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.
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