análise de dados de temperatura e salinidade da
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análise de dados de temperatura e salinidade da
ANÁLISE DE DADOS DE TEMPERATURA E SALINIDADE DA OPERAÇÃO MCTII - CARBONO S-SE RADIAL 18 Curso; CAHO 2014 Disciplina: Análise de Dados Instrutor: 1T (RM2-T) Lidiane Lima Grupo 4: Frénold Chéristin Helio Heringer Villena Javier Gaviola Mário Dutra Matthieu Polyte 1 Sumário 1 – INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 2 – CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO .................................................. 2 3 – MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 9 3.1 – Organização dos dados .................................................................................... 10 3.2 – Medidas Descritivas ......................................................................................... 13 3.3 – Classificação das Massas D’água.................................................................... 17 3.4 – Ajuste de Curvas, Regressão e Correlação .................................................... 24 3.5 – Estimação de Parâmetros ................................................................................ 35 3.6 – Amostragem Estatística ................................................................................... 42 3.7 – Teste de Hipótese ............................................................................................. 48 4 – DISCUSSÃO ........................................................................................................... 52 5 – CONCLUSÃO......................................................................................................... 55 6 – BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 55 Lista de Figuras Figura 1 - Mapa Batimétrico da Margem Continental Brasileira, destacando a área de cabo Frio, assinalada pelo retângulo vermelho (Alterado de Torres at all, 2007). 2 Figura 2 - Mapa Batimétrico da Margem Continental ao largo de Cabo Frio com a indicação da localização das estações oceanográficas. Figura 3 - Mapa de Gradiente da Margem Continental ao largo de Cabo Frio. 3 4 Figura 4 – a) Mapa batimétrico com a localização dos perfis 1 e 2.; b) Perfis batimétricos com indicação da quebra da Plataforma Continental (1) e localização da isso de -100 m; b) Perfis de gradiente com a indicação da quebra da Plataforma Continental. 5 Figura 5 – a) Esquema mostrando a Espiral de Ekman; b) Esquema mostrando a geometria de vento e ressurgência em Cabo Frio (Fonte: http://www.windows2universe.org/earth/Water/ekman.html&lang=sp e http://www.amoraomar.com.br/index_files/Page651.htm). 7 2 Figura 6 – Visualização do arquivo de dados recebidos, sendo destacada a configuração do equipamento (vermelho e preto), linhas de identificação dos dados (azul) e dados arrumados em colunas de acordo com a descrição do cabeçalho (verde escuro). Figura 7 – Visualização da tela do Oasis Montaj 7 na criação do “database”. 11 12 Figura 8 – Visualização da tela de importação dos dados: a) definição do tipo de separação de dados; b) identificação de cada coluna de dado no Oasis Montaj 8.1. 12 Figura 9 - Visualização da tela de importação dos dados: a) definição do tipo de separação de dados; b) identificação de cada coluna de dado no Oasis Montaj 8.1. 13 Figura 10 - Visualização da tela do Oasis Montaj 8.1: a) Janela de estatísticas de determinado canal (temperatura); b) plotagem dos perfis de temperatura com a profundidade das 5 estações oceanográficas estudadas. 14 Figura 11- Menus de seleção do plot de dispersão: a) Menu de seleção; b) Menu de configuração. Figura 12 – Diagrama T-S de todos os dados coletados. 15 16 Figura 13 - Estrutura vertical das massas de águas presentes na Margem Continental Sudeste do Brasil (alterado de Matsuura, (1986). 18 Figura 14 - Diagrama T/S das massas d’água presentes na plataforma continental de Cabo Frio. (alterado de Zaluaga, 2012). 19 Figura 15 – Diagrama T-S com os símbolos coloridos pela temperatura e a indicação dos retângulos de limite das diferentes massas d’água: AC – Água Costeira; AT – Água Tropical; ACAS – Água Central do Atlântico Sul; e AIA – Água intermediária Antártica. 20 Figura 16 – Visualização da tela de seleção de expressões matemáticas para aplicação num coluna de dados, com a seleção de expressão condicional. Figura 17 - Visualização da tela de quebra de linhas. 21 22 Figura 18 - Visualização da tela de ordenamento de linha com base em 2 canais. 22 Figura 19 - Visualização da tela de seleção dos canais e a forma de ordenação. 23 Figura 20 – Tela de quebra de linha, destacando o limite de temperatura (<6ºC) e salinidade (entre 34.2 e 34.6) referente à Água intermediária Antártica (AIA) e o novo nome da linha criada. 24 3 Figura 21 – Recorte da tela de estatística dos canais de profundidade (a), temperatura (b) e salinidade (c) na AIA. 25 Figura 22 – Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a AIA (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão, em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. 26 Figura 23 – Telas de estatística dos canais de profundidade, temperatura e salinidade da ACAS. 27 Figura 24 - Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a ACAS (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão, em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. 28 Figura 25 - Telas de estatística dos canais de profundidade, temperatura e salinidade da AC. 29 Figura 26 - Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a AC (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão; em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. 30 Figura 27 - Telas de estatística dos canais de profundidade, temperatura e salinidade da AC. 31 Figura 28 - Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a AT (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão, em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. 32 Figura 29 – Diagrama T-S mostrando as massas d’água reconhecidos na MC Norte Brasileira (alterado de Silva at all, 2005). 32 Figura 30 – Parte da tela do Oasis Montaj 8.1 mostrando o menu Geochem Analysis. 33 Figura 31 – Menu Correlação onde se seleciona os parâmetros DAE correlação. 33 Figura 32 – Gráfico de correlação gerado no Oasis Montaj 8.1. 34 Figura 33 – Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 105. 36 Figura 34 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 106. 37 4 Figura 35 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 107. 38 Figura 36 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 108. 39 Figura 37 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 109. 40 Figura 38 – Grid de temperatura (ºC) exibido num perfil Profundidade (m) x Distância (Km) no sentido mar aberto-costa. 41 Figura 39 – Grid de salinidade exibido num perfil Profundidade (m) x Distância (Km) no sentido mar aberto-costa. Figura 40 – Tela do Oasis Montaj mostrando o menu de “Sample a Grid”. 42 43 Figura 41 – Tela do Oasis Montaj com a exibição dos perfis de dados reais e dados amostrados no grid de temperatura. 43 Figura 42 – Janela do Oasis Montaj 8.1 mostrando a seleção co “Channel Math. 44 Figura 43 – Janela de expressão matemática do Oasis Montaj 8.1, mostrando a fórmula utilizada para o cálculo do erro percentual do Grid de temperatura em relação á temperatura medida. 44 Figura 44 – Janela do Oasis Montaj 8.1 mostrando o canal de erro percentual selecionado (azul) e a estatístico com o número de dados, o máximo e o mínimo do erro percentual (5.51 e -6.38) , a média (-0.02) e o desvio padrão (0.67). 45 Figura 45 – Tela do Oasis Montaj 8.1 mostrando a ferramenta “sort” de ordenação do ““database”” a partir de uma das colunas. 