meio da teoria do balanço de vorticidade potencial, que é ilustrada na Figura 2 e descrita matematicamente,
dentre outras publicações, em Stewart (2005, p. 207).
Considera-se atualmente que o GSAS (Figura 1) é formado pela Corrente do Atlântico
Sul (CAS), Corrente de Benguela, Corrente Sul Equatorial (CSE), CB e parte da Corrente das Agulhas (CA). Esse giro já foi alvo de diversos trabalhos, entre os quais se
destacam o de Peterson & Stramma (1991), que considerou um oceano barotrópico, e o
de Stramma & England (1999), que analisou o Atlântico Sul em camadas.
Segundo Tomczak & Godfrey (2003), o GSAS é dirigido, basicamente, pela distribuição
em grande escala do rotacional do vento - o qual está associado ao centro de alta
pressão atmosférica semi-estacionário localizado no centro do giro.
Partindo do lado oeste do Atlântico em aproximadamente 38o S, a CAS atravessa o
oceano até sua borda leste, onde se junta à parte do fluxo da CA que entrou no Atlântico Sul. Mais ao norte, o fluxo resultante passa a ser chamado de Corrente de Benguela,
a qual bordeja a costa oeste do continente africano. Seguindo o fluxo, a próxima corrente é a CSE, que, assim como a CAS, atravessa o Atlântico (só que em sentido oposto).
A CSE mantém um fluxo único até encontrar o continente sul-americano, onde ela se
bifurca e dá origem à CB, que ruma para sul-sudoeste, e à Corrente Norte do Brasil
(CNB), que ruma para noroeste (Peterson & Stramma,1991 - Figura 1).
Figura 2: O balanço de vorticidade potencial como explicação da existência de CCOs aplicado ao
hemisfério norte. Painel da esquerda: lado leste - a entrada de vorticidade pelo vento (ζτ ) balanceia
a mudança de vorticidade relativa (ζ) à medida que o fluxo move para sul e f (parâmetro de coriolis)
diminui. Lado oeste - tanto ζτ quanto ζ possuem o mesmo sinal e não ocorre equilíbrio. Painel da
direita: A vorticidade no lado oeste é balanceada pela vorticidade ζb gerada pelo cisalhamento na CCO.
Fonte: modificada de Stewart (2005).
7
A seguir, é detalhada a corrente que fecha o GSAS. Depois, são resumidos alguns estudos que iniciaram a verificação da influência que o transporte da CCA pela Passagem
de Drake exerce no Atlântico Sul e, até mesmo, na circulação global.
3.1
A Corrente do Brasil
Segundo Silveira et al. (1994), a bifurcação da CSE (BiCSE) que origina a CB e a CNB
ocorre superficialmente logo ao sul de 10o S. Entretanto, com base em resultados de
modelo computacional, Stramma & England (1999) sugerem que o braço sul dessa
bifurcação se constitui em CB apenas em 15o S, de onde ela parte como uma corrente
que ocupa apenas os 100 primeiros metros da coluna d’água. Mais recentemente, a
partir do processamento de dados medidos in situ via CTD e ADCP de casco em março
de 2005, Soutelino (2008) sugeriu que a organização da CB em superfície se inicia em
torno de 10o S, o que indica não apenas a incerteza que se tem sobre a localização de tal
sítio, mas, também, a possibilidade dele variar latitudinalmente no tempo.
Depois de formada, a CB bordeja a costa leste do continente sul-americano rumo a latitudes maiores à medida que recebe aporte de fluxo vindo da BiCSE em níveis mais
profundos. A separação da costa ocorre em aproximadamente 38o S, onde ela conflui
com a CM na região da Confluência Brasil-Malvinas (CBM) - uma área bastante energética em que é originada a CAS (Cirano et al., 2006).
Como toda CCO, a CB é caracterizada por um fluxo relativamente intenso, estreito e
bem definido. Entretanto, em comparação com as CCOs de outros giros oceânicos,
a CB é notadamente mais rasa e fraca, apresentando, em muitos locais, boa parte de
seu fluxo acima da plataforma continental (Tomczak & Godfrey, 2003). Castro (1996)
mostrou que, em regiões onde a plataforma continental é mais larga, o eixo da CB pode
ocorrer sobre a própria plataforma em profundidades menores que 200m.
A primeira hipótese para explicar essa baixa energia da CB, foi feita por Stommel
(1965). Segundo ela, o gradiente de pressão barotrópico associado a essa corrente promoveria um fluxo para sul, enquanto que o baroclínico promoveria um fluxo para
norte (i.e. a CB seria o resultado de um balanço entre forçantes atuantes em sentidos
opostos). Situação contrária ocorreria com a Corrente do Golfo (Figura 3).
Para facilitar o entendimento da trajetória da CB ao longo da costa brasileira, Silveira
(descrito por Francisco, 2007) apresenta uma abordagem em que a CB é dividida em
três setores: leste, sudeste e sul.
8
Figura 3: Ilustração da hipótese de Stommel (1965) para explicar a diferença de intensidade entre a
Corrente do Golfo e a CB. Fonte: modificada de Stommel (1965).
No setor leste, que vai desde o sítio de origem da corrente até a cadeia Vitória-Trindade
(20o S), a CB é uma corrente rasa (com aproximadamente 200m de extensão vertical),
quente e salina, basicamente composta por Água Tropical (AT) e que flui acima da
quebra de plataforma com transporte próximo de 5Sv (1Sv=106 m3 .s-1 ).
Na região da cadeia, já no setor sudeste (que se extende até a Bacia de Santos), a CB
recebe efetiva contribuição da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e, por isso, se
extende verticalmente e cresce em transporte (Müller et al., 1998). Francisco (2007)
lembra que esse é o setor mais estudado da corrente - o que é, provavelmente, devido à intensa exploração e produção de hidrocarbonetos que ocorre nessa região e à
ressurgência de Cabo Frio, um fenômeno oceanográfico de grande importância sócioeconômica e biológica da costa brasileira.
Ainda no setor sudeste, a CB está associada a um forte cisalhamento vertical com a
Corrente de Contorno Intermediária (CCI), que flui para norte transportando Água
Intermediária Antártica (AIA) em níveis entre 400 e 1800m (Figura 4). Segundo Evans
& Signorini (1985), o transporte da CB na latitude de Cabo Frio é próximo de 6Sv e as
velocidades no sentido sudoeste atingem mais que 0,5m.s-1 .
O setor sul seria aquele entre a Bacia de Santos e a CBM, no qual a CB continuaria o
padrão de aprofundamento e fortalecimento iniciado em 20o S. Nas proximidades do
Cabo de Santa Marta (28o S), o transporte médio seria de 16Sv e a corrente iniciaria
um decréscimo de largura por causa de uma intensificação do fluxo associado à agregação de mais células de recirculação da ACAS e de massas d’água intermediárias e
profundas (Silveira et al., 2000).
Neste momento, cabe expor a discussão apresentada por Silveira et al. (2000) da definição
9
Recife
CNB
Salvador
CSE
SNB
Vitoria
Rio de Janeiro
CB
CB
CCI
0
nivel [m]
AT
-1000
ACAS
-2000
AIA
-10
CCP
-3000
-15
-20
APAN
latitude [ N]
-50
-48
-46
-25
-44
-42
-40
-38
-36
longitude [ E]
-34
-32
-30
-30
-28
Figura 4: Síntese do escoamento do sistema de CCOs ao longo da margem continental brasileira de
acordo com os padrões esquemáticos de grande escala de Stramma & England (1999). Fonte: modificada
de Soutelino (2008).
do que seria a CB. Historicamente, a CB sempre foi limitada verticalmente pela profundidade máxima de alcance da ACAS em um esquema do tipo CB=AT+ACAS. Essa
definição estaria ligada à abordagem dinâmica, na qual a CB é a CCO requerida pelo
transporte de Sverdrup para fechar a circulação gerada pelo vento no Atlântico Sul.
Entretanto, ao sul de 25o S, toda a coluna d’água (incluindo a AT, ACAS, AIA e Água
Profunda do Atlântico Norte - APAN) se move para sul na forma de um único fluxo
cujo cisalhamento vai da superfície até o fundo (Stramma & England, 1999). Se considerado como CB todo esse fluxo integrado na coluna d’água, o transporte da CB seria
de 45Sv na latitude de 34o S e essa seria a corrente de maior extensão vertical do planeta
(Zemba, 1991).
A Tabela 1 apresenta uma coletânea de informações quantitativas sobre a CB em diversas latitudes desenvolvida por Garfield (1990), que foi atualizada por Silveira et al.
(2000), posteriormente, por Cirano et al. (2006) e agora pelo presente autor. As referências bibliográficas completas de cada informação não listadas no presentre trabalho
podem ser encontradas em Cirano et al. (2006).
10
Tabela 1: Estimativas de transporte de volume e velocidade máxima da CB entre 9 e 31o S. A segunda
coluna se refere ao nível de movimento nulo considerado nos valores medidos via método dinâmico.
Fonte: atualizada de Cirano et al. (2006).
Profundidade Transporte Velocidade
Latitude de Referência de volume
Máxima
Referência
(m)
(Sv)
(m.s-1 )
(S)
9-13o
390-510
4,1
0,31
Stramma et al. (1990)
o
15
470-530
6,0
0,16
ADCP
2,8
0,40
Soutelino (2008)
17o
o
19
ADCP
2,8
0,30
Soutelino (2008)
o
500
6,5
0,72
Miranda & Castro (1981)
19
19o
500
5,3
0,50
Evans et al. (1983)
o
470-640
5,7
0,19
19 25’
20o 03’
590-630
1,6
0,24
o
500/1000
3,8/6,8
0,52
Evans et al. (1983)
20 28’
o
21 40’
500
4,4
0,61
Evans et al. (1983)
500-1300
5,2
0,19
Signorini (1978)
22o
o
23
500-1300
4,4
0,52
Signorini (1978)
o
550
2,2/2,7
0,49
Miranda & Castro (1979)
23
Pegasus
11
0,50
Evans & Signorini (1985)
23o
23o
Pegasus
6
0,70
Garfield (1990)
Pegasus
5,4±1,4
0,50
Silveira et al. (2004)
23o
23o
600/1300
10,1/10,9
Stramma (1989)
o
500-1300
8,0
0,75
Signorini (1978)
23 30’
1300
7,5
0,25
Fischer (1964)
24o
o
24
500-1300
14,0
0,62
Signorini (1978)
500/1000
4,1/7,8
0,31
Evans et al. (1983)
24o
600/1300
9,4/10,1
Stramma (1989)
24o
o
24
Correntômetro
1,3
Müller et al. (1998)
24o 30’
500-1300
13,2
0,68
Signorini (1978)
o
25
750
7,3
0,60
Campos et al. (1995)
28o
Correntômetro
16
Müller et al. (1998)
o
1550-1600
11,4
0,70
Fischer (1964)
28-30
o
Pegasus
18
0,80
Garfield (1990)
31
3.2
O Caso do Transporte no Estreito de Drake
A primeira discussão sobre a influência que o transporte na Passagem de Drake exerce
na circulação de grande escala oceânica foi promovida por Cox (1989). Na ocasião, a
baixa disponibilidade computacional obrigava as simulações que integrassem um intervalo de tempo que permitisse a implementação numérica de processos oceanográficos "lentos"(e.g. mistura de massas de água) a usar grades numéricas bastante grosseiras (Figura 5).
Resumidamente, esse trabalho aplicou o modelo de Bryan-Cox (Bryan, 1969) em uma
11
Figura 5: Grade numérica do experimento de Cox (1989) para todo o oceano global. Fonte: Cox (1989).
batimetria idealizada para analisar a estrutura de massas de água no oceano global e
mostrou que, na ausência da CCA (que deixou de existir por meio do fechamento do
Estreito de Drake), os campos de temperatura e salinidade do oceano global abaixo da
termoclina eram dominados por águas formadas no hemisfério sul. Quando o Estreito
foi aberto, a CCA funcionou como um isolante do extremo sul dos oceanos, o que
permitiu que massas de água formadas no hemisfério norte e em latitudes médias
pudessem contribuir nos campos de massa abaixo da termoclina.
