Análise espaço-temporal do Vórtice de Abrolhos - BEM

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS
DEPARTAMENTO DE OCEANOGRAFIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM OCEANOGRAFIA
BRUNO SCHERR MARTINS
ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DO VÓRTICE DE
ABROLHOS
VITÓRIA
2011
BRUNO SCHERR MARTINS
ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DO VÓRTICE DE
ABROLHOS
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso de Graduação
em Oceanografia, do Departamento
de Oceanografia e Ecologia (DOC)
da Universidade Federal do Espírito
Santo (UFES), como requisito
parcial para obtenção do título de
Bacharel em Oceanografia.
Orientador: Prof. Dr. Renato David
Ghisolfi.
VITÓRIA
2011
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS
DEPARTAMENTO DE OCEANOGRAFIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM OCEANOGRAFIA
BRUNO SCHERR MARTINS
ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DO VÓRTICE DE ABROLHOS
COMISSÃO EXAMINADORA
___________________________________________
Prof. Dr. Renato David Ghisolfi
ORIENTADOR – UFES/DOC
___________________________________________
Dr. Alexandre Braga Coli
EXAMINADOR EXTERNO – CEPEMAR
___________________________________________
Msc. Carlos Augusto Fonseca
EXAMINADOR EXTERNO – CEPEMAR
ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DO VÓRTICE DE ABROLHOS
por
Bruno Scherr Martins
Submetido como requisito parcial para a obtenção de grau de
Oceanógrafo
na
Universidade Federal do Espírito Santo
Novembro de 2011
© Bruno Scherr Martins
Por meio deste, o autor confere ao Colegiado do Curso de Oceanografia e ao
Departamento de Oceanografia da UFES permissão para reproduzir e distribuir
cópias parciais ou totais deste documento de trabalho de conclusão de curso para
fins não comerciais.
Assinatura do autor ...................................................................................................
Curso de graduação em Oceanografia
Universidade Federal do Espírito Santo
29 de novembro de 2011
Certificado por ...........................................................................................................
Prof. Dr. Renato David Ghisolfi
(Orientador)
Certificado por ...........................................................................................................
Dr. Alexandre Braga Coli
Examinador Externo
CEPEMAR
Certificado por ...........................................................................................................
Msc. Carlos Augusto Fonseca
Examinador Externo
CEPEMAR
Aceito por ..................................................................................................................
Ângelo Fraga Bernardino
Prof. Coordenador do Curso de Oceanografia
Universidade Federal do Espírito Santo
CCHN/DOC/UFES
iv
AGRADECIMENTOS
Faltam palavras para expressar meu agradecimento por tudo àquilo que Deus
fez por mim. Desde sempre Ele tem me iluminado e mais uma vez permitiu que
eu cumprisse mais uma etapa da minha vida, me dando força, paciência e
determinação.
Agradeço a Agência Nacional de Petróleo (ANP) por ter financiado essa
pesquisa.
Agradeço ao meu orientador Renato D. Ghisolfi pelos ensinamentos e
perfeccionismo.
Sou grato a minha mãe Vânia por todo amor, apoio, todos os mimos e abraços
recebidos nesses anos todos. Agradeço ao meu pai, Nilo, por sempre acreditar
em mim e por estar sempre pronto a me ajudar.
Agradeço ao meu avô Walter – de quem jamais esquecerei -, pelo amor,
carinho e exemplo de vida. À minha avó Irene pelas incansáveis orações e por
dar sempre aquele mimo de “vó”. Ao meu vovô Mimi e vovó Nidi, que sempre
me amaram muito.
Agradeço ao meu irmão e todo o restante da família por tantos momentos
felizes. À minha namorada linda, Lívia, por todo apoio e carinho.
Sou grato aos meus amigos do bairro por tantas aventuras nesses anos todos,
aos do Laboratório, por tantas tardes “divertidas”, e aos de classe, por fazerem
desses quatro anos de faculdade os melhores da minha vida.
Agradeço a todos aqueles que de uma forma ou de outra, contribuíram para
que essa conquista se realizasse.
v
RESUMO
A costa leste brasileira é caracterizada por um complexo sistema de Correntes
de Contorno Oetes associado a uma margem continental com diversificadas
feições fisiográficas. Nos estratos superiores da coluna d’água e em seu
caminho para sul, a Corrente do Brasil fecha o giro Subtropical do Atlântico Sul.
A CB tem escoamento estreito e bem definido ao largo da margem continental
brasileira acompanhando os contornos batimétricos da quebra de plataforma.
Apesar disso, é considerada uma corrente relativamente fraca, se comparada
com outras correntes desse tipo. Todavia, a intensa atividade de meso-escala é
uma das características marcantes dessa corrente a qual proporciona a
formação de meandros e vórtices ao longo de seu deslocamento. Um dos
vórtices da CB é o Vórtice de Abrolhos. A partir da hipótese de que o Vórtice de
Abrolhos fosse permanente com relação ao tempo e robusto nas primeiras
centenas de metros da colunada d’água, surgiu a motivação para o presente
trabalho. Para isso, os resultados assimilados do modelo hidrodinâmico
HYCOM na resolução 1/12° para os anos de 2004, 2005 e 2006 foram
mediados anual e sazonalmente e perfis horizontais e verticais de campos
hidrodinâmicos/térmicos foram analisados. Por fim, o Vórtice de Abrolhos se
mostrou perene durante os anos de 2004, 2005 e 2006; centrado
aproximadamente em 19°S; apresentando variação sazonal na forma do anel e
abrangência vertical restrita em média aos 400 m de profundidade.
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Representação esquemática da Corrente do Golfo. ........................ 16
Figura 2 – O sistema de correntes de contorno oeste da costa brasileira. ....... 17
Figura 3 - Padrão de circulação ao largo do banco de Abrolhos. ................... 18
Figura 4 - Topografia e fisiografia da margem continental brasileira. ............... 20
Figura 5 - Eesquema de coordenadas híbridas do modelo HYCOM. .............. 22
Figura 6 - Perfis horizontais do padrão de circulação dos anos de 2004 (a),
2005 (b) e 2006 (c). .......................................................................................... 27
Figura 7 – Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para os anos
de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c)....................................................................... 28
Figura 8 - Perfis horizontais do padrão de circulação para o verão dos anos de
2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c)............................................................................ 32
Figura 9 - Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para o verão
dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c). ...................................................... 33
Figura 10 - Perfis horizontais do padrão de circulação para o outono dos anos
de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c)....................................................................... 34
Figura 11 - Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para o
outono dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c). .......................................... 35
Figura 12 - Perfis horizontais do padrão de circulação para o inverno dos anos
de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c)....................................................................... 36
Figura 13 - Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para o
inverno dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c).. ........................................ 37
Figura 14 - Perfis horizontais do padrão de circulação para a primavera dos
anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c) .............................................................. 38
Figura 15 – Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para a
primavera dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c).. .................................... 39
Figura 16 - Posicionamento dos centros de giro do Vórtice de Abrolhos para as
diferentes estações dos anos amostrados. ...................................................... 41
vii
Figura 17 - Variação sazonal do diâmetro do Vórtice de Abrolhos................... 41
Figura 18 - Separação e captura de uma parcela do fluido ao longo de vórtices
em um jato meandrante ................................................................................... 53
Figura 19 - O efeito de curvatura (a) e efeito beta (b) num jato........................ 54
Figura 20 - Conservação de volume e circulação de uma parcela de fluido sob
squeezing e stretchig vertical. .......................................................................... 55
Figura 21- Perfis horizontais do padrão de circulação para janeiro (a) e
fevereiro (b) de 2004. ....................................................................................... 58
Figura 22 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade
para março (a), abril (b) e maio (c) de 2004. .................................................... 59
Figura 23 - Perfis horizontais do padrão de circulação para junho (a), julho (b) e
agosto(c) de 2004 ............................................................................................ 60
Figura 24 - Perfis horizontais do padrão de circulação para setembro (a),
outubro (b) e novembro de 2004 ...................................................................... 61
Figura 25 - Perfis horizontais do padrão de circulação para dezembro de 2004.