46 Figura 46 – Janela de seleção da coluna base para a ordenação do ““database””. 46 Figura 47 – Janela do Oasis Montaj 8.1 mostrando o canal de erro percentual selecionado (azul), no qual podemos ver a localização do limite do erro percentual estipulado neste trabalho (2%). 47 Figura 48 – Tela do Oasis Montaj mostrando a janela de estatística da coluna de erro percentual e a coluna de erro percentual, na qual podemos ver que o erro é inferior a 2% para todos os dados. 47 Figura 49 – Visualização da estatística do canal “Profundidade” no “database” de dados, mostrando os limites de profundidade (-3m e -848m). 49 Figura 50 – Visualização da seleção da ferramenta de traçado de contornos a partir de um grid. 49 5 Figura 51 – Perfil mostrando os contornos de batimetria (preto) e de salinidade (azul). Figura 52 – Perfil mostrando as massas d’água delimitadas. 50 51 Figura 53 – Gráficos de direção do vento e temperatura da água do mar na superfície, sendo indicados o início e final do vento NE (Vi e Vf) e início e final da ressurgência (Ti e Tf) (alterado de Silva at all, 2006). 52 Figura 54 – Gráfico com a variação anual do tempo de resposta e do tempo de retorno (alterado de Silva, (2006). 53 Figura 55 – Gráfico de direção do vento na estão meteorológica do IEAPM, Arraial do cabo. 54 Figura 56 - Gráfico de velocidade do vento na estão meteorológica do IEAPM, Arraial do cabo. 54 Lista de Tabelas Tabela I – Tabela de classificação de Massas d’água. ............................................... 20 6 1 – INTRODUÇÃO A Oceanografia é uma ciência multidisciplinar que estuda o meio marinho, dividindo-o em quatro grandes áreas de concentração: Oceanografia Geológica, Oceanografia Física, Oceanografia Química e Oceanografia Biológica. Os estudos oceanográficos são baseados em observações e coleta de dados, em sua maioria, discretos, procedendo-se as análises pertinentes, quer sejam laboratoriais, estatísticas, matemáticas e ponderação lógica sob a ótica oceanográfica ou a união de duas ou mais destas análises. A evolução tecnológica, ocorrida após a Segunda Guerra Mundial e o desenvolvimento da informática e tecnologia digital tem possibilitado avanços imensos nos estudos oceanográficos. Muitos dados coletados analogicamente em determinadas profundidades passaram a ser coletado através de equipamentos eletrônicos e sensores especiais, possibilitando a perfilagem contínua, com amostras realizadas a intervalos definidos de profundidade ou tempo. As áreas de Oceanografia Física e Oceanografia Química foram as mais favorecidas com essas perfilagens através da coluna d’água, podendo-se obter perfis de temperatura, salinidade, oxigênio dissolvido, pH, turbidez, etc. O presente trabalho tem por objetivo a aplicação dos conhecimentos adquiridos na disciplina “Análise de Dados”, integrante da grade curricular do Curso de Aperfeiçoamento em Hidrografia para Oficiais de 2014 (CAHO/2014), oferecido pela Diretoria de Ensino do Centro de Hidrografia da Marinha do Brasil (CHM). Os dados de temperatura e salinidade, coletados nas proximidades do Cabo Frio em Janeiro de 2011, durante a “Operação MCT II – Carbono S-SE”, deverão ser analisados, utilizando-se pelo menos quatro dos conhecimentos adquiridos na disciplina, a saber: Organização dos dados; Medidas descritivas; Ajuste de curvas, regressão e correlação; Estimação de parâmetros; Amostragem estatística; e Teste de hipóteses. Os resultados obtidos serão analisados frente ao conhecimento bibliográfico existente, descevendo-se os processos oceanográficos observados. 1 2 – CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O Cabo Frio localiza-se na costa nordeste do estado do Rio de Janeiro, sendo um ponto de marcada inflexão da costa brasileira, que apresenta tendência geral N-S entre a Baía de Todos os Santos e o Cabo de São Tomé, passando a NE-SW entre este último e o Cabo Frio, seguindo como E-W após Arraial do Cabo até o oeste da Baía da -6000000 -50° -5000000 -40° -4000000 -30° -3000000 1000000 0° 0 0° 0 1000000 Guanabara (Figura 1). -2000000 -2000000 -10° -1000000 -10° -1000000 -2000000 -4000000 -5000000 -4000000 -4000000 -30° -30° -3000000 -3000000 -20° -20° ô de Plat Paulo São -3000000 -4 -13 -23 -36 -54 -77 -120 -266 -856 -1340 -1769 -2102 -2324 -2507 -2671 -2822 -2955 -3063 -3157 -3247 -3327 -3399 -3462 -3524 -3582 -3634 -3683 -3730 -3769 -3808 -3847 -3886 -3924 -3960 -3995 -4028 -4060 -4091 -4119 -4146 -4171 -4196 -4222 -4246 -4270 -4294 -4318 -4341 -4364 -4386 -4409 -4430 -4453 -4476 -4499 -4522 -4543 -4566 -4590 -4615 -4641 -4666 -4693 -4720 -4752 -4786 -4820 -4850 -4880 -4914 -4945 -4977 -5012 -5053 -5097 -5145 -5200 -5252 -5302 -5348 -5400 -5453 -5510 -5576 -5662 Profundidade -6000000 -50° -5000000 -40° -4000000 -30° -3000000 (m) MAPA BATIMÉTRICO DA MARGEM CONTINENTAL BRASILEIRA E ÁREA OCEÂNICA ADJACENTE Figura 1 - Mapa Batimétrico da Margem Continental Brasileira, destacando a área de cabo Frio, assinalada pelo retângulo vermelho (Alterado de Torres at all, 2007). 2 Em termos de morfologia do fundo marinho, como visto acima, temos na região de estudo uma margem continental passiva, com perfil de plataforma continental, talude e sopé, incluindo-se neste perfil o Platô de São Pulo, um platô marginal que se estende desde a Cadeia vitória-Trindade até ao largo de Santa Catarina. Numa visão mais próxima de Cabo Frio, como visto no mapa batimétrico com a localização das estações oceanográficas (Figura 2), observa-se um contraste denotado pela isóbata de -100 m, que a partir das coordenadas -2650000N -4610916E da Projeção Equatorial Mercator - WGS84, se aproxima da costa numa forma côncava, em contraste com o observado à norte deste ponto, quando assume forma convexa. -17.8 -30.0 -41.1 -47.7 -53.0 -58.3 -63.8 -73.8 -83.6 -93.3 -103.0 -111.0 -116.3 -120.9 -127.0 -135.8 -147.4 -174.1 -246.8 -386.9 -536.9 -665.8 -815.2 -964.5 -1108.2 -1248.9 -1391.3 -1511.1 -1609.2 -1774.8 -1968.8 -2142.0 -2301.2 -2469.0 -2626.4 -2753.2 -2836.2 -2924.2 MAPA POSICIONAMENTO DAS ESTAÇÕES OCEANOGRÁFICAS -4750000 -42° -4700000 -4650000 -4600000 - 10 0 -2 00 -23° -2600000 MCT109 MCT108 - 100 -2700000 MCT107 -2700000 -2650000 -4500000 -23° -2600000 -2650000 MCT106 -2 00 -24° -2750000 -24° -2750000 -41° -4550000 -2550000 -2550000 -43° -4800000 MCT105 -4800000 -43° -4750000 -4700000 -4650000 -42° -4600000 -4550000 -41° Profundidade (m) -4500000 ESCALA 1:2100000 25000 0 25000 50000 75000 (metros) WGS 84 / *equatorial mercator Figura 2 - Mapa Batimétrico da Margem Continental ao largo de Cabo Frio com a indicação da localização das estações oceanográficas. Essa característica morfológica pode ser distinguida de outra forma no mapa de gradiente (Figura 3), no qual podemos observar a norte um gradiente mais suave entre a costa e a isóbata de -100m, enquanto que a sul, onde a isóbata de -100m se aproxima da costa, os gradientes mais suaves se encontram na porção entre esta isóbata e a de -200m. Os valores mais acentuados (vermelho a rosa) localizam-se no Talude Continental. 3 0.0491130 0.0325734 0.0251185 0.0216126 0.0191435 0.0172767 0.0156849 0.0142892 0.0129970 0.0118680 0.0108490 0.0099711 0.0092087 0.0085108 0.0078860 0.0073496 0.0068662 0.0064228 0.0059992 0.0055944 0.0052232 0.0048596 0.0044858 0.0041425 0.0038210 0.0034967 0.0031904 0.0028840 0.0025995 0.0023358 0.0020946 0.0018585 0.0016304 0.0013926 0.0011662 0.0009526 0.0007441 0.0004974 MAPA DE GRADIENTE DA REGIÃO DE CABO FRIO -42° -4700000 -4650000 -4600000 -41° -4550000 -4750000 -4700000 -4650000 -42° -4600000 -4550000 -41° - 10 0 -2 00 -23° -2600000 -23° -2600000 -2650000 - 1 00 -2 00 -4800000 -43° -24° -2750000 -24° -2750000 -2700000 -2700000 -2650000 -4500000 -2550000 -4750000 -2550000 -43° -4800000 Gradiente -4500000 ESCALA 1:2100000 25000 0 25000 50000 75000 (metros) WGS 84 / *equatorial mercator Figura 3 - Mapa de Gradiente da Margem Continental ao largo de Cabo Frio. A comparação entre os perfis de batimetria e de gradiente (Figura 4), cujas localizações são mostradas sobre o mapa batimétrico, facilita a percepção do distanciamento da isóbata de -100 metros em relação à costa, bem como o distanciamento da quebra da plataforma. 