Matano (1993) iniciou a investigação da influência do transporte da CCA na CB especificamente. O autor, buscando encontrar motivos para a separação "precipitada"
da CB da costa antes que a tensão do vento mudasse de direção, sugeriu que isso é
causado pelo encontro da mesma com a CM. O transporte da CM, por sua vez, seria
diretamente proporcional ao transporte no Estreito de Drake. Assim, o transporte em
Drake que se mostrou essencial como condição de contorno no modelo desse trabalho
para que a localização da CBM se aproximasse da observada in situ.
Mais recentemente, Candela (2007) investigou, por meio de uma implementação global
do modelo MOM 4.0, os efeitos que um incremento anômalo de cerca de 7Sv no transporte pela Passagem de Drake teria na circulação do Atlântico Sul. Esse transporte foi
simulado por meio de uma intensificação também anômala no padrão dos ventos de
oeste no Oceano Pacífico Sul. Como conseqüência, a CBM deslocou-se cerca de 0,5o
para norte e o aumento da entrada de água com temperatura entre 4 e 9o C causou um
aumento do volume de ACAS na bacia do Atlântico Sul e uma variação sensível no
transporte de calor da região.
Gabioux (2008) aplicou o HYCOM no Atlântico Sul em uma grade numérica de 1o de
resolução localizada entre 10o N e 70o S para, posteriormente, fazer dois níveis de aninhamento (nesting) e avaliar a circulação de meso-escala no mais fino dos subdomínios.
12
Por se tratar de aninhamentos, o domínio mais grosseiro forneceu condições de contorno e iniciais para os domínios mais refinados, mas não estava aninhado em nenhum
outro que o alimentasse e fornecesse condições de contorno pela interface com o Atlântico Norte, Pacífico e Índico. Isso levou a autora a testar condições de contorno ideais
para garantir uma melhor qualidade em todos os três níveis.
Foram então realizados cinco experimentos com cinco diferentes Condições de Contorno Laterais (CCLs). No primeiro experimento, aplicou-se CCLs fechadas sem relaxamento nos quatro contornos. No segundo, manteve-se as bordas fechadas e implementouse relaxamento newtoniano de temperatura, salinidade e espessura das camadas nos
quatro contornos. No terceiro, quarto e quinto experimentos, aplicou-se o mesmo relaxamento do segundo experimento, mas, diferentemente, implementou-se, nas interfaces com o Pacífico e com o Índico, condição de contorno aberta para o transporte
barotrópico, o que permitiu a inserção de fluxos correspondentes à CCA e à CA.
O transporte aplicado no Estreito de Drake foi de 110Sv, baseado na estimativa de
Peterson & Stramma (1991). Já o transporte da Agulhas foi considerado como 10Sv
baseado na estimativa de Gordon (1985). A diferença entre os três últimos experimentos é a forma como o transporte da CCA foi aplicado espacialmente. No terceiro
experimento, aplicou-se um transporte uniforme ao longo da seção, enquanto que no
quarto, configurou-se um pico do fluxo na parte mais ao norte da seção, como sugerido
em Whitworth & Peterson (1985). No último experimento, aplicou-se uma distribuição
com picos nas latitudes 59 e 63o S com base em resultados de um modelo global publicados em Delworth et al. (2006) e Gnanadesikan et al. (2006).
Após a comparação de seus resultados com dados medidos in situ, Gabioux (2008)
concluiu que a simulação que melhor representou a circulação no Atlântico Sul foi
a quarta, pois conseguiu preservar de maneira mais satisfatória as características do
campo de massa que inicializou os experimentos. Entretanto, a autora observou que
as três últimas simulações apresentaram resultados muito semelhantes em termos de
transportes de correntes e campos termohalinos quando comparadas com as simulações de CCLs fechadas - nas quais ocorreram fenômenos como intensificação exagerada da CB e dessalinização/salinização do domínio - de forma que a variação espacial
da entrada da CCA no Atlântico Sul não pôde ser sentida pelo modelo. Foi observado,
ainda, que não foi possível se fazer uma estimativa correta da extensão transversal das
CCOs por causa da baixa resolução da grade numérica, o que poderia estar também
associado à não-sensibilidade do modelo às variações espaciais do pico de entrada de
água.
13
4
O Modelo Oceânico HYCOM
Em modelagem numérica oceânica, a escolha do sistema de coordenada vertical é um
dos aspectos mais importantes a ser considerado e problemas de representatividade
dos fenômenos simulados estão normalmente ligados a essa escolha (Griffies et al.,
2000). Kantha & Piacsek (1995) descrevem quatro formas de discretização das equações
diferenciais consideradas na dimensão vertical por um modelo numérico oceânico
(Figura 6).
Figura 6: Tipos de modelos numéricos dos oceanos de acordo com a forma de discretização vertical. I:
modelo de coordenada z. II: modelo de camadas ou de coordenada isopicnal. III: modelo de coordenada
σ. IV: modelo de gravidade reduzida. η: elevação superficial. Fonte: Kantha & Piacsek (1995).
A primeira forma (coordenada z) foi utilizada no modelo de Bryan (1969) e é a mais
simples, uma vez que a estrutura vertical do modelo é composta por níveis fixos em
qualquer lugar do oceano. Mesmo que por esse esquema seja possível se distribuir
esses níveis de forma heterogênea (para que processos de menor escala sejam resolvidos em melhor resolução que os de maior), essa representação apresenta uma série de
desvantagens associadas ao fato de a estrutura vertical da coluna d’água variar amplamente na horizontal: ela tende a ser estratificada em alto mar, mas é instável em
regiões mais rasas.
14
Já que, computacionalmente, ainda não é possível discretizar-se um oceano inteiro em
um número de camadas que garanta a simulação dos processos de pequena escala em
qualquer lugar que eles possam ocorrer na coluna d’água; ao longo da evolução dos
modelos oceânicos, buscou-se o uso e desenvolvimento de esquemas alternativos ao
da coordenada z.
O primeiro deles foi o da coordenada σ, que surgiu na modelagem atmosférica e é
aplicado nos oceanos popularmente por meio de modelos como o de Blumberg & Mellor (1987), o POM. A coordenada σ é definida como um percentual da profundidade
local e, portanto, varia entre 0 e -1 (considerando que o eixo z tem sentido oposto ao
fundo oceânico). Como resultado dessa transformação, têm-se níveis que seguem o
fundo marinho e que representam adequadamente regiões rasas de batimetria suave
(e.g. plataforma continental). Entretanto, quando se tenta resolver regiões mais profundas e de batimetria íngreme (e.g. talude continental), essa representação promove
erros numéricos no cálculo da força do gradiente de pressão (Haney, 1991).
Em regiões estavelmente estratificadas, é adequado o uso da coordenada isopicnal, na
qual o oceano é representado por camadas, cada uma referenciada com um valor de
densidade potencial. O valor de massa específica é conservado materialmente, o que
define um esquema (quasi-lagrangiano) em que a massa de água contida em cada camada apresenta um movimento monotônico. Essa representação é comum em estudos
de formação e propagação de massas de água em "oceano azul", todavia, em regiões
não estratificadas (e.g. plataformas continentais rasas), o uso dessa coordenada não é
indicado.
A quarta e menos conhecida representação (que não está associada à busca da melhor
coordenada vertical) é a dos modelos de gravidade reduzida (reduced gravity models),
que são modelos essencialmente baroclínicos formados por muitas camadas, sendo
que a mais baixa possui profundidade infinita e velocidade nula. Como boa parte da
circulação oceânica é composta por fluxos barotrópicos, esse esquema acaba não sendo
muito utilizado no contexto atual da modelagem numérica.
Após essas explicações, é possível perceber-se aquilo que foi concluído no início deste
século por projetos de comparação entre modelos numéricos desenvolvidos na Europa
e Estados Unidos: nenhuma forma de coordenada vertical pode ser, sozinha, ótima em
qualquer lugar do oceano (Chassignet et al., 2006b).
Essa conclusão motivou a busca por uma abordagem que permitisse diversas coordenadas dentro de um mesmo código (abordagem do híbrido), uma vez que cada uma
dessas representações se apresenta ótima em algum lugar do oceano.
15
A seguir são descritos os aspectos gerais e algumas especificidades do modelo HYCOM cujo entendimento foi essencial na aplicação da metodologia do presente trabalho.
4.1
Características Gerais
A coordenada isopicnal representa relativamente bem o oceano profundo e estratificado. A coordenada z é provavelmente a melhor opção quando se quer alta resolução
em regiões onde ocorrem processos de pequena-escala. Já a coordenada σ é a que se
mostra mais adequada na modelagem de águas rasas. Essas três abordagens foram
compiladas no HYCOM, um modelo que busca a melhor estrutura vertical a cada
passo de tempo da integração e que, teoricamente, é bem aplicável em qualquer região
do oceano (Chassignet et al., 2006b).
O modelo é passívo à computação paralela, isto é, ele pode ser utilizado em clusters
de computadores. Tais máquinas possuem alta capacidade de processamento e, assim,
oferecem maior possibilidade de se modelar grandes áreas em resolução que permite
considerar numericamente uma satisfatória gama de processos oceanográficos (Bleck,
2006). Adicionalmente, a técnica de aninhamento permite que o modelo seja utilizado
em qualquer escala espaço-temporal: desde simulações de fenômenos globais até a de
fenômenos de pequena escala na plataforma continental (Gabioux, 2008).
Segundo Bleck (2002), o HYCOM é um modelo de equações primitivas baseado no
modelo teórico de Bleck & Boudra (1981) e Bleck & Benjamin (1993). De forma resumida, esse modelo teórico trabalha da seguinte forma: o usuário define camadas e um
valor de densidade potencial alvo para cada uma delas. A cada passo de tempo, o
modelo verifica se a camada está em seu nível isopicnal alvo e, se não, tenta movê-la
para esse. Entretanto, os pontos de grade não podem migrar se isso for promover uma
acumulação excessiva de camadas em um certo nível. Assim, algumas camadas podem
ser limitadas a se manter em determinadas posições variando ligeiramente em torno
de seu nível de referência isopicnal ou podem estar totalmente libertas descrevendo
trajetórias que seguem, por exemplo, a topografia.
Na configuração padrão, o modelo apresenta coordenadas isopicnais em oceano aberto,
que suavemente mudam para coordenadas z na cama de mistura, para coordenadas
sigma em regiões mais rasas e retornam para coordenadas z em regiões muito rasas
onde os processos de mistura da coluna d’água predominam sobre os de estratificação
(Figura 7). A transição entre tipos de coordenada é controlada pelo usuário, que, se
16
Figura 7: Seção meridional em 25o W dos primeiros 1000m de profundidade de um modelo computacional do Oceano Atlântico mostrada para exemplificação de possível estrutura vertical do modelo
HYCOM. Fonte: COAPS (2008).
quiser, pode fazer com que o modelo funcione com apenas um tipo (Chassignet et al.,
2006b).
Segundo Chassignet et al. (2006b), toda a transição entre coordenadas é possível graças
à liberdade do esquema numérico de variar o espaço vertical entre superfícies de coordenada - quer dizer: o HYCOM consegue utilizar mais de um tipo de coordenada
porque tem a liberdade de variar a espessura das camadas definidas pelo usuário.
Em conseqüência disso, são implementados uma série de processos físicos de pequena
escala (e.g. detrainment da camada de mistura, ajuste convectivo e interação gelo-mar)
sem que o modelo perca eficiência computacional.
Em termos físicos, a espessura de uma camada varia por meio da inserção ou retirada
de água através de fluxos de massa entre camadas promovidos pelo modelo. Mais
detalhes sobre esse processo e sobre como o modelo garante uma transição suave entre
os tipos de coordenada podem ser obtidos em Chassignet et al. (2006b) e Bleck (2002).
4.2
Equações Governantes
O HYCOM é um modelo barotrópico e baroclínico que se baseia em cinco equações
prognósticas: duas para as componentes horizontais da velocidade (u e v, 1), uma para
a espessura da camada (equação da continuidade, 2) e duas equações de conservação
para dois pares de variáveis termodinâmicas (como temperatura e salinidade ou salinidade e massa específica, 3).