......................................................................................................................... 62
Figura 26 - Perfis horizontais do padrão de circulação para janeiro de 2005. .. 62
Figura 27 - Perfis horizontais do padrão de circulação para fevereiro (a), março
(b) e abril (c) de 2005. ...................................................................................... 63
Figura 28 - Perfis horizontais do padrão de circulação para maio (a), junho (b) e
julho (c) de 2005............................................................................................... 64
Figura 29 - Perfis horizontais do padrão de circulação para agosto (a),
setembro (b) e outubro (c) de 2005. ................................................................. 65
Figura 30 - Perfis horizontais do padrão de circulação para novembro (a) e
dezembro (b) de 2005. ..................................................................................... 66
Figura 31 - Perfis horizontais do padrão de circulação para janeiro (a), fevereiro
(b) e março (c) de 2006. ................................................................................... 67
Figura 32 - Perfis horizontais do padrão de circulação para abril (a), maio (b) e
junho (c) de 2006. ............................................................................................ 68
viii
Figura 33 - Perfis horizontais do padrão de circulação para julho (a), agosto (b)
e setembro (c) de 2006 .................................................................................... 69
Figura 34 - Perfis horizontais do padrão de circulação para outubro (a),
novembro (b) e dezembro (c) de 2006 ............................................................. 70
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resultados da análise sazonal para os três anos de amostragem . 29
Tabela 2 – Índice de correlação entre os parâmetros analisados. ................... 41
x
LISTA DE ABREVIAÇÕES
CCO’s - Correntes de Contorno Oeste
CSE - Corrente Sul-equatorial
BiCSE - Bifurcação da Corrente Sul Equatorial
CB - Corrente do Brasil
SNB - Subcorrente Norte do Brasil
BA - Banco de Abrolhos
VAb - Vórtice de Abrolhos
CG - Corrente do Golfo
CCI - Corrente de Contorno Intermediária
AT - Água Tropical
ACAS - Água Central do Atlântico Sul
AIA - Água Intermediária Antártica
ACS - Água Circumpolar Superior
TSM - Temperatura Superficial Marinha
HYCOM - Hybrid Coordinate Ocean Model
MYCOM - Miami Isopycnic Coordinate Ocean Model
NOGAP - Navy Operational Global Atmospheric Prediciton System
NAVOCEANO - Naval Oceanography Office
GDEM3 - Gerneralized Environment Model version 3.0
NCODA - Navy Coupled Ocean Data Assimilation
xi
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 12
2. OBJETIVOS ................................................................................................. 14
2.1 Objetivos Específicos ................................................................................. 14
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 15
3.1 As Correntes de Contorno Oeste e os Vórtices .......................................... 15
3.1.1 O vórtice de Abrolhos .......................................................................... 18
4. METODOLOGIA .......................................................................................... 20
4.1 Área de Estudo ........................................................................................... 20
4.2 O Modelo Hycom e a Simulação Global ..................................................... 21
4.3 Metodologia de Análise de Resultados ...................................................... 23
5. RESULTADOS ............................................................................................. 25
5.1 Amostragem Anual ..................................................................................... 25
5.2 Amostragem Sazonal ................................................................................. 29
5.3 Análise Comparativa .................................................................................. 40
6. DISCUSSÃO ................................................................................................ 42
7. CONCLUSÃO .............................................................................................. 45
8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 46
9. REFERÊNCIAS ............................................................................................ 47
ANEXO A - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.................................................... 51
1. Vórtices ........................................................................................................ 51
2. Instabilidades ............................................................................................... 51
3. Vorticidade ................................................................................................... 52
4. Efeitos da Topografia ................................................................................... 55
ANEXO B – MÉDIAS MENSAIS ...................................................................... 58
12
1. INTRODUÇÃO
A costa leste brasileira é caracterizada por um complexo sistema de Correntes
de Contorno Oeste (CCO’s) localizados na região do talude continental (Figura
2). As CCO’s, intensas e estreitas, são caracterizadas por grande variabilidade
temporal e espacial e a essas correntes são associados fenômenos de mesoescala, como vórtices (ou anéis), que constituem alguns dos processos físicos
mais energéticos dos oceanos. Por este motivo, é necessário um profundo
conhecimento acerca de sua física bem como de suas interações com o
ambiente que os envolve (correntes, topografia).
Nos estratos superiores da coluna d’água e em seu caminho para sul, a
Corrente do Brasil (CB) fecha o giro Subtropical do Atlântico Sul (PETERSON
& STRAMMA, 1991). A CB tem escoamento estreito e bem definido ao largo da
margem continental brasileira acompanhando os contornos batimétricos da
quebra de plataforma (SILVEIRA et al., 2000). Apesar disso, é considerada
uma corrente relativamente fraca, se comparada com outras CCO’s
(PETERSON & STRAMMA, 1991; SILVEIRA et al., 2000). Todavia, a intensa
atividade de meso-escala é uma das características marcantes dessa corrente
a qual proporciona a formação de meandros e vórtices ao longo de seu
deslocamento. Essas feições apresentam importante papel na troca de
nutrientes entre águas da plataforma e de oceano aberto e, eventualmente,
contribuem para um aumento da produtividade primária local, como identificado
por Gaeta et al. (1999) para o Vórtice de Vitória.
Um dos vórtices da CB - motivação do presente estudo - é o Vórtice de
Abrolhos (VAb), que foi amostrado em cruzeiros oceanográficos de coleta de
dados em períodos específicos dos anos de 2004 e 2005. O VAb se
apresentou como um giro anticiclônico localizado ao largo do Banco de
Abrolhos (BA) caracterizado como semi-permanente ao longo do tempo
(Silveira et al.,2006; Soutelino, 2008). Ainda segundo Soutelino (2008), o
vórtice não ultrapassaria verticalmente a camada de mistura.
A partir desses resultados foi levantada a seguinte hipótese que serviu como
motivação para o presente estudo: “O vórtice de Abrolhos é uma feição anticiclônica e permanente ao largo do Banco de Abrolhos?”.
13
O BA (Figura 4), local de ocorrência do VAb, se constitui de um sistema
coralíneo que representa um ecossistema complexo cuja biodiversidade se
destaca no oceano Atlântico Sul (MARCHIORO et al., 2005). A área ainda
apresenta potenciais sítios de exploração e produção de petróleo cujos
licenciamentos
têm
ocasionado
embates
entre
governo,
empresas
e
ambientalistas.
Uma vez que a compreensão do ambiente é requisito básico para a utilização
do mesmo de forma sustentável, o presente trabalho pretende fornecer
informações científicas que possam subsidiar critérios técnicos na avaliação de
estudos de derramamento de óleo e determinação de implantação de blocos
exploratórios de petróleo, bem como na determinação de zonas de exclusão e
de amortecimento perante aos impactos provenientes primordialmente de
atividades petrolíferas ao largo do BA. Com isso, espera-se contribuir para o
uso de práticas de conservação dos recursos costeiros e marinhos em
sincronia com um desenvolvimento econômico sustentável.
14
2. OBJETIVOS
Analisar a variação espaço-temporal do Vórtice de Abrolhos utilizando os
resultados da simulação global assimilada do modelo Hybrid Coordinate Ocean
Model (HYCOM) no período de 2004 a 2006.
2.1 Objetivos Específicos
- Analisar a variabilidade inter-anual e sazonal do Vórtice de Abrolhos
quanto à permanência da feição tal como descrita por Soutelino (2008).
- Quantificar espacialmente o Vórtice de Abrolhos em relação ao seu
diâmetro, profundidade máxima, velocidade
localização.
meridional máxima e
15
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 As Correntes de Contorno Oeste e os Vórtices
As Correntes de Contorno Oeste (CCO’s) fluem bordejando a quebra de
plataforma continental e atuam como barreiras para o processo de mistura
entre as distintas massas de água da plataforma e oceano aberto.
A Corrente do Golfo (CG) é uma das CCO’s mais intensas e meandrantes do
planeta e localiza-se na costa leste da América do Norte. Ao afastar-se da
costa, no Cabo Hatteras, a CG meandra e desenvolve estruturas vorticais que
eventualmente se fecham e se desprendem do eixo principal na forma de
anéis, de núcleo frio (ciclônicos) ou núcleo quente (anti-ciclônicos), Figura 1.
Tais estruturas apresentam importante papel dinâmico na circulação do
Atlântico Norte além de realizarem trocas de propriedades termodinâmicas
entre água do talude e do Mar de Sargaço sobre a margem continental.