4 -17.8 -30.0 -41.1 -47.7 -53.0 -58.3 -63.8 -73.8 -83.6 -93.3 -103.0 -111.0 -116.3 -120.9 -127.0 -135.8 -147.4 -174.1 -246.8 -386.9 -536.9 -665.8 -815.2 -964.5 -1108.2 -1248.9 -1391.3 -1511.1 -1609.2 -1774.8 -1968.8 -2142.0 -2301.2 -2469.0 -2626.4 -2753.2 -2836.2 -2924.2 MAPA BATIMÉTRICO DA REGIÃO DE CABO FRIO -4750000 -42° -4700000 -4650000 -41° -4550000 -4600000 -4500000 -2650000 -2 00 -23° -2600000 -2650000 -23° -2600000 - 100 -2550000 -2550000 -43° -4800000 -2700000 -24° -2750000 -2700000 - 100 00 -4800000 -43° Perfil 2 Perfil 1 -4750000 -4700000 -4650000 -42° -4600000 -4550000 -41° -24° -2750000 -2 Profundidade (m) -4500000 ESCALA 1:2100000 25000 0 25000 50000 75000 (metros) WGS 84 / *equatorial mercator Profundidade (m) Perfis Batimétricos 0 -400 -800 -1200 -1600 -2000 -2400 -2800 1 1 -100m 0 230 130 Distância (Km) Legenda: Perfil 1 Perfil 2 Perfis de Gradiente et n ei d a G 0.0760000 0.0700000 0.0600000 0.0500000 0.0400000 0.0300000 0.0200000 0.0100000 0.0000000 1 1 0 132,7 Distância (Km) Legenda: Perfil 1 230,1 Perfil 2 Figura 4 – a) Mapa batimétrico com a localização dos perfis 1 e 2.; b) Perfis batimétricos com indicação da quebra da Plataforma Continental (1) e localização da isso de -100 m; b) Perfis de gradiente com a indicação da quebra da Plataforma Continental. 5 O Nome de Cabo Frio tem origem dos navegadores portugueses, os primeiros “homens brancos” a constatarem a principal característica da região, as águas frias na superfície do mar (Coe at all, 2007). Esta anomalia de temperatura observada é causada por um fenômeno oceanográfico conhecido como “Ressurgência”, que segundo Mascarenhas at all (1971, apud Zaluaga, 2012), é o fenômeno físico da ascensão de águas de camadas mais profundas do oceano, com temperaturas abaixo dos 20ºC, gerando uma anomalia térmica na temperatura superficial do mar (TSM) em relação à sua latitude e seu entorno. A ressurgência observada em Cabo Frio é, na realidade, conseqüência de uma conjunção de fatores (Valentin, 1984; Knoppers, 1990; Silva at all, 2006; Calil Elias, 2009). O principal agente é a ação dos ventos NE, favorecidos pela brusca mudança de direção da costa que passa de N-S para E-O. Desta forma os ventos típicos de primavera e verão na região, de direção NE, sopram paralelamente à costa no Cabo Frio. Considerando-se o transporte de EKMAN, que define o transporte líquido da água do oceano a 90º da direção do vento em função da ação da Força de Coriolis, que em nosso hemisfério (S) atua desviando o movimento para a esquerda (Figura 5), as águas superficiais tendem a se afastarem da costa sob ação deste vento. 6 a) b) Figura 5 – a) Esquema mostrando a Espiral de Ekman; b) Esquema mostrando a geometria de vento e ressurgência em Cabo Frio (Fonte: http://www.windows2universe.org/earth/Water/ekman.html&lang=sp e http://www.amoraomar.com.br/index_files/Page651.htm). 7 Outros fatores que podem contribuir são: variações sazonais na posição da Corrente do Brasil (MOREIRA DA SILVA e RODRIGUES, 1966); movimentos verticais ao longo de isopicnais, linhas de mesma densidade da água do oceano, sob um balanço geostrófico (SIGNORINI,1978); sucção de águas costeiras por vórtices da Corrente do Brasil (MESQUITA at all.,1979); e a intrusão da ACAS na plataforma continental induzida por vórtices ciclônicos da Corrente do Brasil (CAMPOS at all., 2000). Associa-se ao descrito acima a posição na coluna d’água da Água Central do Atlântico Sul (ACAS), que se localiza a menores profundidades no verão, subindo pela Plataforma Continental (Candella, 1999). As variáveis envolvidas no processo da ressurgência de Cabo Frio são muitas, o que propicia uma marcante variabilidade do fenômeno tanto em freqüência, maior no verão que no inverno, quanto de intensidade, caso haja a confluência favorável de todos os fatores (Moreira da Silva e Rodrgues, 1966; Moreira da Silva e Mendonça, 1977; CANDELLA, op. cit.). As águas que afloram na ressurgência vêm de profundidades afóticas, onde não há penetração de luz e têm a característica de serem ricas em nutrientes. Essa particularidade das águas que ressurgem promove significativas alterações nas condições oceanográficas químicas e biológicas da região. Em termos de oceanografia química, há um enriquecimento local de nitratos, nitritos, fosfatos, sílica, etc., tornando a região propícia a um aumento de produtividade primária. A chegada das águas frias e ricas á superfície, Zona Fótica, disponibiliza esses nutrientes à utilização por organismos fotossintetizadores, no caso, o fitoplâncton marinho, dando início a uma cadeia produtora e uma teia alimentar rica e complexa. Por este motivo a região de Cabo Frio é uma área de grande piscosidade, sendo um grande pólo desta atividade extrativista. Embora representem menos de 1% da superfície total dos oceanos, as regiões de ressurgência contribuem com cerca de 50% do estoque pesqueiro mundial (Rodrigues, 1973, apud Calil Elias). Outra conseqüência da ressurgência em Cabo Frio é a característica do microclima local e, conseqüentemente, da cobertura vegetal observada. A presença da ressurgência induz a uma redução da precipitação de chuvas locais, devido à reduzida 8 evaporação na superfície do mar. Como conseqüência, temos a maior evaporação nas lagoas, gerando aumento da salinidade destas. O clima local é atípico para o sudeste brasileiro, com índice pluviométrico médio anual de 827 mm, contra 1270 mm em Niterói, por exemplo. Cabo Frio apresenta-se como um clima semi-árido, com período de estiagem de até 5 meses (Duarte, 1988). A resposta ecológica a este clima atípico é uma cobertura vegetal que é caracterizada por alguns autores como “intimamente ligada à vegetação de Caatinga do nordeste” (RADAMBRASIL, 1975; Ururahy at all, 1987), embora a listagem de espécie apresente diferenças significativas (Araújo, 2000; Prado, 1991). 3 – M ATERIAIS E MÉTODOS O conhecimento prévio das condições oceanográficas na região de estudo, Cabo Frio, foi crucial na determinação da metodologia de análise de dados a ser empregada no presente trabalho. A possibilidade de ocorrência de uma ressurgência na região, ou pelo menos uma ascensão da ACAS para locais mais rasos e próximos da costa no período de coleta dos dados (verão), acenam com dificuldades de uso de estatísticas de tendências para todo o conjunto de dados, levando à opção de classificação dos dados, separação dos diferentes estratos identificados, aplicando-se as estatísticas mediante uma ponderação sob a ótica oceanográfica para validação dos números observados. Ao final, serão gerados grids coloridos de temperatura e salinidade, sendo estes exibidos em gráficos (perfis) compreendendo toda a radial de coleta, tendo-se a distribuição das massas d’água observadas na coleta. Assim sendo, a metodologia aplicada constará de 06 etapas, a saber: Organização dos dados; Medidas descritivas; Classificação das massas d’água; Ajuste de curvas de regressão e correlação; Estimação de parâmetros; Amostragem estatística e Teste de hipóteses. Em termos de recursos de informática, serão usados dois computadores, o computador disponível na sala de aula do curso do CAHO 2014, na DHN em Niterói e o computador da Faculdade de Oceanografia (Patr. 168300 UERJ), constando de Core 2 9 Quad, com 4 Gb de memória RAM, 2 HDs de 320Gb, gravador de DVD,Placa de vídeo GForce 9500GT de 1Mb, monitor de 24”, teclado e mouse. Os dados coletados em cruzeiro oceanográfico da Operação MCTII – CARBONO S-SE em sua Radial 18, compreendendo as estações de coleta MTC 105 a MCT 109, foram cedidos em formato texto (.cnv) já feito o processamento de bordo. No tocante a softwares, serão utilizados WORD 2007, para visualização inicial dos dados e identificação de sua formatação. O ajuste da formatação dos dados ao formato de importação do Oasis Montaj 8.1 será feita no Excel 2007. O tratamento dos dados, análises estatísticas e geração dos mapas e gráficos será usada a licença do software Oasis Montaj 8.1 (GEOSOFT INC., 2013), com seu módulo de Geoquímica que contém ferramentas estatísticas. O software pertence à Faculdade de Oceanografia da UERJ, gentilmente cedido para execução deste trabalho. Finalmente, para edição final do texto será usado o WORD 2007. 