De acordo com Bleck (2002), em um sistema escrito em coordenadas (x,y,s), onde s é
17
uma das três coordenadas que o HYCOM utiliza, após integração vertical, as fórmulas
das equações prognósticas ficam da maneira a seguir:
∂~v
~v 2
∂p ∂~v
g
~
+∇s +(ζ+f )k×~v + ṡ
+∇s M −p∇s α =
(~τtop −~τbot )+(∆p)−1 ∇s ·(ν∆p∇s~v )
∂ts
2
∂s ∂p
∆p
(1)
∂
∂p
∂p
∆p + ∇s · (~v ∆p) + ṡ
− ṡ
=0
∂ts
∂s bot
∂s top
(2)
∂
∂p
∂p
θ∆p + ∇s · (~v θ∆p) + ṡ θ
− ṡ θ
= ∇s · (ν∆p∇s θ) + Hθ
∂ts
∂s bot
∂s top
(3)
onde ~v = (u, v) representa o vetor da velocidade horizontal, p a pressão, θ as variáveis termodinâmicas, α =
1
ρpot
o volume específico potencial, ζ ≡
∂v
∂xs
−
∂u
∂ys
a vorti-
cidade relativa, M ≡ gz + pα o Potencial de Montgomery, gz ≡ φ o geopotencial, f
o parâmetro de Coriolis, ~k o vetor unitário na direção vertical, ν o coeficiente de viscosidade/difusividade, ~τ o vetor de tensão de cisalhamento do vento ou de atrito de
fundo, Hθ o somatório dos termos diabáticos (incluindo mistura diapicnal) atuando
em θ, ∆p = pinf − psup o gradiente de pressão vertical e ṡ ∂p
o fluxo vertical de massa
∂s
através da superfície s. Subscritos indicam quais das variáveis permanecem constantes
durante a diferenciação parcial.
O código do modelo ainda inclui uma série de equações diagnósticas, dentre elas, a
equação da relação hidrostática (4), a equação de estado da água do mar (5 - Bleck et
al., 2002) e uma associada ao fluxo de massa entre camadas que governa o esquema de
coordenada híbrida, da qual deriva o algoritmo conhecido como "grid generator"
(Bleck, 2002).
∂M
=p
∂α
(4)
σ(T, S, p) = C1 (p) + C2 (p)T + C3 (p)S + C4 (p)T 2 + C5 (p)ST + C6 (p)T 3 + C7 (p)ST 2 (5)
Vale ressaltar que a Equação de Estado (5) é a que relaciona a temperatura potencial
(T ), a salinidade (S) e p com a massa específica em σ para uma certa pressão de refer18
ência (densidade potencial).
Assim como o modelo de Blumberg & Mellor (1987), as equações prognósticas são discretizadas horizontalmente em uma grade do tipo C de Arakawa (Arakawa & Lamb,
1977), que é composta por subgrades com defasagem espacial entre elas que faz com
que os pontos de cálculo de u e v sejam diferentes dos pontos de cálculo de vorticidade,
massa, temperatura, pressão, elevação superficial e gradiente de pressão.
Outra semelhança entre o POM e o HYCOM é o calculo diferenciado entre modo
barotrópico e modo baroclínico. No HYCOM, as componentes barotrópicas são integradas temporalmente com um passo de tempo menor em um esquema de discretização forward-backward ou upwind (avançado no tempo e retardado no espaço),
enquanto que as componentes baroclínicas são calculadas com um passo de tempo
mais longo em um esquema leapfrog (centrado no tempo e espaço). A interação entre
os dois modos é feita a cada passo de tempo baroclínico (Bleck, 2002).
4.3
Condições de Contorno Laterais
De acordo com Bleck et al. (2002), a versão mais atual do HYCOM disponibilizada publicamente (versão 2.1.34) é equipada com dois tipos de condições de contorno laterais:
relaxamento newtoniano (nudging) em camadas esponja e bordas completamente abertas.
No caso da condição do tipo relaxamento newtoniano, temperatura (T ), salinidade (S)
e nível de pressão (p) são atualizados a cada passo de tempo como mostrado a seguir:
k
Tt+1
= Ttk + ∆tµ(T̂tk − Ttk )
k
St+1
= Stk + ∆tµ(Ŝtk − Stk )
(6)
pkt+1 = pkt + ∆tµ(p̂kt − pkt )
onde o acento circunflexo denota o valor para o qual a variável está sendo relaxada
(valor presente na climatologia de referência), k o número da camada e µ−1 a escala de
tempo de relaxação que o usuário configura para cada linha de grade onde tal condição
é desejada. Dependendo da configuração desejada, a relaxação ocorre de forma diferenciada de uma variável pra outra. No caso de uma simulação que utiliza n camadas
híbridas, T , S e p são relaxadas nas n camadas superiores, enquanto que, nas camadas
inferiores, apenas as variáveis S e p são relaxadas e T é diagnosticada por 5.
19
Já o esquema de condição de contorno do tipo borda aberta apresenta as seguintes
características (Bleck et al., 2002):
1. As bordas não são diferenciadas em bordas de entrada e de saída de fluxo;
2. As condições de contorno para o modo barotrópico e baroclínico são formuladas
separadamente;
3. Condições de contorno do tipo "bem-postas" desenvolvidas por Browning & Kreiss
são implementadas no campo de pressão e nas velocidades normais ao contorno
(Bleck et al., 2002);
4. A componente da velocidade barotrópica tangencial ao contorno é prescrita;
5. As velocidades baroclínicas normais ao contorno e os fluxos de massa totais
(baroclínicos e barotrópicos) são prescritos;
6. As velocidades baroclínicas tangenciais ao contorno são relaxadas para valores
prescritos;
7. Outras condições de contorno para o modo baroclínico são aplicadas não apenas
no contorno, mas em uma zona de amortecimento finita anexada a ele.
20
5
Metodologia
Para que os objetivos do presente trabalho fossem alcançados, elaborou-se uma estratégia metodológica baseada na execução de cinco simulações de trinta anos da circulação
na bacia dos Oceanos Atlântico Sul e parte do Equatorial em um domínio numérico
tridimensional que vai de 80o S até 30o N e de 70o W a 25o E. A grade numérica é uniforme, com espaçamento de 0,5o , 191 pontos longitudinais, 221 pontos latitudinais e
22 camadas (Figura 8). Os valores de densidade potencial alvo correspondentes a cada
uma dessas camadas podem ser vistos na Tabela 4 da Seção 5.2.
20oN
0o
Latitude
20oS
o
40 S
60oS
80oS
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
18oE
Figura 8: Vista apical da grade numérica utilizada nas simulações do presente trabalho. Os pontos de
terra foram cobertos pela máscara verde para facilitar a localização dos continentes.
21
A diferença entre as cinco simulações se encontra nas CCLs aplicadas. Na primeira
simulação, aplicou-se bordas laterais fechadas com condição de contorno do tipo relaxamento newtoniano para os campos termohalinos da base de dados que inicializou
as simulações (descrita mais adiante na Seção 5.1.3), enquanto que, nas demais, foram
abertas todas as bordas laterais que são abertas na realidade (i.e. as da interface do
domínio com o Atlântico Norte, com o Índico e com o Pacífico).
Também nas bordas abertas, aplicou-se relaxamento newtoniano com as mesmas configurações da aplicada na borda fechada. Essa relaxação se deu em zonas de transição
de 2,5o de largura e tempo de restauração com decrescimento linear de 120 dias (limite
externo) para 20 dias (limite interno) através de cinco linhas de grade - como aplicado
no modelo-exemplo baixado de COAPS (2008).
Além do relaxamento newtoniano, diferentes valores de transporte de volume barotrópico
foram aplicados em cada uma das bordas abertas (divididas em seis portas) para aumentar a realidade das simulações na tentativa de ajudar a "encaixar" o domínio do
presente estudo na circulação oceânica global.
Esses valores são médias extraídas dos resultados de uma implementação do modelo
MOM 4.0 desenvolvida por Assad (2006) como um modelo do clima oceânico global.
A localização das portas são explicitadas na Tabela 2 e Figura 9. Já na Tabela 3 são
mostrados os valores de transporte impostos em cada experimento. Repare que, a
partir da primeira simulação (cujas configurações visaram o equilíbrio de massa no
domínio), os únicos valores que mudaram de uma simulação para outra são os das
portas amarela e ciano.
Tabela 2: Limites geográficos das diferentes portas implementadas no domínio.
Porta
Longitude (o E) Latitude (o N)
Inicial Final
Inicial Final
Amarela -70.0
-70.0
-67.0
-56.0
Vermelha -70.0
-70.0
11.5
18.0
Verde
-70.0
-70.0
19.0
30.0
-70.0
-13.0
30.0
30.0
Azul
Rosa
25.0
25.0
-39.0
-37.0
Ciano
25.0
25.0
-70.0
-39.5
Os diferentes transportes aplicados na porta amarela permitiram analisar a influência
do transporte de volume no Estreito de Drake na CB desde um estado de ausência
de transporte, 0Sv, até o valor extraído do modelo de Assad (2006), 141,5Sv - que está
dentro do intervalo publicado como medição direta por Whitworth & Peterson (1985),
140±6Sv. Os valores intermediários correspondem a uma aproximação da metade do
22
30
20
10
0
Latitude (°N)
−10
−20
−30
−40
−50
−60
−70
−80
−60
−40
−20
Longitude (°E)
0
20
Figura 9: Localização das diferentes portas do domínio do modelo abertas a transporte barotrópico.
Tabela 3: Valores de transporte de volume (Sv) aplicados nas diferentes portas do domínio nas diferentes simulações. Valores positivos indicam fluxos que entram no domínio.
Porta
Amarela
Vermelha
Verde
Azul
Rosa
Ciano
Simulação A
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
Simulação B
70.000
-2.055
-3.268
1.300
10.000
-75.977
Simulação C
110.000
-2.055
-3.268
1.300
10.000
-115.977
Simulação D
125.000
-2.055
-3.268
1.300
10.000
-130.977
Simulação E
141.500
-2.055
-3.268
1.300
10.000
-147.477
transporte de referência, 70Sv, ao transporte estimado por Peterson & Stramma (1991),
110Sv, e a um valor intermediário entre 110 e 141,5Sv: 125Sv.
Os valores aplicados na porta ciano, por sua vez, foram calculados de forma que o
equilíbrio de massa no domínio fosse mantido. Vale ressaltar que o transporte imposto na simulação E está dentro da faixa de valores extraídos do modelo de referência
(143,9±10,8Sv).
Além da porta ciano, a porta rosa também não teve valores extraídos do modelo de
Assad (2006), pois já se tinha em referência que em média 10Sv da CA entram no
Atlântico Sul nessa região (Gordon, 1985).
Na borda sul (interface do domínio com o continente antártico) ocorrem importantes
processos de formação e derretimento de gelo, que foram modelados pelo sub-modelo
23
de empréstimo de energia (Energy-Loan Model) contido na versão do HYCOM utilizada
no presente trabalho. Esse é um modelo termodinâmico apenas (i.e. ele não modela
movimentos de blocos de gelo), mas, de qualquer maneira, evita que a coluna d’água
se torne irrealmente fria em algumas situações, o que permite à equação de estado do
mar funcionar estavelmente em todo o domínio.
A seguir, são descritos os dados de entrada utilizados nas simulações e os passos seguidos para que as mesmas fossem rodadas e seus produtos interpretados.
5.1
Dados de entrada
A qualidade de uma simulação computacional é proporcional não somente à qualidade do modelo numérico, mas também à dos dados que o forçam. Um modelista
numérico deve sempre buscar utilizar bases de dados relativamente novas, de adequada distribuição espaço-temporal e provenientes de fonte confiável. As bases de
dados utilizadas no presente trabalho são relativas à batimetria, forçantes atmosféricas
e forçantes termohalinas.
5.1.1
Batimetria
Kantha & Piacsek (1995) consideram a profundidade do fundo marinho um dos parâmetros mais importantes para a obtenção de um modelo numérico válido. Infelizmente,
dados batimétricos não estão disponíveis em alta qualidade em qualquer lugar do
planeta. Regiões próximas de países bem desenvolvidos e em rotas de navegação são
claramente melhor cobertas do que as restantes, como todo o hemisfério sul.