Outra CCO é a Corrente das Agulhas, que libera os vórtices mais energéticos
dentre as CCO’s. Os vórtices, de núcleo quente, são liberados na região de
retroflexão da corrente e desempenham um papel fundamental nos processos
inter-oceânicos entre o Índico e o Atlântico, podendo ser encontrados nas
proximidades da costa da América do Sul (OLSON & EVANS, 1986).
Os vórtices representam um mecanismo fundamental de troca entre essas
regiões. Mais do que isso, transportam ao longo de seu caminho propriedades
termodinâmicas (calor) bem como propriedades físicas (momentum e
vorticidade), químicas (sal e nutrientes) e biológicas (ROBINSON, 1983), as
quais são essenciais para o desenvolvimento dos mais diversos ecossistemas
marinhos.
Análoga á CG, mas no oceano Atlântico Sul, a Corrente do Brasil (CB) é uma
CCO que flui nos estratos superiores da coluna d’água e apresenta grande
atividade vortical (SILVEIRA et al., 2000), Figura 2. No seu deslocamento para
sul ao longo da margem continental brasileira, a CB fecha o giro subtropical do
Atlântico Sul na porção oeste do mesmo (PETERSON & STRAMMA, 1991). O
sistema de CCO’s que fluem ao largo do BA é também composto pela SubCorrente Norte do Brasil (SNB) em profundidades intermediárias rumo ao norte,
16
e pela Corrente de Contorno Profunda (CCP) fluindo para sul, abaixo da AIA,
como parte da circulação termohalina profunda global preposta por Stommel
(1958).
Figura 1 - Representação esquemática da Corrente do Golfo, seus meandros, vórtices
(centro quente e de centro frio), baseado na interpretação de Richardson (1980).
Fonte: Schmidt (2004).
Silveira et al. (2006) e Stramma e England (1999) propuseram um cenário para
o escoamento da CB ao longo da margem continental brasileira (Figura 2).
Nesse cenário, a CB se forma em aproximadamente 15°S (localização da
Bifurcação da Corrente Sul Equatorial -BiCSE- em superfície) como uma
corrente rasa, estreita, quente (temperaturas maiores que 20°C) e salina (maior
que 36). A CB transportaria entre 1,5 e 3,0 Sv de Água Tropical (AT) ao
margear a quebra de plataforma com velocidade máxima de 0,5 m/s. Em nível
picnoclínico e aproximadamente em 20°S, a BiCSE forma a SNB em direção ao
norte e ao sul ajuda a incrementar a CB em profundidade.
A SNB flui em direção oposta a CB entre as profundidades de 200 e 1200m e
transporta cerca de 12,3 Sv com velocidades máximas em torno de 0,30 m/s.
17
Ela é formada pela Corrente de Contorno Intermediária (CCI), que leva a Água
Intermediária Antártica (AIA) e a Água Circumpolar Superior (ACS), e pelo
aporte em nível picnoclínico a aproximadamente em 20°S da Água Central do
Atlântico Sul (ACAS), através da BiCSE nessa região.
Figura 2 – O sistema de correntes de contorno oeste e as massas de água que compõem a
circulação de grande-escala da costa brasileira. De acordo com Stramma e England (1999).
Modificada pro Soutelino (2008).
Em estudos mais recentes, Soutelino (2008) fez uma outra abordagem sobre o
posicionamento da BiCSE tomando por base o período de verão. Ele sugere
que a BiCSE esteja posicionada em 10°S entre 0-100m de profundidade e
posicionada em 12°S quando em 200m de profundidade. Esse resultado difere
daquele de Stramma & England (1999) que, para uma média anual,
propuseram a localização da BiCSE em 15°S nas profundidades 0-100m e em
20°S, na profundidade de 500m. Através de dados sinóticos, Soutelino (2008)
ainda identifica um comportamento meandrante da CB possivelmente
relacionado a variações topográficas. Esse forte meandramento formaria
vórtices, por ele assim denominados: Vórtice de Ilhéus (VI), Vórtice de RoyalCharlotte (VRC) e Vórtice de Abrolhos (VAb) – (Figura 3). O VAb é a motivação
18
do presente estudo e será melhor descrito, assim como as características da
estrutura de um vórtice, nas próximas seções.
Figura 3 - Padrão de circulação ao largo do banco de Abrolhos e adjacências em 20 m de
profundidade. Destaca-se a presença do VAb. Fonte: Soutelino (2008).
3.1.1 O vórtice de Abrolhos
O VAb foi primeiramente visualizado por Soutelino (2005), embora o autor não
tenha feito uma descrição da feição. Silveira et al. (2006) observou a mesma
feição anticiclônica ao coletar e analisar dados in situ entre 21°- 28°S para o
período de verão de 2005 (Cruzeiro Abrolhos 2). Soutelino (2008) analisou
dados sinóticos também para o verão (Cruzeiro Oceano Leste II - OEII) e
observou o VAb como sendo o maior em dimensão horizontal dentre os
vórtices encontrados na costa leste brasileira bem como os descritos na costa
sudeste brasileira. Quanto à estrutura vertical, o anel foi visualizado até
aproximadamente 200m de profundidade.
Ao se analisar as figuras
apresentadas pelos autores, a localização geográfica do vórtice está em
aproximadamente 19°S (expedições OEII e Cruzeiro Abrolhos 2), todavia com
intensidade e simetria diferentes. Além disso, Silveira et al. (2006) e Soutelino
(2008) encontraram extensões zonais distintas para o VAb. O primeiro
19
observou a estrutura com dimensão de 220km e o segundo com 280km. A
descrição dos autores em 2006 e 2008 convergem para uma característica
semi-permanente do VAb. Uma ilustração para os vórtices descritos por
Soutelino (2008) incluindo o VAb é encontrada na Figura 3.
Toda a fundamentação teórica utilizada no estudo de vorticidade está contida
no Anexo A.
20
4. METODOLOGIA
4.1 Área de Estudo
A área de estudo compreende a região geográfica denominada Abrolhos,
especificamente entre 17°S e 20°S, contida na costa leste brasileira. Essa
região é caracterizada por diversas feições fisiográficas como o Banco de
Abrolhos (BA), Banco de Royal-Charlotte, Cadeia de montes submarinos
Vitória-Trindade e monte isolado Hot Spur (Figura 4).
Figura 4 - Topografia e fisiografia da margem continental brasileira aproximadamente entre 14°22°S. Destaque para a fisiografia do Banco de Abrolhos. “CI” marca a localização do canal
interno, “CC” a do canal central e “CE” a do canal externo, evidenciando os canais entre os
montes submarinos. Fonte: Soares, 2007.
As características geomorfológicas da região são bastante peculiares
(plataforma mais estreita e talude mais íngreme), se comparadas com as
costas sudeste e sul brasileiras. A plataforma continental apresenta em média
50 km de largura, mas na região do Banco de Abrolhos se expande a até
21
200km (ZEMBRUSCKI, 1979) e o talude é bem mais íngreme podendo chegar
a 12° de inclinação. A topografia está ilustrada na Figura 4.
Sobre a complexa topografia flui também um complexo sistema de correntes de
contorno oeste formado pela Corrente do Brasil, Corrente de Contorno
Intermediária e Corrente de Contorno Profunda. Acredita-se que esse sistema
de correntes esteja interconectado com a geomorfologia local e assim com um
comportamento meandrante do escoamento, capaz de originar estruturas de
circulação de meso-escala, denominadas vórtices, ao largo da margem
continental leste brasileira.
4.2 O Modelo Hycom e a Simulação Global
O HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model) é um modelo oceânico de
circulação global desenvolvido a partir do MYCOM – Miami Isopycnic
Coordinate Ocean Model (BLECK et al., 1992). Assim como seu predecessor,
o HYCOM utiliza a discretização horizontal em diferenças finitas, mas, ao
contrário deste e como sua principal característica, possui um sistema
generalizado de coordenadas verticais que permite a flexibilização de
discretização vertical em três diferentes tipos de coordenadas (isopicnais,
geopotenciais e sigma) dentro do domínio da modelagem (BLECK, 2002),
como ilustrado na Figura 5.