3.1 – Organização dos dados Os dados pertencentes à Radial 18, estações MCT105, MCT106, MCT107, MCT108 e MCT109, foram recebidos em meio digital, como arquivos de texto (.cnv) foram primeiramente abertos no WORD 2007, a fim de que se identificasse a formatação, localizando-se as colunas de data, coordenadas (LONG e LAT), identificação da estação, profundidade de coleta, temperatura e salinidade. O arquivo de dados, visto na Figura 6, apresenta uma parte inicial com parâmetros de configuração (texto em vermelho), dados da Operação, coordenadas e identificação da estação de coleta, etc., seguido de linhas de identificação das colunas de localização dos dados (texto em azul), mais linhas descritivas e, por fim (linhas em verde escuro), os dados distribuídos em colunas conforme a descrição do cabeçalho. 10 Figura 6 – Visualização do arquivo de dados recebidos, sendo destacada a configuração do equipamento (vermelho e preto), linhas de identificação dos dados (azul) e dados arrumados em colunas de acordo com a descrição do cabeçalho (verde escuro). Uma vez identificadas as colunas de dados nos arquivos recebido, procedeu-se a eliminação do cabeçalho, deixando apenas as colunas de dados, salvando-se o arquivo em formato .TXT, seguindo-se a importação destes dados no Excel 2007. Como planilha de Excel foram acrescentadas 2 novas colunas para inserção das coordenadas (longitude e latitude), além de uma linha para inserção do cabeçalho de cada coluna. A importação para o Oasis Montaj 8.1 foi feita em seu módulo de geoquímica, primeiramente criando-se o Projeto e depois o “database” (Figuras 7 e 8), identificandose cada coluna como um dado de análise (assay). Para a elaboração dos grids de temperatura e salinidade foi criada uma nova coluna de distância, de modo a podermos pelotas os dados num gráfico XY (distância x profundidade). 11 Figura 7 – Visualização da tela do Oasis Montaj 7 na criação do “database”. Figura 8 – Visualização da tela de importação dos dados: a) definição do tipo de separação de dados; b) identificação de cada coluna de dado no Oasis Montaj 8.1. Uma vez importados os dados das 05 Estações Oceanográficas, o “database” foi salvo, providenciando-se outra cópia, com outro nome, visto que o Oasis Montaj interpreta cada “estação” como uma planilha no “database” e o processamento dos dados será feito de duas formas diferentes. Num primeiro momento com as estações separadas, cada qual como uma planilha, e num segundo momento, para a gridagem dos dados de temperatura e salinidade, com as estações reunidas numa única planilha de dados no “database”. Por fim, encerrando-se a organização dos dados, foi criada uma nova coluna de distância entre a s estações de coleta a partir da função “Make a distance Channel” no menu ““database”” – Channel Tools” (Figura 9). 12 Figura 9 - Visualização da tela de importação dos dados: a) definição do tipo de separação de dados; b) identificação de cada coluna de dado no Oasis Montaj 8.1. Isto feito, estava encerrada a organização dos dados. 3.2 – Medidas Descritivas O passo seguinte no processamento dos dados foi a visualização dos dados em perfis e avaliação destes frente às estatísticas dos dados. Essas duas visualizações são obtidas a um simples clicar do cursor do mouse. Primeiramente, clica-se no cabeçalho da coluna que se deseja avaliar, no caso, Temperatura da água do mar (Temp), a célula imediatamente fica destacada em azul (Figura 10a), em seguida, no menu “GeochemAnalysis” seleciona-se “Sumary Statistics”, Show stats” , abre-se uma janela onde temos canal selecionado (Temp), o número de itens, numero de campos vazios, valores máximos, mínimos, o “range” a média e o desvio padrão. Por fim, selecionando-se “More”, é exibido o quadro resumo (Figura 10a) no qual temos o canal selecionado (Temp), o número de itens, a média geométrica, a soma total, a soma dos quadrados, a variância, o desvio padrão, o erro padrão, a média, a mediana, a moda, a assimetria e a curtose. Prosseguindo, exibe-se o perfil de temperatura pela profundidade simplesmente selecionando-se o canal de temperatura e num clique do botão direito do mouse, 13 selecionando-se na janela que se abre “Show Profile”. Na parte inferior do “database” é exibido o perfil dos dados, sendo editá-lo e, depois fazer a plotagem num arquivo “.MAP” que pode ser editado e posteriormente exportado como uma figura “Figura 10b). a) b) Figura 10 - Visualização da tela do Oasis Montaj 8.1: a) Janela de estatísticas de determinado canal (temperatura); b) plotagem dos perfis de temperatura com a profundidade das 5 estações oceanográficas estudadas. Outra observação importante na avaliação dos dados medidos é a análise de dispersão, no caso dos dados a processar, Temperatura da água do mar e a Salinidade. 14 No Menu “GeochemAnalysis” seleciona-se “Scatter Analysis” (Figura 11a) e, na janela seguinte (Figura 11b), seleciona-se os dados em cada um dos eixos, no caso salinidade na horizontal e temperatura na vertical. Há ainda a opção de símbolos de cor fixa ou coloridos segundo uma tabela de cores previamente definida, sendo aqui utilizada a mesma tabela de cores a ser utilizada no grid de temperatura. a) b) Figura 11- Menus de seleção do plot de dispersão: a) Menu de seleção; b) Menu de configuração. O resultado desta plotagem é o “Diagrama T-S” (Figura 12), amplamente utilizado na Oceanografia, pois cada diferente “Massa D’água” é definida por faixas típicas de temperatura e salinidade. Neste diagrama, cada massa d’água aparece como uma tendência, logo, se a dispersão de pontos apresentar inflexões na distribuição dos pares de salinidade e temperatura, teremos mais de uma massa d’água presente na coluna d’água da região amostrada. 15 Figura 12 – Diagrama T-S de todos os dados coletados. A observação da dispersão dos pontos no “Diagrama T-S” acima (Figura 12) deixa claro a existência de mais de uma massa dágua na regiaõ de estudo. Parte dos pontos distribui-se numa diagonal do canto inferior às proximidades do canto superior, outros pontos se distribuem formando ângulo com essa tendência principal. A segunda tendência não é tão homogênea como a primeira, o que se explica pelas diferentes distâncias à costa, que reduz a salinidade com a proximidade da costa, como indicado pela identificação da estação mais distante da costa (MCT105) e a mais próxima (MCT109). Pelo exposto acima, a análise dos todos os dados, em termos estatísticos, de forma única, apresenta problema sério. Se aplicarmos pura e simplesmente a média de temperatura ± o desvio padrão encontrado (13.41±5.93), teremos os limites de 16 temperatura aceitáveis entre 19.34 e 7.47, o que poderia levar à desconsideração de dados acima e abaixo destes limites, mas que são plenamente possíveis e coerentes com as temperaturas das massas d’água conhecidas na região. Assim sendo, opta-se neste trabalho pela subdivisão dos dados nas diferentes massas d’água para depois caracterizá-las, cada qual com suas estatísticas próprias. 