É comum interpretar-se a resolução da grade de uma base batimétrica como sinal da
qualidade dos dados que ela carrega. Essa relação nem sempre é válida. A forma como
os dados de uma grade foram obtidos e interpolados parece influenciar muito mais na
qualidade da mesma do que a forma como eles são disponibilizados.
Marks & Smith (2004) compararam a qualidade de seis bases batimétricas de acesso
livre e observaram que a batimetria GEBCO (que é amplamente utilizada em modelos
numéricos por apresentar resolução de 1’) é artificialmente alisada pois foi interpolada
a partir de dados digitalizados de curvas de contorno feitas a mão disponíveis em cartas de papel. Esses mesmos autores citam que a melhor batimetria de domínio público
disponível na época era a de Smith & Sandwell (1997), baseada tanto em dados de
24
7000
20oN
6000
0o
5000
20oS
Latitude
4000
40oS
3000
2000
60oS
1000
80oS
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
18oE
Figura 10: Mapa batimétrico na região de simulação para efeito de ilustração das condições de contorno de fundo.
satélite como em sondagens in situ (ocean soundings). Essa base foi recentemente revisada e disponibilizada em uma grade de 1’, mas, infelizmente, não cobre toda a área
do presente estudo. Optou-se, por fim, pela utilização da base de dados ETOPO2v2
(NOAA/NGDC, 2008), que dispõe toda a batimetria de Smith & Sandwell (1997) na
região da CB e a da DBDBV (Digital Bathymetric Data Base Variable Resolution, do U.S.
Naval Oceanographic Office da marinha americana) ao sul de 72o S em uma grade de 2’
de resolução.
A batimetria foi interpolada ao domínio em células de 10x10’, considerando-se como
terra toda as profundidades menores que 20m. O resultado é ilustrado na Figura 10.
5.1.2
Forçantes Atmosféricas
Grande parte das correntes superficiais observadas nos oceanos (em todos as escalas
espaço-temporais) tem o movimento de massas de ar como forçante predominante.
Por conta disso, a tensão do vento na superfície marinha deve ser considerado em um
modelo oceânico para que se obtenha uma adequada simulação no âmbito dos fluxos
de quantidade de movimento para a coluna d’água e conseqüente movimento de massas de água. Todavia, a tensão do vento não constitui a única forçante atmosférica que
atua na dinâmica dos oceanos; os fluxos de calor da interface ar-mar também agem
25
na circulação oceânica global que, junto às células de circulação atmosférica, está associada à distribuição para latitudes mais altas da energia solar predominantemente
captada em regiões tropicais.
Na página do Consórcio HYCOM na internet (COAPS, 2008), é disponibilizada uma
versão da base de forçantes atmosféricas COADS (Comprehensive Ocean-Atmosphere Data
Set project, NOAA & NCAR, 2008) adaptada para entrada no HYCOM. Essa é a base de
dados que foi utilizada no presente trabalho para a inserção em esquema one way das
forçantes atmosféricas vento, temperatura do ar em superfície, fluxo de calor e vapor
d’água no modelo.
A base de dados COADS é uma coleção feita pelo National Oceanic and Atmospheric Administration Climate Diagnostics Center (NOAA/CDC) em parceria com o National Center
for Atmospheric Research (NCAR) de observações feitas na superfície dos oceanos entre
1784 e 1997. Os cientistas envolvidos nesse projeto buscaram integrar todos os conjuntos de dados digitalizados medidos in situ que conteriam informação de qualidade
relativamente válida. As medições foram feitas a partir de diversos tipos de navios
(mercantes, oceanográficos, de pesca, das marinhas nacionais etc.) e de bóias de deriva
e fundeadas.
Hoje a base de dados disponibiliza, para todo o globo, médias mensais de dados medidos entre 1800 e 1997 de pressão atmosférica, pressão superficial, temperatura do ar,
fluxo de calor, temperatura da superfície dos oceanos, umidade, vapor d’água, vento
superficial, nebulosidade e condições meteorológicas (weather) em uma grade de 2o .
No caso específico da base utilizada, entram no domínio doze campos de médias mensais extraídas entre 31 de dezembro de 1901 e 31 de dezembro de 1997, com exclusão
do ano compreendido entre 16 de janeiro de 1904 e 16 de janeiro de 1905. As Figuras
11 e 12 ilustram esses campos para o mês de janeiro.
5.1.3
Forçantes Termohalinas
A distribuição espacial de massas de água governam a circulação de grande escala
nas bacias oceânicas em camadas distantes da ação dos ventos. Esse movimento é
conhecido como circulação termohalina e é caracterizado por correntes cuja componente baroclínica de suas velocidades predomina sobre a barotrópica. Adicionalmente,
muitas correntes classificadas como superficiais possuem a componente baroclínica
de suas velocidades influenciando consideravelmente em seu fluxo, como é possível
que ocorra com a própria CB (Stommel, 1965). Dessa forma, é essencial que modelos
26
20oN
0.14
0o
0.12
0.1
Latitude
20oS
0.08
o
40 S
0.06
o
60 S
0.04
0.02
80oS
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
18oE
Figura 11: Campo de tensão do vento em superfície (W.m-2 ) interpolado ao domínio a partir da base
COADS para o mês de janeiro. A escala de cores representa o módulo desses vetores.
oceânicos computacionais, especialmente os que abrangem grandes profundidades em
seu domínio, derivem de modelos numéricos que consideram a circulação dirigida por
diferenças de temperatura e salinidade.
Kantha & Piacsek (1995) lembram que a coleta de dados termohalinos em mar é relativamente cara (especialmente quando se amostra regiões profundas) mas que - como
a maior parte das massas de água mudam de forma consideravelmente lenta (em escalas de tempo de centenas de anos) - esses campos podem ser abordadas como quasiestacionários - pelo menos os de massas de água mais profundas.
Aplicando-se essa idéia, foi possível construir climatologias de temperatura e salinidade a partir de dados históricos arquivados em instituições oceanográficas como a
norte-americana NODC (National Oceanographic Data Center). Uma dessas climatologias é a desenvolvida por Levitus (1984), que hoje está disponível ao público geral na
forma de médias mensais ou anuais distribuídas em uma grade de 1o e 33 níveis de
profundidade que vão desde a superfície até aproximadamente 5000m.
Uma adaptação da base de dados Levitus disponível em COAPS (2008) inicializou os
campos termohalinos das simulações do presente trabalho. Além de ser uma tradução
(para formato legível pelo HYCOM) do arquivo original disponível em NOAA/NODCa
(2008), essa base também inclui uma mudança no perfil vertical de densidade potencial
para que ele se tornasse estável e uma extrapolação para cima da terra e para dentro
27
220
o
o
20 N
20 N
200
30
180
0o
0o
25
160
TEMPERATURA
DO AR
RADIACAO
INCIDENTE
15
40oS
140
20oS
20
Latitude
Latitude
20oS
120
40oS
100
80
10
60oS
60oS
60
5
40
20
0
80oS
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
80oS
18oE
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
18oE
0.035
20oN
20oN
260
0.03
240
0o
0o
220
RADIACAO
EMITIDA
VAPOR
D’AGUA
200
180
o
40 S
0.025
20oS
Latitude
Latitude
20oS
160
0.02
o
40 S
0.015
140
o
60 S
120
o
60 S
0.01
100
0.005
80
o
80 S
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
o
80 S
18oE
54oW
36oW
18oW
Longitude
0o
18oE
Figura 12: Campos de temperatura do ar (o C), radiação de onda longa/incidente (W.m-2 ), radiação de
onda curta/emitida (W.m-2 ) e vapor d’água (kg.kg-1 ), respectivamente (linha por linha), interpolados ao
domínio a partir da base COADS para o mês de janeiro.
do fundo marinho para que interpolações em grades mais refinadas fossem facilitadas.
A Figura 13 ilustra os campos termohalinos que inicializaram as simulações em uma
seção do domínio.
28
0
25
Profundidade (m)
1000
20
2000
15
3000
10
4000
5
5000
0
−70
−60
−50
−40
−30
−20
Latitude (°N)
−10
0
10
20
0
37
36.5
Profundidade (m)
1000
36
2000
35.5
3000
35
4000
34.5
34
5000
−70
−60
−50
−40
−30
−20
Latitude (°N)
−10
0
10
20
Figura 13: Campos termohalinos interpolados a partir de dados da base Levitus em seção meridional
na longitude 25o W. Painel superior: temperatura (o C). Painel inferior: salinidade.
5.2
Etapas Técnicas
Os passos técnicos do presente projeto - desde a obtenção do modelo-exemplo até a visualização dos parâmetros que levaram a conclusões em relação ao que foi objetivado foram agrupadas didaticamente em duas grandes etapas: Modelagem Computacional
e Pós-Processamento, seguindo-se as definições expostas em Rosman (2006). Os passos
de cada uma dessas etapas foram esquematizadas nas Figuras 14 e 15 e são detalhados
a seguir.
5.2.1
Modelagem Computacional
Nessa etapa, pela qual foi possível a geração de dados oceanográficos, obteve-se, primeiramente, o modelo-exemplo (ATLb2.00 versão 2.1.34), os algoritmos de pré e pós processamento (versão 2.1) e o manual (Bleck et al., 2002) e guia (Wallcraft et al., 2003) do
usuário disponíveis em COAPS (2008).
29
30
Figura 14: Diagrama dos passos da etapa Modelagem Computacional.
31
Figura 15: Diagrama dos passos da etapa Pós-Processamento. *Passo ignorado na análise dos resultados nos dias 052 e 232 (consulte a Seção 6.2).
Com esses materiais e arquivos, foi possível implementar o modelo em um cluster de
seis servidores Sun Fire X2200 M2, com dois processadores AMD Opteron 2220 dual
core cada. Tal cluster possui, no total, 24 núcleos de processamento, 4GB de memória
RAM DDR2 e 2TB de disco rígido funcionando em sistema operacional Sun Solaris 10.
Uma vez que o HYCOM estava "instalado", obteve-se as bases COADS e Levitus e
adaptou-se a base ETOPO2v2 para entrada no modelo. Logo após isso, construiu-se a
grade numérica e uma máscara de terra-mar para a mesma e seguiu-se para a aplicação
de condições de contorno de fundo (batimetria) e superficiais (forçantes atmosféricas).
No momento da aplicação de condições iniciais (forçantes termohalinas), foi necessária
a escolha da estrutura isopicnal do modelo para que, posteriormente, os dados de temperatura e salinidade em níveis de pressão fossem interpoladas nessa. Optou-se pelos
níveis aplicados à região-exemplo disponibilizada (Atlântico Norte), que estão expostos na Tabela 4.
Outra escolha necessária foi a do nível de densidade potencial, que poderia ser σ0
(que considera que a massa d’água está a um nível de pressão de 0dbar) ou σ2 (que
considera que a massa d’água está a um nível de pressão de 2000dbar). Como a CB é
o processo oceanográfico de interesse no presente trabalho, optou-se pela utilização de
massa específica em σ0 . Mais informações sobre a representação de massa específica
em densidade potencial podem ser obtidas em Stewart (2005, p. 87).
Tabela 4: Valores-alvo de σ0 (kg.m-3 ) de cada uma das camadas consideradas no modelo.
Camada
σ0
Camada
σ0
01
19.50
12
26.52
02
20.25
13
26.80
03
21.00
14
27.03
04
21.75
15
27.22
22.50
16
27.38
05
23.25
17
27.52
06
07
24.00
18
27.64
08
24.70
19
27.74
09
25.28
20
27.82
10
25.77
21
27.88
11
26.18
22
27.94
Buscando-se diminuir o tempo de processamento das simulações, fez-se uso da computação paralela, que permitiu a divisão do domínio em seis subdomínios com mesmo
número de pontos de mar para que cada um fosse integrado por um nó do cluster
em consonância com o processamento dos outros. A divisão é ilustrada na Figura 16.
Observe que o próprio algoritmo de divisão dos subdomínios exclui sub-regiões retan32
Figura 16: Ilustração dos subdomínios com mesmo número de pontos de mar resultantes da divisão
do domínio maior para a paralelização da integração entre as seis máquinas do cluster utilizado no presente trabalho. A região pintada de rosa representa uma região excluída para agilizar o processamento.
gulares formadas apenas por pontos de terra (Chassignet et al., 2006a).