A capacidade do modelo de trocar de coordenadas verticais é importantíssima
na simulação de alguns processos que afetam a distribuição das massas de
água e a circulação termohalina, porque esses processos são representados
por cada coordenada de forma distinta (CHASSIGNET et al., 2003). As
coordenadas sigma discretizam o oceano em camadas verticais que
acompanham o relevo do terreno, sendo úteis em regiões costeiras onde há
intensa interação do escoamento com a batimetria. As coordenadas
geopotenciais, ou simplesmente coordenas z, discretizam o oceano em níveis
de profundidade constante que permitem altas resoluções na camada de
mistura ou em regiões onde outras coordenadas não proporcionam uma
resolução vertical satisfatória. Por fim, as coordenadas isopicnais discretizam o
oceano em camadas de mesma densidade potencial e favorecem a
22
representação do oceano aberto, abaixo da picnoclina. Elas representam de
uma forma mais significativa o controle de mistura isopicnal e diapcnal. Além
disso, essa coordenada permite alta resolução vertical em regiões de
gradientes fortes com cisalhamento vertical significativo.
Figura 5 - Seção com profundidades das camadas, ilustrando o esquema de coordenadas
híbridas do modelo HYCOM. A área 1 refere-se à coordenada sigma; a área 2 evidencia a
coordenada z e o restante das linhas referem-se a área da coordenada isopicnal. Modificado
de Krelling, 2010.
A simulação global do tipo assimilada fornecida pelo HYCOM Consortium foi
realizada com resolução horizontal de 1/12° e em 32 camadas híbridas de
densidade  2 na vertical. A grade utilizada na simulação global é na projeção
Mercator (HYCOM, 2010).
A inicialização do modelo foi promovida a partir de dados do mês de janeiro da
climatologia mensal do GDEM3 (Generalized Environment Model version 3.0)
do Naval Oceanography Office (NAVOCEANO). Já a batimetria deriva da base
NRL DBDB2 (HYCOM 2011). A base de dados da NOGAP (NavyOperational
Global Atmospheric Prediction System) foi utilizada para se obter as forçantes
de superfície de velocidade do vento, cisalhamento do vento, fluxo de calor e
precipitação.
O modelo usa o sistema Navy Coupled Ocean Data Assimilation (NCODA) para
a assimilação dos dados. Este sistema usa o modelo de previsões com o
23
esquema Multi-variate Optimal Interpolation (MVOI), assimilações de dados de
altimetria de satélite obtidas através do NAVOCEANO Altimeter Data Fusion
Center e dados in situ de temperatura da superfície do mar (TSM). Além disso,
também utiliza os dados in situ de perfis de temperatura e salinidade de XBTs,
boias ARGO e fundeios.
Os dados estão disponíveis na página virtual do HYCOM (2010) como campos
diários tridimensionais de temperatura, salinidade, velocidade meridional,
velocidade zonal e bidimensionais de altura do nível do mar (ssh).
4.3 Metodologia de Análise de Resultados
Os resultados da simulação global assimilada do modelo HYCOM dos anos de
2004, 2005 e 2006 foram usados para se averiguar a variabilidade temporal e
espacial do VAb. A escolha dos respectivos anos se justifica pelo simples
critério de comparação com os dados coletados in situ apresentados por
Silveira et al. (2006) e Soutelino (2008) no inverno de 2004 e verão de 2005.
Para tanto, foram feitas médias aritméticas simples anuais e sazonais dos
campos termohalinos e hidrodinâmicos a fim de se obter uma climatologia e
caracterização quanto à ocorrência do vórtice. A partir de então, serão
examinados a ocorrência e comportamento da feição detalhadamente quanto
ao diâmetro, profundidade, e localização.
A análise foi realizada através de perfis horizontais (XY) e verticais (XZ) médios
(sazonal e anual) de intensidade de correntes e temperatura. Os perfis verticais
foram obtidos em cortes zonais na latitude de 19°S buscando o provável centro
do vórtice e ainda objetivando a realização de comparações com outros
trabalhos que também analisaram transects nessa latitude.
Como já mencionado, Soutelino (2008) identificou o VAb com extensão vertical
de até 200m de profundidade a partir da superfície marinha. Partindo desse
pressuposto e adaptando-se a metodologia proposta pelo autor, foram
selecionados os campos hidrodinâmicos a 20, 100, 200, 300, 500 e 700 m de
profundidade para obtenção dos perfis horizontais Nesses perfis foi avaliada a
extensão vertical do VAb, a partir da identificação da presença da feição no
24
respectivo nível de profundidade bem como a forma e o posicionamento da
mesma.
A descrição do vórtice através da visualização dos perfis verticais foi realizada
com base nos seguintes parâmetros: diâmetro, profundidade e velocidade
máxima de cada ramo (positivo e negativo) do vórtice. Conforme proposto por
Fratantoni et al. (1995), a profundidade do ramo positivo será calculada como a
profundidade da isolinha de +0,10m/s; a do ramo negativo como a
profundidade da isolinha de -0,10m/s. Ainda seguindo um critério semelhante
ao proposto pelos autores, o diâmetro da estrutura ( D ) será estimado como
sendo a distância entre os núcleos de máxima velocidade de cada ramo.
25
5. RESULTADOS
A apresentação dos resultados inicia com uma avaliação anual dos transects
médios horizontais e verticais, para em seguida, mostrar as médias sazonais
dos respectivos transects. No primeiro caso, a intenção foi eliminar os
processos com escala temporal de até um ano enquanto que no segundo
manter as variações intra-anuais (sazonais).
Para ambas as escalas temporais são apresentadas seções verticais de
velocidades meridionais perpendiculares à costa e seções horizontais da região
de estudo evidenciando tanto as velocidades meridionais como o campo de
temperatura. Embora o campo de temperatura não tenha sido descrito no
presente estudo, ele é mostrado para facilitar o entendimento do processo
oceanográfico associado ao VA e a dinâmica física da região.
5.1 Amostragem Anual
A assinatura do vórtice de Abrolhos é identificável ao nível subsuperficial nas
médias anuais dos anos de 2004, 2005 e 2006 (Figura 6). O fato de estar
presente na média anual significa que a feição ocorre durante o ano todo, o
que dá ao vórtice uma característica de permanente para esses anos. Para
eliminar qualquer dúvida sobre esse fato, no Anexo B encontram-se os perfis
horizontais com as médias mensais dos três anos analisados onde identifica-se
o VAb em todos. Um resultado semelhante foi encontrado por Soutelino et al.
(2011) para uma média anual de resultados de modelo do ano de 2003. Assim,
a característica de recorrência permanente da feição é fortalecida.
A variabilidade espacial do vórtice foi analisada considerando a localização do
centro de giro da feição. Ao se analisar os perfis horizontais nos vários níveis
de profundidade para as médias anuais, foi evidenciado uma pequena
migração para sul do centro de giro do VA. Essa migração ocorreu
principalmente entre as profundidades de 20, 100 e 200 m podendo chegar a
no máximo 0,3° de variação para sul entre camadas consecutivas. Abaixo de
200m quase não houve deslocamento do centro (figura não mostrada). Como o
centro de giro variou pouco com a profundidade, foi assumido que a localização
do centro de giro do vórtice fosse obtida com base no perfil horizontal a 20 m
de profundidade. Essa consideração foi utilizada para a demarcação da
26
localização do vórtice no restante do trabalho. Entretanto, quando a variação
do posicionamento do centro de giro com a profundidade foi acentuada, o caso
foi descrito.
O centro de giro para o ano de 2004 está localizado em aproximadamente
19,1°S-36,9°O (Figura 6-a). O Diâmetro do vórtice (distância entre os núcleos
de máxima velocidades no perfil vertical) foi de, aproximadamente, 145 km.
O ramo para sul apresentou um núcleo com velocidade máxima de -0,43 m/s e
o ramo para norte 0,05 m/s. A profundidade máxima da isolinha de -0,1m/s foi
de 350m. A isolinha de 0,1m/s, que seria utilizada para delimitar o ramo para
norte do vórtice assim como a isolinha de -0,1m/s no ramo para sul, não foi
identificada. As velocidades encontradas no ramo norte foram inferiores a
0,1m/s. Esse fato ocorreu em inúmeras seções verticais; sendo assim optou-se
por utilizar apenas a profundidade máxima da isótaca de -0,1m/s como
parâmetro de caracterização da profundidade máxima do VA. Ou seja, a
profundidade máxima do vórtice foi obtida apenas com a isolinha de -0,1m/s
(do ramo para sul).
O posicionamento do centro de giro do VA no ano de 2005 ocorreu
aproximadamente em 19°S-37°O (Figura 6-b). O diâmetro do vórtice foi de 115
km e a velocidade máxima do ramo para sul foi de -0,36 m/s e do ramo para
norte de 0,1m/s enquanto que a profundidade máxima foi de 450 m.