3.3 – Classificação das Massas D’água A fim de que se tenha o melhor desenvolvimento do presente trabalho, faz-se necessário a definição da classificação de massas d’água que será utilizada na análise dos dados, pois os limites máximos e mínimos de temperatura e salinidade para caracterização das massas d’água podem diferir de autor para autor. COSENDEY (2006), em seu estudo “ESTUDO DAS MASSAS D’ÁGUA E DA CIRCULAÇÃO GEOSTRÓFICA NA REGIÃO SUDESTE DA BACIA DO BRASIL” apresenta a caracterização das massas d’água encontradas no Atlântico Sul, sendo selecionadas dentre estas as que podem ser encontradas nas profundidades máximas das coletas executadas na “Operação MCT II – Carbono S-SE”, ou seja, menos de 900m. As definições que serão adotadas no presente trabalho, baseadas na descrição de COSENDEY (op. cit.) são mostradas abaixo: • Água Tropical (AT): encontrada na camada superficial do Atlântico Sul, tendendo ao aumento da temperatura com a diminuição da latitude. Descrita por Emilson (1961), sendo formada pelo desequilíbrio entre a evaporação e a precipitação no Atlântico Sul Tropical. Na Margem Continental Brasileira é transportada para sul pela Corrente do Brasil. Caracteriza-se no sudeste brasileiro por temperaturas superiores a 20ºC e salinidade acima de 36, conforme Silveira (2000). Situa-se a profundidades entre 0 e 100 metros e na faixa de latitudes entre 13º S e 25º S. • Água Central do Atlântico Sul (ACAS): formada na região da Convergência Subtropical, onde as águas quentes e salinas afundam e seguem em direção ao equador, acompanhando o giro subtropical, sobre uma água mais fria e menos salina que afunda em latitudes mais altas. Caracteriza-se por gráfico T-S com dispersão quase linear dos pontos, apresentando temperaturas entre 8º C e 18º C e salinidades entre 34,5 a 36, numa classificação mais clássica (SVERDRUP at all, 1942), entretanto, SILVEIRA at all (2000), em trabalho localizado mais próximo à costa definem os limites da ACAS entre 6°C e 20°C e salinidades de 34,6 e 36. No presente trabalho, por ter semelhança 17 em relação à região de seu desenvolvimento, área próxima à costa, será adotada a definição de Silveira at all (op. Cit.). ao desenvolvido. Seu limite com a Água Intermediária Antártica, que se situa logo abaixo, é definido, segundo MULLER AT ALL (1998) pela isopicnal de 27,1. • Água Intermediária Antártica (AIA): forma-se na região conhecida como Convergência Antártica, entre 40º e 50ºS, onde a taxa de precipitação supera a de evaporação, sendo fruto da mistura de águas superficiais e sub-superficiais. Ela afunda por possuir uma densidade maior que a das águas adjacentes em função de sua temperatura e flui seguindo o giro subtropical em profundidades que variam de 500 a 1100 metros aproximadamente. Seus limites são definidos por SVERDRUP (1942) entre 3° e 6°C para temperatura e entre 34,2 e 34,6 para salinidade. Além destas massas d’água, é identificada por alguns autores a Água da Plataforma (AP) e a Água Costeira (AC), como visto na Figura 13, abaixo. Figura 13 - Estrutura vertical das massas de águas presentes na Margem Continental Sudeste do Brasil (alterado de Matsuura, 1986). 18 Em complementação às massas d’água de Cosendey (2006), será adotada a definição de Água Costeira usada por Zaluaga (2012), visto ser a dispersão de seus dados no Diagrama T-S (Figura 14), muito parecida com a dispersão observada nos dados coletados na “Operação MCT II – Carbono S-SE”, vistos na Figura 12. Em seu trabalho Zaluaga (op. cit.) coloca: “Água Costeira (AC) é resultado da mistura das águas na plataforma com águas de origem continental e se caracteriza por ter baixa salinidade e temperaturas que variam sazonalmente devido a sua constante troca com a atmosfera e a drenagem continental”. Como pode ser observado no Diagrama T-S (Figura 14), os limites de temperatura são entre 20 e 26ºC e os de salinidade entre 34 e 36, aproximadamente. Figura 14 - Diagrama T/S das massas d’água presentes na plataforma continental de Cabo Frio. (alterado de Zaluaga, 2012). Com base em tudo que é descrito acima, fica definido o quadro de classificação das massas d’água que será usado (TABELA I). 19 Tabela I – Tabela de classificação de Massas d’água. MASSA D'ÁGUA Água Costeira (AC) Água Tropical (AT) Água Central do Atlântico Sul (ACAS) Água Intermediária Antártica (AIA) Temperatura Temperatura Salinidade Salinidade mínima (ºC) máxima (ºC) mínima máxima 20 26 34 36 20 27 36.4 37.4 8 18 34,6 36 3 6 34.2 34.6 A visualização gráfica desta classificação das massas d’água pode ser vista na Figura 15, onde temos o Diagrama T-S dos dados. Diagrama T-S Temperatura 30 AT 20 AC 10 ACAS AIA 0 34 36 35 Salinidade 37 26.1 24.3 22.6 20.8 19.1 17.3 15.5 13.8 12.0 10.3 8.5 6.8 5.0 Temperatura (ºC) Figura 15 – Diagrama T-S com os símbolos coloridos pela temperatura e a indicação dos retângulos de limite das diferentes massas d’água: AC – Água Costeira; AT – Água Tropical; ACAS – Água Central do Atlântico Sul; e AIA – Água intermediária Antártica. 20 A separação das diferentes massas d’água no “database” do Oasis Montaj 8.1 é feita quebrando-se a “linha”, conjunto único de dados contendo todos os dados coletados, em tantas linhas quanto forem necessárias para que cada uma contenha os dados de uma massa d’água identificada. No presente caso, foram criadas 05 linhas para Água Costeira (AC), Água Tropical (AT), Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e Água intermediária Antártica (AIA) e demais dados. A quebra da linha única em diferentes linhas pode ser feito de duas formas no Oasis Montaj 8.1, automaticamente, aplicando-se uma expressão lógica (Figura 16), na qual é estabelecida uma seqüência de condicionais que, se atendidas, atribuem uma classificação em nova coluna criada (classificação), posteriormente, no menu “database” Tools, Line Tolls, Split on Line Channel (Figura 17), que irá quebrar as linhas com base na classificação deste canal. Figura 16 – Visualização da tela de seleção de expressões matemáticas para aplicação num coluna de dados, com a seleção de expressão condicional. 21 Figura 17 - Visualização da tela de quebra de linhas. A segunda forma, manual, é feita primeiramente ordenando-se o “database” com base em 02 canais, clicando-se “Database Tools”, “Channel Tools”, Sort all by 2 channels” (Figura 18). Figura 18 - Visualização da tela de ordenamento de linha com base em 2 canais. 22 Seleciona-se o canal primário de ordenação “Temperatura” e a opção ascendente ou descendente, selecionado-se também o canal secundário de ordenação “Salinidade” e a opção de ordenação ascendente ou descendente (Figura 19). Figura 19 - Visualização da tela de seleção dos canais e a forma de ordenação. Feito isto, corre-se o canal de temperatura até as temperaturas limites das massas d’água e observa-se o canal de salinidade, se o valor estiver dentro dos limites da massa d’água, procede-se a quebra manual da linha, separando-se a massa d’água em outra linha (Figura 20). 23 Figura 20 – Tela de quebra de linha, destacando o limite de temperatura (<6ºC) e salinidade (entre 34.2 e 34.6) referente à Água intermediária Antártica (AIA) e o novo nome da linha criada. Terminada a quebra das linhas, o “database” é salvo com novo nome Massas D’água para que se preserve o “database” inicial. 3.4 – Ajuste de Curvas, Regressão e Correlação Com a classificação das massas d’água pronta podemos estudar cada uma delas individualmente, analisando-se sua estatística, buscando-se uma reta de regressão de seus dados e, por fim, avaliando a correlação dos dados. Começando a análise a partir da camada mais fria e profunda que corresponde à Água Intermediária Antártica (AIA), cuja profundidade nos dados coletados varia de -848 a -621 metros (Figura 22a). A temperatura fica entre 4.45 e 5.99 ºC com média de 4.91ºC e desvio padrão de 0.45 (Figura 22b). A e a salinidade, por sua vez, fica entre 34.3353 e 34.3952 com média de 34.3467 e desvio padrão de 0,0156. 