Após essa divisão, a compilação do modelo foi possível. O passo que seguiu foi
o de configuração dos diferentes experimentos (configuração das CCLs) para que,
depois, eles fossem rodados dentro do programa. Cada integração de trinta anos
durou, em média, treze dias com os passos de tempo utilizados (baroclínico=432s e
barotrópico=36s, como na região de exemplo) e, ao final de cada um deles, foram obtidos arquivos binários convertíveis para NetCDF (Network Common Data Form).
5.2.2
Pós-Processamento
Depois que os dados oceanográficos foram gerados, passou-se para o processamento
desses, que incluiu, primeiramente, a compilação de um arquivo de médias do último
ano de simulação para cada experimento sobre o qual foram baseados os três passos
descritos abaixo:
• Extração de campos horizontais de velocidade e temperatura superficial para estimativa das latitudes em que a CB se origina e se separa da costa superficialmente e observação dos padrões espaciais que essa apresenta.
• Extração de campos verticais de velocidade meridional/zonal em seções da CB
para estimativa dos limites transversais da corrente, identificação da velocidade
máxima e observação de outras CCOs da margem continental brasileira.
33
• Construção de perfis verticais de transporte de volume em seções transversais à
CB para estimativa da vazão e extensão vertical da corrente. A integração dos
transportes foi limitada horizontalmente pelos limites transversais da CB identificados a partir de perfis verticais de velocidade. A profundidade máxima da
corrente, por sua vez, foi considerada como o nível em que ocorre a primeira
inversão do sentido do vetor de transporte de volume na coluna d’água.
Os parâmetros transporte de volume e velocidade máxima da CB por seção provenientes dos procedimentos acima foram comparados de experimento para experimento
e com as faixas de valores da Tabela 5, gerada a partir de agrupamentos das informações presentes na Tabela 1 para as seções amostradas. Como ilustrado na Figura 17,
as seções se localizaram em 15o S (normal a Ilhéus, BA), 22o S (normal ao Cabo de São
Tomé, RJ), 42o W (normal ao lado sul de Arraial do Cabo, RJ), 28o S (normal a Imbituba,
SC) e 34o S (normal a Chuí, RS).
8oS
15oS
16oS
Latitude
22oS
24oS
42oW
28oS
32oS
34oS
40oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
Figura 17: Localização das cinco seções do Atlântico Sul Ocidental consideradas na análise dos
padrões cinemáticos verticais da CB.
34
Os campos de Temperatura Superficial do Mar (TSM), por sua vez, tiveram como referência climatologias da base de TSM PathFinder (NOAA/NODCb, 2008), que foram
construídas a partir de médias de dados de qualidade máxima medidos por sensor
AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) dos satélites da série Tiros-NOAA
entre 1985-2001. A máscara de terra-mar utilizada na confecção dessas climatologias
apresenta o erro mostrado na Figura 18 que é refletido nas imagens analisadas no presente trabalho.
Tabela 5: Faixas de valores de referência de transporte de volume e velocidade máxima da CB nas
cinco seções amostradas de acordo com os dados expostos na Tabela 1. Uma vez que esses dados apresentaram uma variabilidade relativamente alta, uma tolerância de 1o de latitude para norte e para sul foi
aplicada em cada seção. Uma única referência compõe a faixa em 15o S e nenhuma compõe em 34o S
Latitude Transporte de
Velocidade
o
( S)
volume (Sv) Máxima (cm.s-1 )
15
6,0 - 6,0
16 - 16
22
2,2 - 11,0
19 - 70
1,3 - 14,0
25 - 75
24
11,4 - 16,0
70 - 70
28
34
Figura 18: Ilhas irreais presentes nas climatologias de TSM da base Pathfinder causadas por um erro
na máscara de terra-mar utilizada na confecção das mesmas. Fonte: modificada de NOAA/NODCb
(2008).
35
6
Resultados e Discussão
6.1
Análise de Médias do Último Ano de Integração
6.1.1
Padrões Cinemáticos Horizontais
Os mapas de velocidades horizontais gerados no pós-processamento de médias do
último ano de integração de cada experimento são mostrados nas Figuras 19 e 20.
A Figura 19, especificamente, mostra os campos de velocidade na superfície do mar e
como eles se relacionam com o campo de profundidade local. Nos resultados de todos
os experimentos, é possível se observar uma CB bem evidente com padrões relativamente semelhantes aos dos descritos na Seção 3.1. Segundo esses mapas, na maior
parte do seu trajeto, a CB segue, majoritariamente, a região do talude continental e, em
alguns locais, como na Bacia de Santos, apresenta seu fluxo significativamente sobre a
plataforma continental, condizendo com o observado por Castro (1996). Em todos os
experimentos, se repara, ainda, uma CB meridional ou com direção nordeste-sudoeste,
com exceção da região em torno de 24o S compreendida entre 41 e 44o W, onde a corrente
acompanha a mudança de direção da linha de costa e se mostra predominantemente
zonal.
As diferenças nos resultados, por sua vez, são visualizadas, principalmente, quando
se analisa as latitudes em que a CB se origina e se separa do talude continental e a
extensão longitudinal do processo - o que também é visto na Figura 20, que ilustra os
campos de velocidades horizontais em superfície de cada experimento com os campos
de módulo de velocidade em plano de fundo.
A Simulação A gerou uma CB consideravelmente extensa e veloz em superfície e, relativamente, fora dos padrões descritos na bibliografia. Segundo essa simulação, em
alguns pontos, se atinge velocidades próximas de 120cm.s-1 , o ponto de origem em
superfície estaria ao norte de 8o S e a separação da costa ocorreria em torno de 44o S.
36
5000
5000
9oS
9oS
4500
4500
SIMULACAO A
SIMULACAO B
4000
4000
18oS
18oS
3500
3500
3000
2500
Latitude
Latitude
3000
27oS
27oS
2500
2000
2000
36oS
36oS
1500
1500
1000
1000
45oS
45oS
500
500
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5000
9oS
4500
SIMULACAO C
4000
18oS
3500
Latitude
3000
27oS
2500
2000
36oS
1500
1000
45oS
500
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5000
5000
9oS
9oS
4500
4500
SIMULACAO D
SIMULACAO E
4000
4000
18oS
18oS
3500
3500
3000
2500
Latitude
Latitude
3000
27oS
27oS
2500
2000
2000
36oS
36oS
1500
1500
1000
1000
45oS
45oS
500
500
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
Figura 19: Campos médios de velocidades horizontais no último ano de integração em 0m de profundidade nas cinco diferentes simulações. A escala de cores representa a batimetria (m).
37
9oS
9oS
1
SIMULACAO A
1
SIMULACAO B
18oS
18oS
27oS
0.6
36oS
0.8
Latitude
Latitude
0.8
27oS
0.6
36oS
0.4
0.4
0.2
0.2
45oS
45oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
0
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
9oS
1
SIMULACAO C
18oS
Latitude
0.8
27oS
0.6
36oS
0.4
0.2
45oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
9oS
40oW
0
32oW
9oS
1
SIMULACAO D
1
SIMULACAO E
18oS
18oS
27oS
0.6
36oS
0.8
Latitude
Latitude
0.8
0.4
27oS
0.6
36oS
0.4
0.2
45oS
0.2
45oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
Figura 20: Campos médios de velocidades horizontais no último ano de integração em 0m de profundidade nas cinco diferentes simulações. A escala de cores representa o módulo de velocidade (m.s-1 ).
38
Nas demais simulações, os padrões apresentados mostraram-se relativamente mais
próximos dos da bibliografia, com uma queda nos valores máximos de velocidade
horizontal e uma diminuição da extensão longitudinal da corrente associada a pontos
de origem mais ao sul e de separação da costa mais ao norte que os da Simulação A.
Ainda segundo esses mapas, entre as Simulações B, C, D e E, as maiores diferenças estão no ponto de origem da corrente e no padrão como a corrente se separa da costa: no
experimento E, antes de virar para o oceano, a corrente corre paralelamente à quebra
de plataforma de forma mais afastada da costa que as demais e, quando ela muda de
direção, forma-se um jato (que provavelmente representa o início da CAS) na direção
sul-sudeste, enquanto que em C e D eles se dirigem para NE (como que fechando de
forma mais evidente a feição vortical presente no local) e, em B, se forma uma região
de baixa energia em superfície.
A Tabela 6 mostra os pontos de origem e separação da costa em cada simulação extraídos das Figuras 19 e 20. Já a Figura 21 mostra como as latitudes de origem e separação
da costa se relacionam com o aumento do transporte em Drake. Considerando-se que
os pontos climatológicos de origem e de separação da costa estejam em 10o S (Soutelino,
2008) e em 38o S (Cirano et al., 2006), respectivamente; dentro da escala analisada, as
Simulações D e E mostraram-se mais representativas e o aumento no transporte em
Drake, de uma forma geral, promoveu uma "migração" do ponto de origem para sul e
do ponto de separação para norte.
Ainda a partir dos mapas das Figuras 19 e 20, foi possível se identificar as cinco seções
mais perpendiculares à CB (p. 34) onde foram extraídos os perfis verticais mostrados
nas Figuras 22, 23, 24, 25 e 26. Observe que as escalas de cores se diferem de uma seção
para a outra.
Tabela 6: Latitudes de origem e separação da costa da CB observadas a partir de médias do último
ano de integração de cada uma das cinco diferentes simulações.
Simulação
A
B
C
D
E
Origem em
Separação em
o
superfície ( S) superfície (o S)
7.50
44.00
11.50
38.00
14.00
39.00
10.50
38.50
10.50
38.50
39
6.1.2
Padrões Cinemáticos Verticais
Nos perfis de velocidade meridional em 15o S (Figura 22), novamente, as maiores diferenças se encontram quando se compara a Simulação A com as demais. Em todas as
simulações, além do fluxo da CB, é notada a presença de um fluxo para norte que, de
acordo com a Figura 4, poderia ser o da CCI ou da Sub-Corrente Norte do Brasil (SNB)
e de um para sul abaixo desse - provavelmente da Corrente de Contorno Profunda
(CCP), que carrega APAN do hemisfério norte para o hemisfério sul. Entretanto, na
Simulação A, a CB parece ser super-estimada em comparação com as demais correntes
(atingindo profundidades maiores que nas demais simulações) enquanto que a CCP se
mostra relativamente fraca, como também observado por Cox (1989).
As velocidades máximas da CB observadas nessa seção variaram entre 13 e 45cm.s-1 ,
sendo o maior valor observado na Simulação A e o menor na Simulação C, que é a que
mostrou o ponto de origem mais ao sul (Tabela 6). O valor observado na Simulação B
(13cm.s-1 ) é o mais próximo do da Tabela 5 (16cm.s-1 ) e os das Simulações D e E foram
iguais (21cm.s-1 ).
Em 22o S (Figura 23), em todos os experimentos, a CCP se mostra relativamente fraca
(não sendo identificada na Simulação A), enquanto que se nota uma CB bem desenvolvida e veloz. Visualmente, é possível inferir que, nas simulações A e B, a relação
extensão vertical/extensão horizontal da CB se mostra maior que nas restantes, isto
5
ORIGEM
10
Latitude (oS)
15
20
25
30
35
SEPARAÇÃO DA COSTA
40
45
0
50
100
Transporte configurado em Drake(Sv)
150
Figura 21: Relação entre o transporte imposto em Drake e as latitudes em que a CB se origina e se
separa da costa. Os pontos verdes marcam as latitudes de origem da CB, enquanto que os vermelhos o
fazem para as de separação da costa. As linhas tracejadas indicam os valores de referência para a latitude
de origem (de acordo com Soutelino,2008) e separação da costa (de acordo com Cirano et al.,2006).