Para o ano de 2006, o centro de giro foi localizado em 19,2°S-36,7°O (Figura 6c). Na média mensal desse ano, o vórtice apresentou uma disposição
assimétrica de tal forma que o diâmetro zonal foi bem maior que o diâmetro
meridional nos primeiros 200 m da coluna d’água. Dessa forma, o diâmetro
zonal foi de 320 km. A velocidade máxima do ramo para sul foi de -0,28 m/s e
do ramo para norte de 0,1 m/s. A profundidade máxima de abrangência do VA
para essa média anual foi de 250 m de profundidade.
Nas secções verticais também foram plotadas isopicnais que representam as
interfaces AT-ACAS e ACAS-AIA (SANTOS et. al, 2011) com o objetivo de
identificar a movimentação vertical dessa massa d’água na região. O
afundamento das isopicnais sugere uma subsidência de água na região, o que
era de se esperar já que o VA é um vórtice anticiclônico.
27
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 6 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade dos
anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c) ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de
cores varia em valores unitários desde 20°C até 30°C.
28
Velocidade (m/s)
a)
b)
c)
Figura 7 – Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para os anos de 2004 (a),
2005 (b) e 2006 (c). A Linha pontilhada/tracejada representa velocidade nula/-0,1m/s. A linha
contínua representa as isopicnais de 25,7 e 26,7 as quais representam os limites superior e
inferior da ACAS de acordo com Santos et al. (2011).
29
5.2 Amostragem Sazonal
A Tabela 1 resume os principais resultados da análise sazonal.
Tabela 1 - Resultados da análise sazonal para os três anos de amostragem
Ano
Localização
Diâmetro
(°S -°O)
(km)
Vel. Máx.
ramo sul
(m/s)
Vel. Máx.
ramo norte
(m/s)
Profundidade
0,09
0,11
0,2
380
390
600
0,04
0,07
0,12
390
330
250
0,12
0,18
0,15
300
650
250
0,09
0,2
0,14
400
700
450
máxima (m)
Verão
2004
2005
2006
18,6-36,8
18,9-37,0
19,2-37,0
122
90
130
-0,43
-0,37
-0,55
Outono
2004
2005
2006
19,0-36,8
18,7-35,0
19,1-35,9
120
225
250
-0,25
-0,36
-0,17
Inverno
2004
2005
2006
19,0-36,9
19,2-36,8
18,7-35,9
170
140
320
-0,38
-0,36
-0,18
Primavera
2004
2005
2006
19,3-36,8
19,2-36,9
19,1-36,7
235
135
130
-0,33
-0,4
-0,29
As figuras 8 e 9 mostram os resultados para o verão, enquanto que as figuras
10 e 11 referem-se ao outono. Igualmente as figuras 12 e 13 evidenciam os
resultados para o inverno e, finalmente, as figuras 14 e 15 estão associadas
com a primavera do triênio 2004-2006.
Numa análise entre todas as estações, o VAb apresentou profundidade
máxima média de 400 m. Essa profundidade foi o dobro daquela encontrada
pro Soutelino (2008) de 200m.
As velocidades médias para o inverno e primavera de 2005 e verão de 2006
foram as mais intensas encontradas para todos os resultados analisados, tanto
para a direção sul como para norte. A elevada velocidade dos ramos do vórtice
30
se refletiu na disposição vertical do jato, isto é, foi quando se observou as
maiores profundidades do VAb (Tabela 1).
No verão de 2004 e 2005, a forma do VAb e a localização do centro de giro
variaram com o aumento da profundidade. Nos níveis de 100 e 200m, o centro
de giro do vórtice foi deslocado em até 0,5° para sul (figuras não mostradas)
em conjunto com uma variação na forma do anel. Abaixo da profundidade de
200m, a forma e o posicionamento do anel se mantiveram constantes. No
verão de 2006, o vórtice permaneceu centrado na mesma localização e com
forma e tamanho do anel bem semelhante em todos os níveis de profundidades
analisados. Essa estação pode ser considerado um dos períodos em que o
VAb se mostrou mais robusto e simétrico, assim como no inverno e primavera
de 2005.
A variação do VAb referida acima pode também ser visualizada na figura 9a,b,c. O fluxo para norte posicionado entre o talude continental e o ramo para
sul do vórtice ficou evidente (figura 9-a,b). Embora não expostos no presente
estudo, perfis verticais de salinidade foram analisados e na região entre 500 e
1000m foi identificado um mínimo de salinidade, o que caracterizaria a massa
de água AIA transportada pela CCI. Entretanto, esse fluxo para norte se
estendeu muitas vezes a até 100m de profundidade o que caracterizaria a
presença da SNB. Silveira et al. (1994) e Stramma et al. (1995) estudaram o
Sistema Subcorrente Norte do Brasil e indicaram que esse se origina em 19°S
– 20°S, porém em termos de meso-escala este ponto não foi definido. Assim,
foi assumido que todo esse fluxo para norte próximo ao talude representa a
Subcorrente Norte do Brasil (SNB) – (PETERSON & STRAMMA, 1991) e essa
pode ser a região de sua formação. No verão de 2006, a SNB não apareceu
nessa latitude, enquanto que o verão de 2005 ela chegou quase a 50 m de
profundidade. Isso sugeriu então que a ausência da SNB (inverno e primavera
de 2005, verão 2006) permitiu uma maior abrangência vertical do VAb.
Tanto no verão como em outras estações, o posicionamento zonal das
isopicnais reflete um afundamento de água no centro do VAb (anticiclônico)
que parece ser compensado por um soerguimento de água na região do talude
– modificação do ângulo das isopicnais em relação à superfície.
31
No outono, o VAb demonstrou uma migração zonal offshore desde 2004 até
2006, tomando-se como referência o centro de giro. No outono de 2006, a CB
apresentou velocidade significativamente menor (Figura 10-c) e possivelmente
deslocada offshore. Associada a essa diminuição de velocidade superficial
apareceu um intenso fluxo norte a nível subpicnoclínico (Figura 11-c), um dos
maiores evidenciado entre todas as estações. A presença desse fluxo deslocou
o VAb em direção mais offshore do Banco de Abrolhos. No outono de 2004 e
2005, a disposição horizontal do vórtice foi distinta daquela do verão nesses
mesmos anos. O VA expandiu seu diâmetro zonalmente e perdeu intensidade
no contra fluxo para norte e no fechamento leste-oeste do anel.
O inverno de 2005 foi uma das estações na qual o VAb se mostrou mais
circular (Figura 12-b) e atingiu a segunda maior profundidade amostrada
(Tabela 1). Já em 2006, o VAb não apresentou um centro de giro tão bem
definido quanto nos anos anteriores, além de apresentar uma disposição
espacial visivelmente zonal (Figura 12-c). A disposição horizontal em elação a
forma do anel apresentou considerável variação entre os invernos dos três
anos analisados. Em 2004, o VA se mostrou alongado meridionalmente. Já em
2005, o anel se dispôs quase em forma de circunferência e em 2006, alongado
zonalmente.
Para a primavera dos anos de 2004 e 2006, o VAb se mostrou semelhante
quanto a sua forma e também com relação à assinatura da SNB. Entretanto,
como já mencionado anteriormente, nessa estação do ano de 2005, assim
como no inverno do mesmo ano e primavera de 2006, o anel se mostrou com
forma relativamente circular e consistentemente robusto até grandes
profundidades e o núcleo para norte da SNB também não foi identificado.
Dessa forma, o não aparecimento do escoamento da SNB nessa latitude
parece ter relação com a intensificação e abrangência vertical do VAb nessas
estações.
32
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 8 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para o verão dos
anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c) ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia
em valores unitários desde 20°C até 30°C.
33
a)
b)
c)
Figura 9 - Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para o verão dos anos de
2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c). A Linha pontilhada/tracejada representa velocidade nula/-0,1m/s.
A linha contínua representa as isopicnais de 25,7 e 26,7 as quais representam os limites
superior e inferior da ACAS de acordo com Santos et al. (2011).
34
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 10 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para o outono
dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c) ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores
varia em valores unitários desde 20°C até 30°C.
35
a)
b)
c)
Figura 11 - Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para o outono dos anos de
2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c). A Linha pontilhada/tracejada representa velocidade nula/-0,1m/s.