24 a) b) c) Figura 21 – Recorte da tela de estatística dos canais de profundidade (a), temperatura (b) e salinidade (c) na AIA. A análise do diagrama T-S da AIA mostra uma dispersão bem alinhada, com suave concavidade, leitura bem característica desta massa d’água (Figura 22a). Aplicando-se a regressão linear temos a reta (Figura 22a) e os parâmetros de interseção e coeficiente usados pelo Oasis Montaj 8.1 (Figura 22b). 25 a) b) Figura 22 – Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a AIA (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão, em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. A ACAS, a massa d’água de maior importância na região, visto ser a que aflora em períodos de ressurgência, apresenta-se a profundidades entre -22 e -620 metros (Figura 23a), tendo temperatura entre 6 e 17.96 ºC, com média de 12.12 e desvio padrão de 3.15 (Figura 23b), enquanto que a salinidade mostra-se entre 34.3958 e 35.9986, com média de 35.1163 e desvio padrão de 0.4107 ((Figura 23c). 26 a) b) c) Figura 23 – Telas de estatística dos canais de profundidade, temperatura e salinidade da ACAS. O diagrama T-S da ACAS exibe uma dispersão bem alinhada, leitura bem característica desta massa d’água, com suave concavidade (Figura 24a). Aplicando-se a regressão linear temos a reta (Figura 24a) e os parâmetros de interseção e coeficiente usados pelo Oasis Montaj 8.1 (Figura 24b). 27 a) b) Figura 24 - Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a ACAS (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão, em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. A Água Costeira (AC) é encontrada em profundidade que variam de -3 a -26 metros (Figura 25a), tendo temperatura entre 20.09 e 25.94 ºC, com média de 24.75 e desvio padrão de 1.03 (Figura 25b), enquanto que a salinidade mostra-se entre 34.3958 e 35.9986, com média de 35.1163 e desvio padrão de 0.4107 ((Figura 25c). 28 a) b) c) Figura 25 - Telas de estatística dos canais de profundidade, temperatura e salinidade da AC. O diagrama T-S da AC exibe uma dispersão não homogênea (Figura 26a), distribuindo-se em nuvens que parecem estar muito condicionadas pela distância da costa. Aplicando-se a regressão linear temos a reta e os parâmetros de interseção e coeficiente usados pelo Oasis Montaj 8.1 (Figura 26b), entretanto, com a dispersão descrita acima, essa ferramenta não parece apresentar coerência. 29 a) b) Figura 26 - Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a AC (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão; em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. A Água Tropical (AT) é encontrada em profundidade que variam de -14 a -81 metros (Figura 27a), tendo temperatura entre 20 e 25,14 ºC, com média de 22.56 ºC e desvio padrão de 1.45 (Figura 27b), enquanto que a salinidade mostra-se entre 36.01 e 36.88, com média de 36.60 e desvio padrão de 0.23 ((Figura 27c). 30 a) b) c) Figura 27 - Telas de estatística dos canais de profundidade, temperatura e salinidade da AT. O diagrama T-S da AT, por sua vez, mostra dispersão bem parecida com a da Água Costeira, com padrão de curvas côncavas defasadas (Figura 28a), parecendo ter relação com a distância da costa. A aplicação da regressão linear com os parâmetros de interseção e coeficiente usados pelo Oasis Montaj 8.1 (Figura 28b), não parece apresentar coerência. 31 a) b) Figura 28 - Visualização da tela de dispersão do Oasis Montaj 8.1 (Diagrama T-S) para a AT (a), mostrando a plotagem dos pontos e a reta de regressão, em b) temos a tela de coeficientes de regressão usados para o cálculo da reta de regressão. A forma de dispersão mostrada no Diagrama T-S acima, parecendo haver curvas côncavas deslocadas, assemelha-se muito á mostrada por Silva (2005) em seu estudo na Margem Continental Norte Brasileira para o setor designado para a Água Tropical (Figura 29). Figura 29 – Diagrama T-S mostrando as massas d’água reconhecidos na MC Norte Brasileira (alterado de Silva at all, 2005). 32 Por fim, dentro deste sub item do trabalho, temos a análise de correlação dos dados utilizados. No módulo de geoquímica do Oasis Montaj 8.1, selecionando-se o menu GeochemAnalysis e Correlations (Figura 30), abre-se a janela de opções da correlação (Figura 31), onde foram selecionados os canais exibidos, uma correlação Linear, sem colocação de título, usando-se código de cores para classificar a correlação, um nível de significância de 0.95, a plotagem da dispersão dos pontos e o “espaço amostral” (número de amostras). Figura 30 – Parte da tela do Oasis Montaj 8.1 mostrando o menu Geochem Analysis. Figura 31 – Menu Correlação onde se seleciona os parâmetros DAE correlação. 33 O resultado da análise de correlação, conforme as opções selecionadas, é plotada num arquivo “.MAP” (Figura 32), onde são exibidos graficamente e numericamente os resultados da correlação. DIAGRAMA DE CORRELAÇÃO Projeto: OPERAÇÃO MCTII - CARBONO S-SE RADIAL 18 Curso: CAHO 2014 Grupo: 4 long lat Temp Sal prof Dist Km long lat -0.47 Legenda de Cores: Temp -0.35 Sal -0.36 0.39 (Significância 0.95) 0.32 0.93 Muito Forte Forte prof -0.43 0.55 0.93 0.88 Moderada Fraca Dist km -0.47 1.00 0.39 0.32 0.55 Muito Fraca Nula Espaço amostral: 1597 Figura 32 – Gráfico de correlação gerado no Oasis Montaj 8.1. A análise do gráfico de correlação acima nos mostra: a) correlação perfeita, com valor de 1.00, entre a distância em Km e a longitude, o que é perfeitamente esperado, pois as estação estão dispostas num perfil N-S; b) correlação muito forte, com valores de 0.93 entre a temperatura e a salinidade, com a dispersão dos pontos coincidente com o diagrama T-S. Essa forte correlação é esperada, pois esses parâmetros que definem uma massa d’água e nesta região elas estão bem definidas; 34 c) correlação muito forte entre profundidade e temperatura (0.93), fato real na oceanografia local, onde as camadas mais profundas (AIA e ACAS) tem menor temperatura com a profundidade; d) correlação muito forte entre a profundidade e a salinidade (0.88), o que também é uma realidade, pois a salinidade superficial é em geral superior à salinidade em profundidade; e) correlação moderada entre a distância e a profundidade (0.55) e entre a profundidade e a latitude, o que se mostra coerente, pois a profundidade aumenta com a distância, estando a distância diretamente relacionada à latitude (perfis NS). Essa variação, entretanto, não é totalmente homogênea, o que é mostrado através do gradiente batimétrico, muito maior no talude superior que na plataforma e talude inferior; f) as correlações fracas estão, de forma geral, ligadas à grandezas horizontais (distância, longitude e latitude). 3.5 – Estimação de Parâmetros A visualização dos dados, para fins de interpretação de resultados, pode ser feita de duas formas distintas, a saber: a) Considerando-se cada estação e fazendo-se análise de perfis T-S (temperatura x salinidade); b) Considerando-se as estações como um todo e gerando uma visualização em grid colorido num perfil (profundidade x distância). A primeira forma de visualização, já citada anteriormente, permite a avaliação dos dados de temperatura e salinidade nas estações de coleta (Figuras 33 a 37). 35 Figura 33 – Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 105. 36 Figura 34 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 106. 37 Figura 35 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 107. 