40
0
Profundidade (m)
0
0
0
500
0
0.1
0
0
0
1000
0
1500
−0.1
2000
0
2500
−0.2
3000
−0.3
0
3500
SIMULACAO A
4000
−38.5
−38
0
−37.5
−37
Longitude (°E)
−36.5
0
0
−36
−35.5
0
0
0.1
Profundidade (m)
500
0
1000
0
1500
0
0
−0.1
2000
2500
0
−0.3
SIMULACAO B
−38
0
0
−37.5
−37
Longitude (°E)
−36.5
−36
−35.5
0
0.1
1000
0
1500
0
−0.1
0
2000
2500
−0.2
3000
−0.3
3500
0
0
SIMULACAO C
4000
−38.5
−38
−37.5
−37
Longitude (°E)
−36.5
−35.5
0
0
0
−36
−0.4
0
0.1
500
1000
0
0
1500
0
2000
−0.1
0
2500
−0.2
3000
3500
SIMULACAO D
4000
−38.5
0
−0.3
0
Profundidade (m)
−0.4
0
0
4000
−38.5
500
Profundidade (m)
−0.2
3000
3500
−38
−37.5
−37
Longitude (°E)
−36
0
0
0
−36.5
−35.5
−0.4
0
0.1
500
1000
0
0
1500
0
2000
−0.1
0
2500
−0.2
3000
3500
4000
−38.5
−0.3
SIMULACAO E
−38
0
Profundidade (m)
−0.4
−37.5
−37
Longitude (°E)
−36.5
−36
−35.5
−0.4
Figura 22: Perfis verticais de velocidade meridional média (m.s-1 ) no domínio da CB em 15o S no
último ano de integração em cada uma das cinco simulações. Valores positivos apontam para norte.
41
0
0
0
1000
−0.2
1500
−0.4
0
2000
−0.6
2500
3000
3500
4000
−40.5
−0.8
0
SIMULACAO A
−40
−39.5
−39
−38.5
−38
−37.5
Longitude (°E)
0
−37
−36.5
−36
−1
−35.5
0
0
0
500
0
1000
−0.2
0
1500
0
−0.4
2000
−0.6
2500
0
Profundidade (m)
0
0
Profundidade (m)
0
0
500
3000
3500
4000
−40.5
−0.8
SIMULACAO B
−40
−39.5
−1
−39
−38.5
−38
−37.5
Longitude (°E)
−37
−36.5
−36
−35.5
0
0
0
1000
−0.2
0
1500
−0.4
0
2000
2500
−0.6
3000
−0.8
3500
4000
−40.5
0
Profundidade (m)
500
SIMULACAO C
−40
−39.5
−1
−39
0
−38.5
−38
−37.5
Longitude (°E)
−37
−36.5
−36
−35.5
0
0
0
1000
−0.2
1500
0
−0.4
2000
0
Profundidade (m)
500
0
2500
3000
3500
4000
−40.5
−0.6
0
−0.8
SIMULACAO D
−40
−39.5
−1
−39
−38.5
−38
−37.5
Longitude (°E)
−37
−36.5
0
−35.5
0
0
500
Profundidade (m)
−36
0
1000
−0.2
1500
0
2000
−0.4
0
2500
−0.6
3000
−0.8
4000
−40.5
0
3500
SIMULACAO E
−40
−39.5
−1
−39
−38.5
−38
−37.5
Longitude (°E)
−37
−36.5
−36
−35.5
42
0
0
0.1
0
0
Profundidade (m)
500
1000
−0.1
0
0
0
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
SIMULACAO A
−0.5
2500
−27
−26.5
0 00
−26
−25.5
−25
Latitude (°N)
−24
−23.5
−23
0
0
0
0.1
0
0
500
Profundidade (m)
−24.5
0
1000
−0.1
−0.2
1500
0
−0.3
2000
−0.4
SIMULACAO B
−0.5
2500
−27
−26.5
−26
−25.5
0 0
−25
Latitude (°N)
−24.5
−24
−23.5
−23
0
0.1
0
Profundidade (m)
500
0
0
1000
−0.1
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
SIMULACAO C
−0.5
2500
−27
−26.5
−26
−25.5
0
−25
Latitude (°N)
−24.5
−24
−23.5
−23
0
0.1
0
Profundidade (m)
500
0
0
1000
−0.1
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
SIMULACAO D
−0.5
2500
−27
−26.5
−26
0
−25.5
−25
Latitude (°N)
0
0
−24.5
−24
−23.5
−23
0.1
0
Profundidade (m)
500
0
0
1000
−0.1
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
0
SIMULACAO E
−0.5
2500
−27
−26.5
−26
−25.5
−25
Latitude (°N)
−24.5
−24
−23.5
−23
Figura 24: Perfis verticais de velocidade zonal média (m.s-1 ) no domínio da CB em 42o W no último
ano de integração em cada uma das cinco simulações. Valores positivos apontam para leste.
43
0
0
0
0.1
Profundidade (m)
500
0
−0.1
1000
−0.2
1500
0
−0.3
2000
−0.4
2500
0
−0.5
SIMULACAO A
3000
−48.5
−48
−47.5
−0.6
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
0
−45
−44.5
−44
−43.5
−43
0
0.1
0
Profundidade (m)
500
0
0
−0.1
1000
0
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
2500
−0.5
0
SIMULACAO B
3000
−48.5
−48
−47.5
−0.6
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
−45
−44.5
−44
−43.5
−43
0
0.1
0
Profundidade (m)
500
0
0
−0.1
1000
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
2500
−0.5
3000
−48.5
−48
−47.5
0
SIMULACAO C
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
−45
−44.5
−0.6
−44
−43.5
0
0
0
500
Profundidade (m)
−43
0
0
−0.1
1000
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
−0.5
0
2500
SIMULACAO D
3000
−48.5
−48
−47.5
−0.6
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
0
−45
−44.5
−44
−43.5
−43
0
0.1
0
500
Profundidade (m)
0.1
0
0
−0.1
1000
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
−0.5
0
2500
SIMULACAO E
3000
−48.5
−48
−47.5
−0.6
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
−45
−44.5
−44
−43.5
−43
44
0
0
0
Profundidade (m)
0.2
0
0
500
0
1000
1500
−0.2
2000
−0.4
2500
3000
0
−0.6
3500
4000
−53
SIMULACAO A
−52
−51
−50
−49
Longitude (°E)
0
−46
−45
−0.8
0.2
0
0
0
1000
0
1500
0
Profundidade (m)
−47
0
0
500
−48
−0.2
2000
0
2500
−0.4
3000
−0.6
3500
4000
−53
0
SIMULACAO B
−52
−51
−50
−49
Longitude (°E)
−47
−46
−45
−0.8
0.2
0
0
0
500
0
0
0
1000
1500
−0.2
2000
0
Profundidade (m)
−48
−0.4
2500
0
0
3000
−0.6
3500
4000
−53
SIMULACAO C
−52
0
−51
−50
−48
−47
−46
−45
−0.8
0.2
0
0
0
0
500
Profundidade (m)
−49
Longitude (°E)
0
1000
1500
−0.2
2000
−0.4
2500
0
3000
−0.6
3500
4000
−53
SIMULACAO D
−52
−51
−50
−49
Longitude (°E)
−48
−47
−46
−45
0.2
0
0
0
1000
0
0
0
0
500
Profundidade (m)
−0.8
1500
−0.2
2000
0
−0.4
2500
0
3000
−0.6
3500
4000
−53
SIMULACAO E
−52
−51
−50
−49
Longitude (°E)
−48
−47
−46
−45
−0.8
45
é: a CB parece menos concentrada nas simulações com maior transporte em Drake.
Essa observação é comprovada quando se analisa as velocidades máximas dessa corrente, que decresceu com o aumento da entrada de água em Drake, sendo a máxima
mostrada na Simulação A (120cm.s-1 ) e a mínima na Simulação E (80cm.s-1 ). Todos
os valores de velocidade se mostraram acima dos da faixa de valores de referência
(Tabela 5).
Também em 22o S, não se percebe, em nenhum dos experimentos, um fluxo significativo para norte como em 15o S, o que pode indicar que a BiCSE no nível da AIA seja um
processo relativamente próximo da latitude 22o S ou que as correntes a ela associadas
não estejam presentes próximo à costa na região graficada. Como visto na Figura 4,
segundo Stramma & England (1999), a localização da BiCSE no nível da AIA ocorre
em 25 o S.
Já no transecto meridional localizado em 42o W (Figura 24), volta-se a perceber o fluxo
da CCI abaixo da CB nas Simulações B,C,D e E. Na Simulação A, é observada, visualmente, uma contra-corrente de velocidade considerável logo ao sul da CB, que, por
sua vez, apresenta uma extensão vertical consideravelmente maior que as dos demais
experimentos - o que pode estar relacionado à ausência do cisalhamento da CCI que
não parece estar presente nos resultados desse experimento.
As velocidades máximas mostraram-se próximas de 43cm.s-1 em todas as simulações,
com exceção da Simulação B, onde a velocidade foi 35cm.s-1 . Em todos os experimentos, esses valores estiveram dentro da faixa de referência (Tabela 5).
Em 28o S, observa-se um fluxo para norte correndo lateralmente à CB em todas as simulações e, com exceção do da Simulação A, também abaixo dessa. Novamente, a CB
da simulação A mostrou maior extensão vertical, entretanto, nessa seção, as maiores
velocidades máximas (e também mais próximas do valor de referência) foram observadas na Simulações B e C, 65 e 62 cm.s-1 , respectivamente.
Como já citado na descrição dos mapas da Figura 19, em 34o S (Figura 26), as maiores
diferenças são notadas na posição do eixo da CB em relação à quebra de plataforma.
Quanto maior o transporte em Drake, maior é essa distância, o que ocorre, provavelmente, devido ao aumento da capacidade da CM de afastar a CB e ocupar seu lugar
junto a costa. Em função desse deslocamento, o limite oeste da CB nessa latitude varia
de 53o W na Simulação A para 51o W na Simulação E.
Ainda em 34o S, um fluxo persiste seguindo para norte: lateralmente à CB na Simulação A e abaixo dessa nos demais experimentos. Uma vez que a presença de uma
46
CCO fluindo para norte também é percebida na seção em 28o S, os presentes resultados confrontam os padrões apresentados por Stramma & England (1999), pelos quais,
ao sul de 25o S, um único escoamento integrado na coluna d’água e seguindo para sul
caracterizaria a circulação na margem continental brasileira.
A análise dessas seções de velocidade permitiu a limitação transversal da CB nas diversas seções analisadas. Com esses limites, foi possível delimitar o domínio da CB
e, dentro desses, esquematizar os perfis verticais de transporte de volume vistos nas
Figuras 27, 28, 29, 30 e 31. Diferentes valores de profundidade da coluna d’água em
uma mesma seção são devidos aos desvios da CB normais à quebra de plataforma de
um experimento para outro já descritos acima.
Em 15o S (Figura 27), observa-se dois tipos de CB bem evidentes: uma CB de transporte
em torno de 8,6Sv atingindo 610m de profundidade na Simulação A e outra com transporte variando entre 0,2 e 1,3Sv correndo, aproximadamente, nos 100 primeiros metros
de coluna d’água (de forma mais semelhante da descrita na Seção 3.1) nas demais simulações.
Esse padrão de alta diferença entre a CB da Simulação A e as demais em termos
de transporte e extensão vertical é mantido nas seções de maior latitude. Em geral,
considerando-se a escala utilizada e as limitações trazidas pela baixa resolução horizontal, os perfis da Simulações D e E apresentaram-se muito semelhantes entre si,
distoando relativamente pouco em relação os da Simulação B e menos ainda em relação ao da C. Em quase todas as latitudes, a CB da Simulação A ocupou a maior parte
da coluna d’água e apresentou transportes muito acima dos das faixas da Tabela 5.
Os parâmetros observados nos gráficos da presente Seção estão expostos na Tabela 7.
Já na Figura 32 são mostrados gráficos que relacionam o transporte imposto em Drake
com a velocidade máxima e transporte de volume obtidos em cada uma das cinco
seções.
Na escala analisada, observa-se um padrão de queda considerável no valor de transporte e velocidade máxima da CB com o aumento do transporte em Drake, o que foi
também observado por Gabioux (2008) quando passou de um experimento de bordas
fechadas para um com 110Sv em Drake ou mesmo para um com bordas fechadas e
relaxamento newtoniano. Entretanto, é necessário observar que essa tendência não seria mantida tão evidentemente caso os pontos correspondentes à Simulação A fossem
excluídos, especialmente em 15o S.