A linha contínua representa as isopicnais de 25,7 e 26,7 as quais representam os limites
superior e inferior da ACAS de acordo com Santos et al. (2011).
36
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 12 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para o inverno
dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c) ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores
varia em valores unitários desde 20°C até 30°C.
37
a)
b)
c)
Figura 13 - Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para o inverno dos anos de
2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c). A Linha pontilhada/tracejada representa velocidade nula/-0,1m/s.
A linha contínua representa as isopicnais de 25,7 e 26,7 as quais representam os limites
superior e inferior da ACAS de acordo com Santos et al. (2011).
38
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 14 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para a
primavera dos anos de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c) ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda
de cores varia em valores unitários desde 20°C até 30°C.
39
a)
b)
c)
Figura 15 – Seções verticais das velocidades meridionais em 19°S para a primavera dos anos
de 2004 (a), 2005 (b) e 2006 (c). A Linha pontilhada/tracejada representa velocidade nula/0,1m/s. A linha contínua representa as isopicnais de 25,7 e 26,7 as quais representam os
limites superior e inferior da ACAS de acordo com Santos et al. (2011).
40
5.3 Análise Comparativa
Essa seção foi dedicada à comparação dos resultados de modo que permita
uma análise mais integrada.
Analisando-se as Figuras 8, 10, 12, 14 e 16, ficou evidente a tendência do VAb
estar disposto no entorno da 19°S e longitude de 37°O (Figura 16). Exceções a
esse padrão ocorrem no outono (2005 e 2006). Esse resultado sugere a
permanência do VAb quase sempre na mesma região do largo do Banco de
Abrolhos. Assim, sua variabilidade espacial quanto ao posicionamento foi
considerada relativamente baixa, o que caracteriza a feição como sendo
permanente
tanto
temporalmente
como
espacialmente
para
os
anos
analisados.
Apesar dos centros de giro permanecerem quase que na mesma localização, a
forma do anel apresentou grande variabilidade sazonal. A Figura 17 mostra a
variação sazonal do diâmetro do VAb. Nitidamente, o VAb apresentou menor
diâmetro e divergência (nos diâmetros) no verão. Já o oposto foi observado no
inverno. Essa mesma característica para o outono e primavera apresentou um
padrão intermediário entre o verão e inverno.
A partir dos resultados mostrados, uma relação uma relação parece emergir
entre velocidade do vórtice (ramo para sul), seu diâmetro e sua profundidade.
Essa relação foi testada estimando-se o coeficiente r da relação entre elas. O
resultado foi testado estimando-se o coeficiente p de relação entre as mesmas.
O resultado obtido está mostrado na Tabela 2.
As correlações da Tabela 2 sugerem que quanto maior a velocidade do vórtice
no seu ramo sul, maior a profundidade e menor o seu diâmetro. Essas
correlações são probabilisticamente significativas ao nível de 95%.
Tabela 2 - Estimativa de r e o respectivo nível de significância (95%) entre as características do
vórtice: |V. ramo sul|, V. ramo norte, Profundidade, Diâmetro.
Relação
Coeficiente r Coeficiente p
|V. ramo sul| x Profundidade
0,5984
0,0398
|V. ramo sul| x Diâmetro
-0,6016
0,0385
Profundidade x Diâmetro
-0,5574
0,0597
V. ramo norte x Profundidade
0,5459
0,0664
41
Figura 16 - Indicação do posicionamento dos centros de giro do Vórtice de Abrolhos
para as diferentes estações dos anos amostrados. Marcador preto – média anual.
Marcado vermelho – média de verão. Marcador verde – outono. Marcador azul –
inverno. Marcador rosa – Primavera.
Figura 17 - Variação sazonal do diâmetro do Vórtice de Abrolhos.
42
6. DISCUSSÃO
O Vórtice de Abrolhos está ligado ao processo de meandramento e
instabilidade da Corrente do Brasil (Silveira et al., 2006). Essa característica é
evidenciada ao se analisar as velocidades máximas de cada ramo e a
disposição vertical do vórtice. Em todas as secções verticais, o ramo para sul
do VAb se dispôs como um jato. Isso foi relacionado ao escoamento para sul
da CB cuja velocidade é uma sobreposição da velocidade da corrente e da
velocidade de rotação do vórtice. Em contrapartida, o ramo para norte
apresentou sempre velocidades inferiores porque apenas está associado à
velocidade de rotação do vórtice ou à resultante dessas duas velocidades em
direções opostas.
A hipótese levantada por Soutelino (2008) de que o Vórtice de Abrolhos fosse
uma feição anticiclônica e permanente ao largo do Banco de Abrolhos foi
comprovada neste trabalho para os anos de 2004, 2005 e 2006 através da
análise dos campos médios de corrente. Essa mesma hipótese é sugerida por
Miranda et al. (2007), quando encontraram a assinatura da feição para os
dados da operação OEII de março e Vikindio de setembro. Além disso, o
vórtice aqui descrito ainda se assemelha com aquele encontrado por Silveira et
al.(2006).
A feição anti-ciclônica centrada em aproximadamente 19°S (VAb) encontrada
por Soutelino et al.(2011) ao analisar campos hidrodinâmicos de resultados de
modelo (OGCM) e dados coletados em diferentes cruzeiros oceanográficos
(OEI, OEII, PRO-ABROLHOS) bem como derivadores (PRO-ABROLHOS)
também foi encontrada no presente trabalho.
O meandramento da CB e a presença do VAb podem ser resultado da (i)
tentativa de conservação da vorticidade potencial e ajustamento da mesma ao
talude, bem como da (ii) associação da corrente com a forma convoluta da
margem continental na região ou também (iii) devido a instabilidades geofísicas
geradas na interface do escoamento oposto da CB com a SNB.
O ramo para sul do VAb, associado à CB, apresentou velocidade máxima em
superfície de -0,37m/s (verão) e -0,36m/s (inverno). Essas velocidades
resultantes de modelo numérico são inferiores àquelas encontradas por
43
Miranda et al. (2011), -0,68m/s (OEII) e -0,66m/s (radial Vikindio). O contrafluxo com velocidade de 0,11m/s (verão) e 0,18m/s (inverno) descrito no
presente estudo também foi encontrado pelo autor, todavia com velocidades
máximas também superiores de 0,19m/s (OEII) e 0,25m/s (Vikindio).
O VAb apresentou profundidade máxima média de 400m. Esse resultado é o
dobro daquele encontrado por Soutelino (2008) que caracterizou o VAb como
uma feição presente até os 200m de profundidade. Os diâmetros do vórtice
aqui descritos apresentam variabilidade sazonal considerável, indo desde 90
km a 320 km. Os resultados encontrados por Silveira et al. (2006) e Soutelino
(2008) de 220 e 280 km respectivamente estão nessa faixa. Vale lembrar que
esses últimos valores foram obtidos através de dados de cruzeiros
oceanográficos e são representativos para certo mês de coleta. Os resultados
do presente trabalho foram mensurados em médias sazonais e anuais de
resultados de modelo.
A elevada variabilidade nas velocidades, profundidades e diâmetros do VAb
nas diferentes estações reflete a dinâmica da região e pode estar associada
com variações sazonais do transporte das correntes de contorno, que por sua
vez variam com o deslocamento meridional sazonal do Giro Subtropical do
Atlântico Sul.
A presença da SNB nas seções verticais do presente estudo foi associada a
um fluxo nas proximidades do talude em profundidades maiores que 100m.
Isso não ocorreu em Miranda et al. (2011), em que a SNB foi encontrada
ocupando todo o intervalo das profundidades de 400m e 1000m com seu
escoamento para norte. No presente estudo houve evidências de que a
ocorrência da SNB na área possa influenciar no desenvolvimento horizontal e
vertical do VAb já que a ausência da corrente aumentou as proporções do VAb,
haja visto as correlações apresentadas na Tabela 2.
A presença da CB em profundidades rasas e o aparecimento da SNB mais
profunda indica que esta região encontra-se ao sul da bifurcação do Giro
Subtropical em nível superficial e ao norte em nível picnoclínico. Em vista
disso, pode-se inferir que o provável sítio de origem da SNB seja nessa região
(Soutelino et al., 2011).