38 Figura 36 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 108. 39 Figura 37 - Perfil de Temperatura (ºC) e Salinidade em função da Profundidade (m) na estação MCT 109. A segunda forma de visualização, grid colorido, permite a observação das distribuições de temperatura e salinidade espacialmente, num corte vertical. Este método consiste na estimação de valores intermediários numa matriz de pontos regularmente distribuídos num plano de coordenadas X e Y. Para a confecção dos grids de temperatura e salinidade fez-se a troca das coordenadas N e E pela distância em Km entre as estações e a profundidade em metros. Isto feito, procedeu-se a gridagem pelo método de mínima curvatura. Primeiramente foi 40 elaborado o grid de temperatura (Figura 38), no qual é nítida a subida de águas frias, de temperatura abaixo dos 18ºC, sobre a plataforma, com dados medidos entre 22 e 21 metros na estação MCT109 e entre 50 e 51 metros na estação MCT 108. Distância (Km) 0 20 MCT105 40 MCT106 60 80 100 120 MCT108 MCT107 MCT109 0 20 24 22 20 18 -200 16 Profundidade (m) 14 12 -400 10 8 -600 6 -800 18 16 14 26.08 25.50 24.91 24.33 23.74 23.15 22.57 21.98 21.40 20.81 20.22 19.64 19.05 18.47 17.88 17.30 16.71 16.12 15.54 14.95 14.37 13.78 13.20 12.61 12.02 11.44 10.85 10.27 9.68 9.10 8.51 7.92 7.34 6.75 6.17 5.58 5.00 4.41 Temperatura (ºC) Figura 38 – Grid de temperatura (ºC) exibido num perfil Profundidade (m) x Distância (Km) no sentido mar aberto-costa. Posteriormente foi elaborado o grid de salinidade (Figura 39), também usando-se o método de mínima curvatura. Neste grid pode-se observar a presença das maiores salinidades na superfície do oceano. 41 Distância (Km) 0 20 MCT105 40 MCT106 60 0 36 . 5 80 36 100 120 MCT108 MCT107 MCT109 36 5 35 . 36 -200 Profundidade (m) 35 . 5 35 -400 34.5 -600 -800 36.44 36.19 36.13 36.06 35.95 35.88 35.79 35.66 35.61 35.52 35.46 35.44 35.42 35.40 35.36 35.32 35.27 35.22 35.20 35.17 35.15 35.10 35.04 34.99 34.90 34.87 34.82 34.77 34.72 34.67 34.63 34.57 34.53 34.48 34.42 34.38 34.34 34.30 Salinidade Figura 39 – Grid de salinidade exibido num perfil Profundidade (m) x Distância (Km) no sentido mar aberto-costa. . 3.6 – Amostragem Estatística O processo de gridagem dos dados de salinidade e temperatura é um processo de interpolação de dados, que usa estimação de parâmetros numa estatística georreferenciada (Geo-estatística). Por ser uma estimação, a gridagem necessita de confrontação frente aos dados reais, para que se conheça a incerteza dos valores estimados. O Oasis Montaj 8.1 tem ferramentas que propiciaram a Villena (2003, 2007, 2011, 2012), ao longo de anos de utilização do software, o desenvolvimento de uma metodologia de conferência do grid. Uma vez elaborado o grid, no menu Grid-Utilities, seleciona-se a opção Grid Profile. Esta ferramenta do software permite uma amostragem dos valores da estimação do grid nos mesmos pontos de coordenadas que se tem os dados reais coletados, sendo criada uma nova coluna no “database”, na qual são salvos os valores retirados do grid (Figura 40). 42 Figura 40 – Tela do Oasis Montaj mostrando o menu de “Sample a Grid”. Feita a amostragem do grid, podemos exibir o perfil de dados reais conjuntamente com o perfil de dados estimados no grid, procedendo a uma análise visual do resultado da interpolação (Figura 41). Figura 41 – Tela do Oasis Montaj com a exibição dos perfis de dados reais e dados amostrados no grid de temperatura. 43 O passo seguinte para a validação do grid gerado é criar-se nova coluna, na qual serão alocados os valores de diferença entre o valor real do dado gridado, no caso deste trabalho a temperatura e a salinidade. A coluna deve ser criada, depois procede-se ao menu “database” tools (Figura 42), seleciona-se channel math (Figura 43), escrevendose a expressão matemática envolvendo os canais (colunas) do “database” envolvidas. No caso o módulo da temperatura medida menos a temperatura estimada na interpolação do grid, dividindo-se o resultado pela temperatura medida e multiplicando-se o resultado da divisão por 100, assim teremos um canal com o erro percentual. Figura 42 – Janela do Oasis Montaj 8.1 mostrando a seleção co “Channel Math. Figura 43 – Janela de expressão matemática do Oasis Montaj 8.1, mostrando a fórmula utilizada para o cálculo do erro percentual do Grid de temperatura em relação á temperatura medida. 44 Uma vez calculado o erro percentual, podemos observar os resultados através da estatística do canal, avaliando-se o número de dados, o máximo e mínimo de erro (Figura 44). Figura 44 – Janela do Oasis Montaj 8.1 mostrando o canal de erro percentual selecionado (azul) e a estatístico com o número de dados, o máximo e o mínimo do erro percentual (5.51 e -6.38) , a média (-0.02) e o desvio padrão (0.67). Fazendo-se a ordenação do “database” pelo canal de erro percentual (Figura 45 e 46) podemos estabelecer um limite do erro, no caso, 2% e avaliar o número de dados que tenham erro menor que o limite estipulado (Figura 47), fazendo-se a razão entre este número e o total dos dados, multiplicando-se o resultado por 100, assim teremos o percentual dos dados está com erro abaixo do limite. 45 Figura 45 – Tela do Oasis Montaj 8.1 mostrando a ferramenta “sort” de ordenação do “database” a partir de uma das colunas. Figura 46 – Janela de seleção da coluna base para a ordenação do “database”. 46 Figura 47 – Janela do Oasis Montaj 8.1 mostrando o canal de erro percentual selecionado (azul), no qual podemos ver a localização do limite do erro percentual estipulado neste trabalho (2%). Com base nos dados da figura acima, temos que 1562 do total de 1597 dados têm erro inferior a 2%. Assim sendo, uma simples razão (1562 ÷ 1597) nos dá uma percentual de 97.78% dos dados com erro percentual inferior a 2%. Desta forma podemos considerar o grid de temperatura está consistente. Procedendo a mesma metodologia para a salinidade e estabelecendo os mesmos 2% como o limite de erro percentual, veremos que a totalidade dos dados está com erro inferior a 2% (Figura 48). Figura 48 – Tela do Oasis Montaj mostrando a janela de estatística da coluna de erro percentual e a coluna de erro percentual, na qual podemos ver que o erro é inferior a 2% para todos os dados. 47 As estatísticas de erro percentual frente ao número de amostras com erro inferior do valor limite estabelecido (2%) mostrou que a gridagem (estimativa de valores) para exibição de perfis de Temperatura e de Salinidade em função da profundidade e da distância, ficou com excelente qualidade. 3.7 – Teste de Hipótese O teste de hipótese sempre parte de algo pré-estabelecido (hipótese) para se fazer uma “comparação”, obtendo-se a confirmação ou não da hipótese aventada. O presente trabalho desenvolve-se com dados de uma região onde a ressurgência é um processo oceanográfico conhecido, com sazonalidade estabelecida, forçantes conhecidas e resultados definidos. Segundo vários autores (MOREIRA DA SILVA & MENDONÇA, 1977; MESQUITA, 1979; CANDELLA, 1999; CAMPOS at all, 2000; COSENDEY, 2006; SILVA AT ALL, 2006; CALIL, 2006 e outros), a ressurgência ocorre principalmente durante o período de verão, quando as condições oceanográficas de circulação da Corrente do Brasil e subida da ACAS a águas mais superiores, associado às condições meteorológicas de posição do Anticiclone do Atlântico Sul e circulação predominante de ventos NE. O teste de hipótese será a análise dos resultados obtidos com os dados trabalhados para a avaliação de ocorrência ou não de ressurgência no período de coleta doa dados de temperatura e salinidade. Para a avaliação de ressurgência ou não serão utilizados os limites de classificação de massas d’água da Tabela I apresentada anteriormente e os grids de temperatura e salinidade, visto que não temos dados coletados na superfície do mar, a profundidade mais rasa de coleta é -3 m e o grid estima valores para profundidades até 0 metros (Figura 49). 