47
0
500
500
1000
1000
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
SIMULACAO A
SIMULACAO B
Transporte da CB = 8.6Sv
−6
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
8
−6
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
8
0
500
Profundidade (m)
1000
1500
2000
2500
3000
SIMULACAO C
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
0
0
500
500
1000
1000
Profundidade (m)
Profundidade (m)
−6
1500
4
6
−4
−2
8
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
SIMULACAO D
−6
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
SIMULACAO E
8
−6
0
2
Transporte (Sv)
4
6
8
Figura 27: Perfis verticais de transporte de volume médio no domínio da CB em 15o S no último ano
de integração em cada uma das cinco simulações. Valores positivos indicam transporte para norte. As
regiões preenchidas com azul ilustram as áreas integradas para cálculo do transporte da CB.
48
0
200
200
400
400
600
600
800
800
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
1000
1200
1000
1200
1400
1400
1600
1600
1800
1800
2000
2000
SIMULACAO A
SIMULACAO B
2200
−6
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
2200
−6
8
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
8
0
200
400
600
Profundidade (m)
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
SIMULACAO C
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
0
0
200
200
400
400
600
600
800
800
Profundidade (m)
Profundidade (m)
2200
−6
1000
1200
6
8
1000
1200
1400
1400
1600
1600
1800
1800
2000
4
2000
SIMULACAO D
SIMULACAO E
2200
−6
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
8
2200
−6
−4
−2
0
2
Transporte (Sv)
4
6
8
49
0
200
200
400
400
600
600
800
800
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
1000
1000
1200
1200
1400
1400
1600
1600
1800
1800
SIMULACAO A
SIMULACAO B
2000
−15
−10
−5
Transporte (Sv)
0
2000
5
−15
−10
−5
Transporte (Sv)
0
5
0
200
400
600
Profundidade (m)
800
1000
1200
1400
1600
1800
SIMULACAO C
−15
−10
−5
Transporte (Sv)
0
0
200
200
400
400
600
600
800
800
Profundidade (m)
Profundidade (m)
2000
1000
1200
1400
1400
1600
1600
1800
SIMULACAO D
SIMULACAO E
2000
5
1000
1200
1800
0
−15
−10
−5
Transporte (Sv)
0
2000
5
−15
−10
−5
Transporte (Sv)
0
5
Figura 29: Perfis verticais de transporte de volume médio no domínio da CB em 42o W no último ano
de integração em cada uma das cinco simulações. Valores positivos indicam transporte para oeste. As
50
0
200
200
400
400
600
600
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
800
800
1000
1000
1200
1200
1400
1400
SIMULACAO A
SIMULACAO B
1600
−6
−4
−2
0
2
4
6
Transporte (Sv)
8
10
12
1600
−6
14
−4
−2
0
2
4
6
Transporte (Sv)
8
10
12
14
0
200
400
Profundidade (m)
600
800
1000
1200
1400
SIMULACAO C
−4
−2
0
2
4
6
Transporte (Sv)
0
0
200
200
400
400
600
600
Profundidade (m)
Profundidade (m)
1600
−6
800
10
12
1000
1200
1200
1400
SIMULACAO D
SIMULACAO E
1600
−6
14
800
1000
1400
8
−4
−2
0
2
4
6
Transporte (Sv)
8
10
12
14
1600
−6
−4
−2
0
2
4
6
Transporte (Sv)
8
10
12
14
51
0
500
500
1000
1000
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
SIMULACAO A
SIMULACAO B
−5
0
5
Transporte (Sv)
10
15
−5
0
5
Transporte (Sv)
10
15
0
500
Profundidade (m)
1000
1500
2000
2500
3000
SIMULACAO C
−5
0
5
Transporte (Sv)
10
15
500
500
1000
1000
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
SIMULACAO D
−5
0
5
Transporte (Sv)
10
SIMULACAO E
15
−5
0
5
Transporte (Sv)
10
15
52
Tabela 7: Propriedades cinemáticas da CB observadas a partir de médias do último ano de integração
de cada uma das cinco diferentes simulações em cinco diferentes seções transversais à corrente.
Seções Zonais
Lat. SimuLimites (o W)
Extensão
Extensão
Transporte
Velocidade
(o S)
lação Oeste Leste horizontal (o ) vertical (m)
(Sv)
máx. (cm.s-1 )
A
38,5
37,0
1,5
610
8,6
45
B
38,5
37,5
1,0
95
0,7
15
15
C
38,5
37,5
1,0
65
0,2
13
D
38,5
37,5
1,0
105
1,3
21
E
38,5
37,5
1,0
100
1,1
21
A
40,5
39,0
1,5
1410
24,5
120
B
40,5
39,0
1,5
410
12,1
105
C
40,5
38,5
2,0
355
12,2
90
22
D
40,5
38,5
2,0
385
12,8
85
E
40,5
38,5
2,0
370
12,8
80
A
48,5
45,5
3,0
1444
36,2
51
B
48,5
46,0
2,5
160
8,5
65
28
C
48,5
46,0
2,5
365
18,1
62
D
48,5
45,5
3,0
330
14,3
58
E
48,5
45,5
3,0
325
12,0
48
A
53,0
49,0
4,0
1420
41,5
75
B
53,0
48,5
4,5
245
17,3
61
34
C
51,5
48,0
3,5
310
18,9
45
D
52,0
47,5
4,5
255
16,6
40
E
51,0
47,5
3,5
315
17,6
50
Seção Meridional
Lon. SimuLimites (o S)
Extensão
Extensão
Transporte
Velocidade
o
( W) lação
Sul
Norte horizontal (o ) vertical (m)
(Sv)
máx. (cm.s-1 )
A
26,5
23,0
3,5
1230
23,6
41
B
26,0
23,0
3,0
360
11,1
35
C
25,5
23,0
2,5
355
10,5
43
42
D
25,5
23,0
2,5
350
10,4
45
E
25,5
23,0
2,5
315
10,2
45
6.1.3
Na Figura 33, são mostrados os campos de TSM em cada uma das simulações e de
acordo com a climatologia da base Pathfinder para médias anuais. Novamente, o resultado da Simulação A demonstrou-se muito diferente dos das demais e também da
climatologia de referência. As diferenças mais marcantes são encontradas na frente
que se instaura na plataforma continental em frente ao estuário do Rio da Prata. Nas
Simulações A e B, os padrões dessa frente são consideravelmente diferentes do da climatologia. Esta, por sua vez, é razoavelmente semelhante aos padrões mostrados nas
imagens das Simulações C, D e E, que representam razoavelmente bem a intrusão de
água quente associada à CB e se diferenciam entre si apenas na forma como essa cunha
de água mais quente segue para alto mar com a CAS.
Todas as simulações indicam uma água mais quente na região da plataforma interna
que não é observada na climatologia, o que é provavelmente devido à não implemen53
tação do fluxo de água doce proveniente do estuário do Rio da Prata. Além disse, na
região mais ao norte dos campos modelados é mostrada uma cunha de água próxima
22°S
120
50
120
40
100
40
100
80
30
80
30
60
20
40
10
0
20
0
50
100
0
150
60
20
40
10
0
20
0
Transporte da CB (Sv)
28°S
50
100
0
150
34°S
50
120
50
120
40
100
40
100
80
30
80
30
60
20
40
10
0
20
0
0
50
100
150
Transporte imposto em Drake
60
20
40
10
0
20
0
0
50
100
150
Velocidade max. da CB (cm/s)
15°S
50
de 30o S que não é observada na climatologia.
42°W
120
100
40
80
30
60
20
40
10
0
20
0
50
100
50
0
150
Figura 32: Relação entre o transporte imposto em Drake e o transporte de volume e a velocidade
máxima da CB nas cinco diferentes seções amostradas.
54
30
30
9oS
9oS
SIMULACAO A
9oS
SIMULACAO B
25
o
SIMULACAO C
25
o
18 S
18 S
20
27 S
o
20
Latitude
Latitude
o
27 S
15
36 S
o
36 S
36 S
10
10
o
10
o
45 S
o
45 S
55
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
45 S
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
30
5
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
9oS
10oS
SIMULACAO E
25
18oS
5
30
30
9oS
SIMULACAO D
27 S
15
o
56oW
o
15
o
64oW
25
o
18 S
20
Latitude
30
PATHFINDER
25
25
18oS
20oS
27oS
Latitude
27oS
15
o
20
20
Latitude
Latitude
20
30oS
15
15
o
36 S
36 S
40oS
10
o
10
10
o
45 S
45 S
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
50oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
Figura 33: TSM (o C) no Atlântico Sul Ocidental de acordo com médias de resultados do último ano de integração das cinco diferentes simulações e com a
climatologia anual da base Pathfinder (NOAA/NODCb, 2008).
6.2
Análise de Instantâneos de Verão e Inverno
A Simulações D e E apresentaram resultados relativamente próximos entre si quando
esses foram analisados na forma de médias do último ano de simulação. Como essas, dentro dos parâmetros analisados, foram as que se mostraram mais próximas dos
padrões já descritos na bibliografia (e também são as que foram configuradas em Drake
com valores mais próximos dos publicados) fez-se, adicionalmente para esses experimentos, análises de resultados instantâneos em dois dias do ano: um em fevereiro (dia
052) e outro em julho (dia 232). Os objetivos desse processo foi tentar estreitar ainda
mais a faixa de potenciais valores de transporte bem-configuráveis em Drake e testar
a hipótese de que o fato de ter baseado a análise sobre médias anuais teria filtrado
processos que ajudariam a diferenciar melhor os experimentos.
6.2.1
Padrões Cinemáticos Horizontais
As Figuras 34, 35, 36 e 37 mostram os campos de velocidades horizontais nos diferentes
experimentos e em diferentes épocas do ano. Novamente, se percebe que, em termos
de padrão de escoamento, a maior diferença entre as CBs das Simulações D e E é a
direção como ela se separa da costa (na forma de jato na Simulação E). A latitude do
ponto de origem da CB variou consideravelmente do dia 052 para 232, o que indica a
possibilidade desse ponto variar sua localização com o tempo (um padrão sazonal é o
que se sugere), entretanto, (atendo-se ao objetivo do presente trabalho) observa-se que
as duas simulações não indicaram latitudes diferentes para esse ponto, assim como
aconteceu com a latitude de separação da costa Tabela 8.
Tabela 8: Latitudes de origem e separação da costa da CB observadas nos dias 052 e 232 do último ano
de integração das Simulações D e E.
Mês
Simulação
Fev.
D
E
D
E
Julho
6.2.2
Origem em
superfície (o S)
10.00
10.00
14.50
14.50
Separação em
superfície (o S)
38.50
38.50
38.50
38.50
Padrões Cinemáticos Verticais
Como visto na Tabela 9, os padrões cinemáticos verticais variaram relativamente pouco
ou não variaram da Simulação D para E, tanto no dia 052 quanto no 232.
56
5000
5000
9oS
9oS
4500
4500
SIMULACAO D
SIMULACAO E
4000
4000
o
o
18 S
18 S
3500
3500
2500
3000
Latitude
Latitude
3000
27oS
27oS
2500
2000
2000
36oS
36oS
1500
1500
1000
1000
45oS
45oS
500
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
500
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
Figura 34: Campos de velocidades horizontais em 0m de profundidade observados nos dia 052 do
último ano de integração das Simulações D e E. A escala de cores representa a batimetria local (m).
5000
5000
9oS
9oS
4500
4500
SIMULACAO D
SIMULACAO E
4000
4000
o
o
18 S
18 S
3500
3500
2500
3000
Latitude
Latitude
3000
27oS
27oS
2500
2000
36oS
2000
36oS
1500
1500
1000
45oS
1000
45oS
500
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
500
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
Figura 35: Campos de velocidades horizontais em 0m de profundidade observados nos dia 232 do
último ano de integração das Simulações D e E. A escala de cores representa a batimetria local (m).