44
A assinatura intensificada da CB até aproximadamente 200, 300m de
profundidade foi notada na análise dos perfis horizontais, principalmente no
verão. Esse padrão é evidenciado nas seções horizontais de menor
profundidade onde se observa que a CB e consequentemente o ramo para sul
e o contra-fluxo (para norte) encontram-se mais intensificados formando o VAb.
Abaixo da zona de influência do núcleo da CB, os núcleos positivo e negativo e
consequentemente o vórtice parecem perder intensidade. Entretanto, o
movimento de rotação do VAb se manteve em regiões mais profundas onde
passou a receber aporte de um fluxo zonal possivelmente associado à BiCSE,
como também, em alguns casos, de um fluxo de leste/sudoeste possivelmente
associado a assinatura da SNB no ramo para norte desse giro. Essas correntes
parecem alimentar o processo de rotação acoplado ao VAb em profundidade,
onde a assinatura da CB não é mais encontrada. Abaixo desses núcleos onde
existiu uma queda nas velocidades, foi considerada a não existência do VAb,
embora a tendência de rotação permaneça. A isopicnal de 25,7 kg/m³ também
ajudou a identificar esse limite.
A metodologia escolhida para o presente estudo resolveu bem a descrição do
ramo para sul do vórtice, onde o jato foi bem delimitado. Em contrapartida,
esse mesmo bom resultado não foi obtido ao se analisar o ramo para norte do
VAb, no qual as velocidades meridionais quase sempre foram inferiores ou
iguais a 0,1m/s. Dessa forma, não foi possível identificar a profundidade
máxima do ramo para norte utilizando esse parâmetro. Em casos onde essa
isolinha foi evidenciada, sua delimitação caracterizava o núcleo de máxima
velocidade em vez de a profundidade máxima do ramo. Sabe-se que o valor da
isótaca pode ser escolhido de acordo com a dinâmica do processo avaliado.
Um exemplo seria Krelling (2010), que utilizou o valor de 0,2m/s para
delimitação de vórtices da Corrente Norte do Brasil com base em estudos já
realizados na região relacionados aos vórtices. Como estudos com relação à
delimitação de vórtice não foram realizados na região do VAb, a escolha do
valor da isolinha de velocidade para identificar a profundidade máxima de cada
ramo foi feita com base na metodologia de Fratantoni et al. (1995), que utilizou
o valor de 0,1m/s.
45
7. CONCLUSÃO
O Vórtice de Abrolhos é uma feição associada ao escoamento superficial
meandrante da Corrente do Brasil e se mostrou perene durante os anos de
2004, 2005 e 2006. Assim confirma a hipótese levantada por Soutelino (2008)
de que o VA fosse uma feição semi-permanente. O posicionamento do centro
de giro permaneceu aproximadamente nas coordenadas de 19°S-37°O
refletindo uma pequena variabilidade espacial do vórtice quanto ao seu
posicionamento. Entretanto, a forma do anel apresentou considerável variação
sazonal devido a diversos fatores que garantem ao VA uma considerável
variabilidade temporal. As velocidades máximas encontradas foram menores
do que aquelas descritas por outros trabalhos enquanto o diâmetro foi
compatível entre eles.
A abrangência vertical do vórtice estimada somente pela isótaca de -0,1 m/s
foi, em média, de aproximadamente 400 m, maior do que os 200 m relatados
na bibliografia. Por fim, mostrou-se que a ausência da SNB favorece um
aumento na profundidade do vórtice associada a uma diminuição do seu
diâmetro.
46
8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
A partir da análise da metodologia e dos resultados obtidos sugere-se para
trabalhos futuros:
- obtenção de perfis verticais zonais exatamente no centro do Vórtice, mesmo
que a variação no posicionamento da feição seja pequena.
- construir seções verticais meridionais e relacionar a influência da Bifurcação
da Corrente Sul-equatorial com o vórtice.
- Fazer uma análise mensal mais detalhada da feição.
- Investigar a possível continuidade do giro acoplado ao Vórtice de Abrolhos em
grandes profundidades.
47
9. REFERÊNCIAS
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adjacentes. PETROBRAS. CENPES. DINTEP (Série REMAC n7, RJ, 129-177.
51
ANEXO A - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste item é apresentada uma revisão resumida sobre os principais termos
utilizados neste estudo.
1. Vórtices
Um dos problemas no estudo de vórtices é a definição utilizada para a distinção
dessas feições. Dessa forma, a definição usada neste trabalho para a
identificação de tais feições seguirá a apresentada por Cushman-Roisin (2010):
“Um vórtice é uma circulação fechada relativamente persistente, isto
é, o tempo de retorno de uma parcela de fluido incorporada a essa
estrutura é muito mais curto do que o tempo durante o qual a
estrutura permanece identificável (CUSHMAN-ROISIN, 2010). “
Os vórtices são abundantes em fluidos geofísicos de larga escala e são
observados na atmosfera na forma de tornados e no oceano na forma de anéis.
Exemplos dessas feições são encontrados na Corrente do Golfo (Figura 1), na
Corrente das Agulhas (HEIJST & CLERCX, 2009) como também na CB
(SILVEIRA et al., 2000). Os vórtices representam as instabilidades geradas em
jatos meandrantes. Instabilidades, efeitos topográficos e vorticidade são alguns
pontos importantes no estudo dos vórtices no ambiente marinho e são
abordados a seguir.
2. Instabilidades
As instabilidades são responsáveis por provocar mudanças na estrutura de um
jato1 como, por exemplo, o frequente crescimento e fechamento de meandros
que formam vórtices. As instabilidades podem ser de natureza barotrópica,
baroclínica ou a composição das duas (CUSHMAN-ROISIN, 2010). De acordo
com os esforços de Heijst e Clercx (2009), a instabilidade barotrópica ou
cisalhante tem um caráter puramente bidimensional e procede da retirada de
energia cinética do fluxo horizontal para alimentar o crescimento dos
1
O jato pode ser conceituado como sendo um confinamento do escoamento na região
do fluido.
52
meandros. Dessa forma, quanto mais cisalhante é o jato, mais ocorre esse tipo
de instabilidade. Em contrapartida, a instabilidade baroclínica está relacionada
à conservação da energia potencial disponível no balanço do vento térmico. A
instabilidade do tipo mista ocorre como no caso de um jato baroclínico em que
o número de Rossby é finito e as escalas das duas instabilidades são
comparáveis. Assim, os processos das instabilidades barotrópica e baroclínica
eventualmente podem ser equivalentes em suas atividades e neste caso a
instabilidade passa a ser do tipo mista (barotrópica e baroclínica), (CUSHMANROISIN, 2010).
O efeito beta é outro fator responsável por incrementar a geração de
instabilidades e ocasionalmente facilita o processo de formação de vórtices
devido ao extenso posicionamento meridional no crescimento do meandro.
Uma discussão mais detalhada sobre esse mecanismo é encontrada em
Cushman-Roisin (2010).
3. Vorticidade
Um jato tem sua maior velocidade aproximadamente na região de maior
gradiente de densidade e as regiões adjacentes a essas apresentam
decaimento de velocidade. Essa diferença de velocidade do jato em relação às
regiões vizinhas gera um tipo de vorticidade denominada Vorticidade
Cisalhante. Outro tipo de vorticidade é a Vorticidade Orbital, que está
relacionada à mudança de direção do escoamento do jato em um meandro
(Figura 18). Negligenciando-se o efeito beta e qualquer estiramento ou
compressão do tubo de vórtice, a vorticidade relativa (cisalhante+orbital) é
conservada e pode ser expressa através da equação 1

v
u
V

  
KV
,

x
y 
n
2
2 1/2
onde V(u v ) é a velocidade do fluido,
(1)
n é a coordenada transversal ao
jato e K é o caminho de curvatura do jato. O primeiro termo representa a
Vorticidade Cisalhante e o segundo representa a Vorticidade Orbital.
53
Figura 18 - Diferença entre Vorticidade Cisalhante (Shear vorticity) e Vorticidade Orbital (Orbital
vorticity) em um jato. Fonte: Cushman-Roisin (2010).