48 Figura 49 – Visualização da estatística do canal “Profundidade” no “database” de dados, mostrando os limites de profundidade (-3m e -848m). A partir dos grids de temperatura e de salinidade, utilizando a ferramenta “Contour” (Figura 50) para traçado de isolinhas, fez-se o traçado das isobatimétricas de 6, 20, 26 e 27 metros e das isopicnais de 34.6, 36, 36.4 e 37 (Figura 51). Figura 50 – Visualização da seleção da ferramenta de traçado de contornos a partir de um grid. 49 Distância (Km) 0 20 MCT105 40 MCT106 60 80 0 36 100 MCT108 MCT107 36 120 MCT109 20 18 36 . 4 20 13 86 Profundidade (m) -200 -400 8 34 .6 -600 6 20 36.4 - Temperatura (ºC) - Salinidade -800 Figura 51 – Perfil mostrando os contornos de batimetria (preto) e de salinidade (azul). Tomando por base esse contornos foram traçados polígonos de diferentes cores definidos as massas d’água observadas, deixando em branco as áreas de “mistura” (Figura 52). 50 Distância (Km) 0 20 MCT105 40 MCT106 60 80 100 MCT108 MCT107 0 36 36 120 MCT109 20 18 36 . 4 20 13 86 ÁGUA TROPICAL (AT) Profundidade (m) -200 ÁGUA COSTEIRA (AC) -400 ÁGUA CENTRAL DO ATLÂNTICO SUL (ACAS) 8 34 .6 ÁGUA INTERMEDIÁRIA ANTÁRTICA (AIA) -600 6 20 36.4 - Temperatura (ºC) - Salinidade ZONA DE MISTURA -800 Figura 52 – Perfil mostrando as massas d’água delimitadas. Analizando-se a figura acima, temos: Na porção mais afastada da costa e profundidades maiores que 600 metros, a Água Intermediária Antártica (AIA), com temperatura inferior a 6ºC e salinidades entre 34.2 e 34.6; Segue-se uma zona de mistura entre esta e a Água Central do Atlântico Sul (ACAS), com temperaturas entre 6ºC e 8ºC e salinidade até 36,4, não individualizando nenhuma das massas d’água conhecidas; Em profundidades entre 621m e 22m, a ACAS avança por sobre a plataforma continental, mostrando temperaturas entre 8ºC e 18ºC e salinidade entre 34.6 e 36.0; Acima desta temos nova camada de mistura resultante da interação da ACAS, da Água Tropical (AT) e da Água Costeira (AC); Na superfície do oceano, entre as estações MCT 105 e MCT 106 temos a Água Tropical (AT), com as temperaturas entre 20ºC e 27ºC e salinidades elevadas, entre 36.4 e 37.4; Entre a AT e a AC novamente há uma zona de mistura, sem temperaturas e salinidades que definam qualquer das massas d’água conhecidas; 51 Sobre a plataforma continental média e externa, acima da ACAS, temos a Água Costeira (AC), que está localizada a certa distância da costa. Com base no quadro de distribuição das massas d’água descrito acima, concluímos que o teste de hipótese é negativo, pois não temos águas com temperaturas e salinidades no intervalo típico da ACAS aflorando na superfície do oceano, não havendo ressurgência nos dias 10 e 11 de janeiro de 2011, dias das coletas de dados da Radial 18 da “OPERAÇÃO MCTII - CARBONO S-SE”. 4 – DISCUSSÃO Vários fatores se somam para que ocorra a ressurgência, mas a atuação do vento de quadrante NE é o principal condicionante para que a ACAS aflore em superfície. Segundo Silva at all (op. cit.) a atuação do vento sofre um retardo de tempo, que seja para a ocorrência da ressurgência ou para sua finalização (Figura 53). Figura 53 – Gráficos de direção do vento e temperatura da água do mar na superfície, sendo indicados o início e final do vento NE (Vi e Vf) e início e final da ressurgência (Ti e Tf) (alterado de Silva at all, 2006). 52 O retardo (“delay”) de tempo entre o início do vento e o início da ressurgência, segundo Silva at all (op. Cit.), é denominado tempo de resposta e varia ao longo do ano (Figura54a), bem como o retardo (“delay”) para o término da ressurgência (Figura 54b). a) b) Figura 54 – Gráfico com a variação anual do tempo de resposta e do tempo de retorno (alterado de Silva, (2006). Segundo os gráficos acima, o tempo de resposta e de retorno no verão, período similar ao de aquisição dos dados utilizados no presente trabalho é de 30 a 48 hs e de 19 a 21 hs, respectivamente. Tendo por base os dados de direção do vento na estação meteorológica do Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM) foi elaborado um gráfico de direção do vento pelo tempo em dias (Figura 55). Neste gráfico são marcados os dias 10 e 11 de janeiro de 2011, quando foram coletados os dados da Radial 18 utilizada neste trabalho. 53 360 288 240 192 144 96 0 48 Direção do vento 19:00Hs 11/01/2011 00:00Hs 10/01/2011 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Dias de medição Figura 55 – Gráfico de direção do vento na estão meteorológica do IEAPM, Arraial do cabo. A observação do gráfico acima mostra que a coleta foi realizada entre o 36º e 37º dias de registro de vento e que o vento mudou do quadrante sul para N-NE no 31º dia, rondando entre 0 e 90 graus de direção até o dia 36 de coleta, rondando a mais de 130 graus entre o 36º e o 37º dias de registro. A velocidade do vento máxima entre o 31º e o 37º dias de registro de vento (Figura 56) variou entre pouco mais de 9m/s e pouco menos de 2m/s, com máxima de pouco mais de 9m/s, caracterizando ventos fracos no período. Velocidade do Vento (m/s) Velocidade do vento 00:00Hs 10/01/2011 9.0 6.0 3.0 0.0 0 2 4 6 8 19:00Hs 11/01/2011 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 49 Dias de Registro Figura 56 - Gráfico de velocidade do vento na estão meteorológica do IEAPM, Arraial do cabo. O período de tempo compreendido entre o giro do vento para norte-nordeste (dia 31) e o início da coleta das amostras (dia 36) é de 5 dias, o que seria suficiente para que a ressurgência se manifestasse, segundo o estudo de Silva at all (2006), entretanto, a velocidade do vento neste período é pequena. O quadro de distribuição vertical e horizontal das massas d’água mostra que a Água Costeira (AC) parece ter sido deslocada (empurrada) mar adentro pela ação dos ventos NE e o transporte de Ekman com resultante final a 90º do vento, como descrito por Silva at all (2006). Ocorre a subida da ACAS por sobre a plataforma continental até 54 sub-superfície, a profundidades de 22 metros, mas não a temos aflorando na superfície do oceano. O que leva à suposição de que a ação dos ventos alísios de NE não foi suficiente para acarretar o afloramento da água fria (temperatura < 18ºC), não caracterizando, portanto, a ocorrência do fenômeno da ressurgência. 5 – CONCLUSÃO Tomando por base todo o trabalho realizado, podemos concluir que: - O Geosoft Oasis Montaj 8.1 mostrou-se uma excelente ferramenta para formatação dos dados, tratamento estatístico, geração de grids de interpolação, controle de qualidade de dados e grids, além de elaboração de gráficos e mapas, tendo em sua estrutura muitas funções pré programadas de grande valia ao trabalho; - Estatística tradicional, com utilização de média, mediana, desvio padrão, etc., não se mostrou eficaz, devendo-se isto ao fato de termos forte estratificação tanto na coluna d’água quanto em distância; - A metodologia aplicada, valendo-se muito mais da observação dos dados e dos resultados obtidos nos gráficos e mapas do que de filtros matemáticos automatizados, mostrou-se muito eficaz; - Os dados obtidos no campo mostraram-se de qualidade, permitindo a elaboração de excelentes gráficos e figuras, que além de ilustrativas foram muito elucidativas na na avaliação da ocorrência ou não do processo de ressurgência. - Ocorre a intrusão da ACAS por sobre a plataforma, mas não o seu afloramento, o que caracteriza uma situação sem a manifestação da ressurgência no moento da coleta dos dados analisados. 6 – BIBLIOGRAFIA CALIL ELIAS, L.M. - Variabilidade Interanual da Ressurgência de Cabo Frio – RJ. 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