57
1
9oS
1
9oS
SIMULACAO D
SIMULACAO E
0.8
Latitude
0.6
27oS
0.4
o
0.8
o
18 S
Latitude
o
18 S
0.6
27oS
0.4
o
36 S
36 S
0.2
0.2
45oS
45oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
Figura 36: Campos de velocidades horizontais em 0m de profundidade observados ns dia 052 do
último ano de integração das Simulações D e E. A escala de cores representa o módulo de velocidade
(m.s-1 ).
1
9oS
1
9oS
SIMULACAO D
SIMULACAO E
0.8
Latitude
0.6
27oS
0.4
36oS
0.8
o
18 S
Latitude
o
18 S
0.6
27oS
0.4
36oS
0.2
45oS
0.2
45oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
0
Figura 37: Campos de velocidades horizontais em 0m de profundidade observados ns dia 232 do
último ano de integração das Simulações D e E. A escala de cores representa o módulo de velocidade
(m.s-1 ).
58
Tabela 9: Propriedades cinemáticas da CB observadas nos dias 052 e 232 do último ano de integração
das Simulações D e E em cinco diferentes seções transversais à corrente.
Seções Zonais
Lat.
Mês SimuLimites (o W)
Extensão
Extensão
Transporte
(o S)
lação Oeste Leste horizontal (o ) vertical (m)
(Sv)
Fev.
D
38,5
37,5
1,0
125
2,2
15
E
38,5
37,0
1,5
125
2,1
Julho
D
38,5
37,5
1,0
90
0,6
E
38,5
37,5
1,0
80
0,5
Fev.
D
40,5
38,5
2,0
395
12,8
E
40,5
38,5
2,0
370
14,9
22
Julho
D
40,5
38,5
2,0
375
10,8
E
40,5
38,5
2,0
355
11,0
Fev.
D
48,5
45,5
3,0
310
14,5
E
48,5
45,5
3,0
350
12,8
28
Julho
D
48,5
45,5
3,0
330
13,6
E
48,5
45,0
3,5
245
10,6
Fev.
D
51,5
47,5
4,0
270
16,9
34
E
51,0
47,5
3,5
300
19,7
Julho
D
51,5
47,5
4,0
225
16,9
E
51,0
47,5
3,5
300
17,1
Seção Meridional
Lon.
Mês SimuLimites (o S)
Extensão
Extensão
Transporte
o
( W)
lação
Sul
Norte horizontal (o ) vertical (m)
(Sv)
Fev.
D
25,5
23,0
2,5
360
10,4
42
E
25,5
23,0
2,5
300
9,8
Julho
D
25,5
23,0
2,5
390
10,5
E
25,5
23,0
2,5
310
9,6
Velocidade
máx. (cm.s-1 )
35
33
12
13
100
95
68
65
60
52
59
42
49
55
33
51
Velocidade
máx. (cm.s-1 )
50
51
41
42
Variações significativas foram observadas apenas nas latitudes 28o e 34o S. Em 28o S, o
transporte de volume e a velocidade máxima da CB da Simulação E nos dias 052 e
232 foram consideravelmente menores que os da CB da Simulação D, o que esteve
associado a uma maior extensão horizontal na simulação com maior transporte em
Drake (Figura 38). Em 34o S, aconteceu o contrário em relação à velocidade máxima
e transporte da CB, e, assim como na análise de médias anuais, foi observada que a
CB está a uma maior distância da quebra de plataforma na Simulação E que na D
(Figura 39).
6.2.3
As Figuras 40 e 41 mostram os campos de TSM nos dias 052 e 232 nas Simulações D e
E de acordo com climatologias de médias para os meses de fevereiro e julho da base
Pathfinder. No dia 052, a única diferença notada entre os dois resultados se encontra
no padrão da frente por volta de 35o W - 40o S, como se a cunha de água mais quente
associada a CB, após a confluência, fosse mais para leste na Simulação D que na E. Essa
feição não aparece na climatologia de fevereiro, talvez porque tal cunha se trata de um
59
fenômeno de alta variabilidade que foi filtrado na confecção da climatologia.
Já no dia 232, a principal diferença se observa na intrusão de uma água de aproximadamente 27o C até aproximadamente 32o S na Simulação E que não acontece na Simulação
D. De acordo com a climatologia para julho, o padrão mostrado na Simulação D é mais
próximo da realidade, todavia, tal fenômeno pode também ter sido filtrado no cálculos
das médias que formaram a climatologia.
Vale ressaltar que um dos propósitos da análise de instantâneos exposta na presente
Seção é verificar como a observação de médias poderia estar filtrando o aparecimento
de fenômenos importantes de alta variabilidade temporal e que, portanto, não seria
válida a presente análise sobre médias para os meses de fevereiro e julho apenas para
que elas fossem melhor comparáveis com as climatologias Pathfinder.
0
0
Profundidade (m)
0
0
500
0
−0.1
1000
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
−0.5
0
2500
SIMULACAO D
3000
−48.5
−48
−47.5
−0.6
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
0
−45
−44.5
−44
−43.5
−43
0
0
0
0
500
Profundidade (m)
0.1
0.1
0
0
−0.1
1000
−0.2
1500
−0.3
2000
−0.4
2500
−0.5
0
SIMULACAO E
3000
−48.5
−48
−47.5
−0.6
−47
−46.5
−46
−45.5
Longitude (°E)
−45
−44.5
−44
−43.5
−43
Figura 38: Perfis verticais de velocidade meridional (m.s-1 ) no domínio da CB em 28o S observados no
dia 232 do último ano de integração das Simulações D e E. Valores positivos apontam para norte.
0
0
0
0
0
0
0
1000
1500
−0.2
0
Profundidade (m)
0.2
00
500
2000
2500
−0.4
0
0
3000
−0.6
3500
SIMULACAO D
4000
−53
0
−52
−51
0
−50
−49
Longitude (°E)
−47
−46
−45
−0.8
0.2
0
0
0
500
0
1000
0
1500
−0.2
2000
0
Profundidade (m)
−48
−0.4
2500
0
3000
−0.6
3500
4000
−53
SIMULACAO E
−52
−51
−50
−49
Longitude (°E)
−48
−47
−46
−45
−0.8
Figura 39: Perfis verticais de velocidade meridional (m.s-1 ) no domínio da CB em 34o S observados no
dia 052 do último ano de integração das Simulações D e E. Valores positivos apontam para norte.
60
30
30
9oS
9oS
SIMULACAO D
SIMULACAO E
25
18oS
25
18oS
20
Latitude
Latitude
20
o
27 S
o
27 S
15
36oS
15
36oS
10
o
10
o
45 S
45 S
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
5
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
30
10oS
PATHFINDER
Fevereiro
25
20oS
Latitude
20
30oS
15
40oS
10
50oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
Figura 40: TSM (o C) no Atlântico Sul Ocidental como observado no dia 052 do último ano de integração das Simulações D e E e na climatologia de fevereiro da base Pathfinder
61
30
30
9oS
9oS
SIMULACAO D
SIMULACAO E
25
18oS
25
18oS
20
Latitude
Latitude
20
o
27 S
o
27 S
15
36oS
15
36oS
10
o
10
o
45 S
45 S
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
5
32oW
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
30
10oS
PATHFINDER
Julho
25
20oS
Latitude
20
30oS
15
40oS
10
50oS
64oW
56oW
48oW
Longitude
40oW
32oW
5
Figura 41: TSM (o C) no Atlântico Sul Ocidental como observado no dia 232 do último ano de integração das Simulações D e E e na climatologia de julho da base Pathfinder.
62
7
Considerações Finais
7.1
Síntese e Conclusões
A variação do transporte imposto na Passagem de Drake afeta diversas propriedades
cinemáticas da CB. Em especial: a localização dos pontos de origem e separação da
costa, os padrões de transporte de calor e o transporte e velocidade da corrente ao
longo de seu percurso.
De uma forma geral, aumentos do transporte em Drake estiveram associados a pontos
de origem da CB mais ao sul, a pontos de afastamento da costa mais ao norte e a
velocidades e transportes menores (i.e. intensidades mais baixas).
Mudanças nos padrões do modo como a CB se separa da costa também foram notadas. A principal foi um distanciamento do eixo da corrente da quebra de plataforma
na região logo ao norte do ponto de separação à medida que o transporte em Drake
aumentou.
Uma possível hipótese que explicaria parte dessas observações seria:
Com o aumento da vazão em Drake, uma CCA mais intensa é desenvolvida, e, conseqüentemente, uma CM também. Uma vez que a CM conflui com a CB, essa intensificação da CM
promove uma deslocamento do ponto de separação da CB da costa para norte e afasta o eixo
principal da CB da plataforma continental logo ao norte da CBM. Além disso, o aumento
da intensidade da CCA seria capaz de promover um crescimento da energia cinética das
correntes que fluem para norte abaixo da CB, ou seja, a SNB e a CCI. A presença dessas
correntes abaixo da CB, não apenas limitaria a extensão vertical desta, como também, promoveria um cisalhamento com ela ao longo de toda sua trajetória. Esse cisalhamento seria
um processo que agiria de forma contrária à tensão do vento e que explicaria, inclusive, o
fato de a CB não ser tão forte como a Corrente do Golfo e como são originadas muitas das
instabilidades que a CB apresenta ao longo do seu trajeto.
Diferenças bruscas foram observadas entre a Simulação A e as demais. Em relação às
médias do último ano de integração, no experimento de bordas fechadas, a CB gerada
63
se mostrou muito extensa pois se originou em 7,5o S e se separou da costa apenas em
torno de 44o S. Tal corrente apresentou, ainda, velocidades tão altas quanto 120cm.s-1
e valores de transporte iguais até a 41,5Sv - associados a fluxos integrados em toda a
coluna d’água com extensão vertical tão grande quanto 1440m. Já na Simulação D, em
oposição, a CCO superficial desenvolvida surgiu em 10,5o S e se separou da costa em
38,5o S, mostrando-se, antes dessa separação, como uma corrente com extensão vertical
máxima igual a 385m, velocidade máxima igual a 85cm.s-1 e transporte máximo igual
a 16,6Sv.
Outra observação feita é que a falta de transporte em Drake afetou consideravelmente
a simulação das demais CCOs da margem continental brasileira, especialmente a CCI
e CCP, que, em geral, não foram notadas nas Simulação A e foram nas demais.
Todas essas observações suportam a idéia de que os modelos computacionais da hidrodinâmica na margem continental brasileira não devem apenas abranger grandes áreas
para considerar processos de grande escala, mas que eles também devem levar em
conta, direta ou indiretamente, o fluxo que passa pela Passagem de Drake, pois essa é
a forma de se considerar a influência da energia e composição da CCA na circulação
na costa brasileira.
Nesse contexto, sugere-se que um valor razoável para se impor no Estreito de Drake
estaria entre 125 e 141,5Sv, pois as simulações configuradas com esses valores representaram de forma considerável as feições da circulação de grande escala na costa leste
brasileira - mostrando-se aptas a fornecer informações sobre processos ainda desconhecidos e a aninhar modelos de maior resolução nessa região.
7.2
Sugestões para Trabalhos Futuros
A presente pesquisa poderia ser melhorada por meio de algumas medidas que apenas
agora (com toda a experiência adquirida durante o projeto) são identificadas. Entre
elas:
1. Analisar como o transporte em Drake influencia o transporte das Malvinas antes
desta alcançar a CBM;
2. Analisar como a composição do oceano (a distribuição de massas de água) responde às variações em Drake e
64
3. Executar um experimento com bordas abertas e entrada próxima de 0Sv em Drake,
para que os efeitos dos transportes implementados nas bordas azul, verde, vermelha e rosa sejam os mesmos em todos os experimentos e para que a vazão no
Estreito de Drake seja, de fato, a única propriedade variável entre os experimentos.
Durante a análise dos resultados do presente trabalho, foi possível levantar alguns
temas de pesquisa no âmbito da oceanografia física de grande escala consideravelmente pouco explorados e que parecem ser de grande importância para o entendimento da circulação na costa brasileira, entre eles estão:
1. Diagnosticar a variabilidade temporal da localização do ponto de origem da CB
e sua relação com os campos de pressão atmosférica e vento;
2. Entender melhor como o giro subtropical se distribui espacial e temporalmente
em diversos níveis de profundidade e
3. Compreender como o transporte em Drake influencia a dinâmica da CCI, SNB e
CNB.
65
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66
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