Assim, a mudança na vorticidade cisalhante implica em um desvio da parcela
com respeito ao eixo do jato. Por exemplo, se uma partícula que inicialmente
não possui vorticidade se deslocar para a direita, ela adquire vorticidade orbital
horária e essa vorticidade deve ser compensada por uma vorticidade cisalhante
anti-horária de mesma magnitude (Figura 19). Isso pode ser extrapolado ao se
afirmar que todas as parcelas são deslocadas para a esquerda (direita) com
respeito ao eixo do jato em um meandro para a direita (esquerda). Uma
consequência desse ajuste de vorticidade criado no meandramento é que nos
extremos do jato as partículas podem se separar do jato formando um vórtice,
ou um vórtice pode ser incorporado a um jato quando o jato escoa nas
proximidades de um vórtice.
Figura 18 - Separação e captura de uma parcela do fluido ao longo de vórtices em um jato
meandrante. Fonte: Cushman-Roisin (2010).
Observações in situ revelam que jatos meandram a menos que sejam
fortemente condicionados pela geografia local (CUSHMAN-ROISIN, 2010). Se
uma parcela de fluido flui em um meandro, sua trajetória curvilínea o sujeita a
54
uma força centrífuga transversal que, dependendo da escala associada, pode
ter relação com a variação da força de Coriolis. Esta vorticidade relacionada ao
efeito de rotação da Terra é denominada Vorticidade Planetária. Os efeitos da
rotação e da estratificação são igualmente importantes num jato e as
respectivas vorticidades associadas têm mesmas escalas e podem ser
comparadas.
O efeito beta terá influência considerável em meandros amplos nos quais os
deslocamentos meridionais são grandes e as curvaturas pequenas – meandros
de larga escala. Nessa situação o efeito beta quase anula o efeito de curvatura
do jato e as trocas são realizadas primordialmente entre as vorticidades
Cisalhante e Planetária.
O efeito beta e o de curvatura induzem tendências opostas de propagação dos
meandros podendo ser a jusante e raramente a montante dos jatos. Isto ocorre
porque o predomínio de atuação de cada um desses fatores gera anomalias de
vorticidade opostas na crista e na cava. Uma discussão mais detalhada sobre
indução e tendência de propagação do meandro é encontrada em CushmanRoisin (2010) no capítulo 18, todavia a Figura 20 ilustra essa interação.
Figura 19 - Descrição esquemática explicando porque o efeito de curvatura (a) e efeito beta (b)
num jato, para leste, induzem uma propagação de meandros, respectivamente, para jusante e
para montante do jato. Fonte: Cushman-Roisin (2010).
55
A dinâmica de vórtices geofísicos é determinada primariamente pela rotação
planetária, estratificação da densidade e sua restrição de confinamento, na
qual sua escala vertical é usualmente menor que a dimensão horizontal. Assim
sendo, um Ciclone é um vórtice no qual seu movimento de rotação está
acoplado ao movimento de rotação da Terra, no sentido anti-horário no
Hemisfério Norte e horário no Hemisfério Sul. O oposto ocorre para os
Anticiclones.
4. Efeitos da Topografia
Para um fundo liso, os ajustes de vorticidade para um jato barotrópico
meandrante estão somente relacionados aos balanços de vorticidade
planetária, cisalhante e orbital. Entretanto, ao se considerar um fundo irregular,
o estiramento vertical pode ocorrer para fluidos barotrópicos. Isso significa que
outra componente entrará no balanço, a vorticidade gerada por variações
espaciais no relevo (CUSHMAN-ROISIN, 2010).
O fato é que a diminuição ou aumento da espessura do vórtice pode gerar
redução ou incremento na velocidade de rotação, respectivamente, como
ilustrado na Figura 21.
Figura 20 - Conservação de volume e circulação de uma parcela de fluido sob squeezing e
stretchig vertical. O produto de h  ds e  f  ds é conservado durante a transformação.
Assim como o efeito de Coriolis, a razão  f   h, denominda Vorticidade Potencial, é
conservada. Fonte: CUSHMAN-ROISIN (2010).
Em um jato, a vorticidade orbital gerada nos meandramentos também pode
gerar estiramento ou alargamento do tubo de vórtice e assim causar
56
ressurgências e subsidências entre cristas e cavas do meandro (CUSHMANROISIN, 2010).
A vorticidade pode ser influenciada pela topografia de formas distintas de
acordo com as diferentes configurações assumidas por esta, que podem ser:
topografia de plano beta (inclinação uniforme do fundo), do tipo degrau,
topografia de costa e em forma de cume.
A topografia no plano beta é caracterizada por induzir um mecanismo de
propagação de tal forma que evidencia o escorregamento do vórtice para norte
ou sul no meandro. Uma discussão detalhada pode ser encontrada em Heijst e
Clercx (2009).
De acordo com Zavala Sansón et al. (1999a), a topografia em forma de degrau
influencia o vórtice que se desenvolve nas proximidades do degrau.
Dependendo da posição do vórtice perante o degrau, ele pode permanecer
estacionário, ser refletido ou passar pelo degrau sem maiores problemas.
Zavala Sansón e Heijst (2000) investigaram o comportamento de vórtices
barotrópicos em topografia de costa em experimentos laboratoriais com
simulações numéricas e notaram que o vórtice flui em diagonal à parede até
encontrar um forte gradiente de topografia na costa. Ali, o vórtice então tenta
escalar o relevo até se dissipar totalmente. Este resultado ocorreu para vórtices
ciclônicos. Já os vórtices anticiclônicos não subiram a inclinação da costa, mas
tenderam a ser refletidos. Além disso, quando um vórtice – independente do
sentido do giro – se aproximava de uma parede vertical, ele se mantinha na
mesma latitude, movendo-se vagarosamente para sul até desaparecer
(ZAVALA SANSÓN,1999b).
Zavala Sansón (2002) fez uma abordagem sobre o comportamento de vórtices
baroclínicos próximos de cumes topográficos no plano f. Ele observou que os
vórtices derivaram na direção da elevação. Em alguns casos eles até
atravessaram o cume e logo em seguida tenderam a voltar no mesmo caminho
podendo até ser fragmentados em dois vórtices enquanto sua energia era
dissipada. Além disso, Zavala Sansón (2007) investigou experimentalmente e
numericamente a evolução e o decaimento viscoso de vórtices barotrópicos
sobre uma topografia variável. Sob essas condições, os vórtices apresentaram
distorção e desorientação em suas estruturas. Entretanto, suas trajetórias se
57
mantiveram alinhadas aos contornos de topografia com vorticidade relativa
positiva em regiões profundas e negativas em regiões rasas.
58
ANEXO B – MÉDIAS MENSAIS
Essa seção foi designada para mostrar os perfis horizontais de velocidade v
sobrepostos ao campo de temperatura em 20m de profundidade das médias
mensais para os anos de 2004, 2005 e 2006.
 Ano de 2004
Temperatura (°C)
a)
b)
Figura 21- Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para janeiro (a)
e fevereiro (b) de 2004 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em valores
unitários desde 20°C até 30°C.
59
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 22 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para março (a),
abril (b) e maio (c) ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em valores
unitários desde 20°C até 30°C.
60
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 23 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para junho (a),
julho (b) e agosto(c) de 2004 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
61
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 24 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para setembro
(a), outubro (b) e novembro de 2004 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia
em valores unitários desde 20°C até 30°C.
62
Temperatura (°C)
Figura 25 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para dezembro
de 2004 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em valores unitários desde
20°C até 30°C.
 Ano de 2005
Temperatura (°C)
Figura 26 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para janeiro de
2005 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em valores unitários desde
20°C até 30°C.
63
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 27 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para fevereiro
(a), março (b) e abril (c) de 2005 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
64
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 28 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para maio (a),
junho (b) e julho (c) de 2005 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
65
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 29 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para agosto (a),
setembro (b) e outubro (c) de 2005 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia
em valores unitários desde 20°C até 30°C.
66
Temperatura (°C)
a)
b)
Figura 30 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para novembro
(a) e dezembro (b) de 2005 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
67
 Ano de 2006
a)
b)
c)
Figura 31 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para janeiro (a),
fevereiro (b) e março (c) de 2006 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
68
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 32 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para abril (a),
maio (b) e junho (c) de 2006 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
69
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 33 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para julho (a),
agosto (b) e setembro (c) de 2006 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores varia em
valores unitários desde 20°C até 30°C.
70
Temperatura (°C)
a)
b)
c)
Figura 34 - Perfis horizontais do padrão de circulação em 20m de profundidade para outubro
(a), novembro (b) e dezembro (c) de 2006 ao largo do Banco de Abrolhos. A legenda de cores
varia em valores unitários desde 20°C até 30°C.