RESSACAS NA COSTA NORTE DO NORDESTE CAUSADAS POR FURACÕES EXTRA-TROPICAIS

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1 RESSACAS NA COSTA NORTE DO NORDESTE CAUSADAS POR FURACÕES EXTRA-TROPICAIS Marcio L. Vianna INPE/CEP RESUMO Descreve-se aqui a ocorrência de uma sequência de ressacas na costa norte do Nordeste, bem como nas ilhas oceânicas brasileiras, iniciada em 23 de outubro de 1999, e terminada em março de 2000, cujas consequências foram bastante destrutivas para os empreendimentos localizados nestas áreas. As ressacas nesta área são o resultado de uma coincidência entre marés muito altas e ondas longas (marulhos) vindas do quadrante norte, geralmente ocorrendo entre os meses de dezembro e março, causadas por furacões extra-tropicais. Estas ressacas, forçadas remotamente, não se enquadram nos modelos tradicionais de ressacas causadas por efeitos de tempestades locais. O registro da fenomenologia da grande ressaca que ocorreu no período de 23-27/10/99 é aqui apresentado através de dados de Altura Significante de Onda do satélite Topex/Poseidon, Espectro Direcional de Ondas de um ondógrafo de bóia do INPH ancorado na plataforma continental do Ceará, que mostra o domínio dos marulhos de períodos de 20s, e do canal infra-vermelho dos satélites Goes/Meteosat, que registra o furacão causador na latitude de 45N, em 21/10/99. A confirmação qualitativa da relação causa-efeito é obtida estimando-se o tempo que leva um grupo de ondas para viajar da áreafonte à costa do Ceará (4 dias), e a data da chegada do primeiro grupo, em 23/10/99. Um método preliminar de análise dos dados horários de Nível do Mar Residual é também apresentado com vistas a caracterizar a ocorrência destes fenômenos no passado. Os dados obtidos dos marégrafos do INPE e do INPH entre 1996 e 2000 sugerem a viabilidade de se recuperar os registros destas ocorrências no Ceará, desde que a qualidade destes dados apresente um desvio padrão médio mensal dos resíduos menor do que 5cm. Estes dados indicam a detecção das ressacas de 08-10/02/2000 e de 22-24/02/2000, confirmadas pelo ondógrafo do INPH, bem como de períodos calmos entre janeiro e março em 1996 a 1998, mas com possível ocorrência de um episódio de marulhos centrado em 07/03/98, ocasião em que a maré era morta. INTRODUÇÃO A crescente ocupação da costa norte do nordeste do Brasil, envolvendo obras costeiras como novos portos, plataformas e instalações ligadas à produção de petróleo e urbanização das áreas de praias está criando a demanda para estudos da climatologia de ondas de gravidade incidentes na costa do Ceará e do Rio Grande do Norte, bem como a caracterização das variações do nível do mar em todas as escalas de tempo. Neste contexto, é importante a possível previsão sazonal e interanual das ocorrências de campos de ondas anômalos de períodos da ordem de 15-25s, vindos do quadrante norte. Só para exemplificar, podemos listar algumas atividades que só podem ser realizadas com segurança se a climatologia destas ondas for determinada: 2613

2 1. Para o estabelecimento da geometria dos piers nos novos portos em construção (como em Pecém), para viabilizar a ancoragem segura de grandes navios, pode ser crucial o conhecimento supracitado, pois pode acontecer de navios não poderem desembarcar com segurança a sua carga pesada, devido a uma mudança inesperada nos campos de ondas, com duração de semanas; 2. a segurança ambiental dos esquemas de ancoragem de navios petroleiros nas plataformas offshore (como no campo de Caraúna), que tem que satisfazer exigências de segurança do IBAMA, o que exige o conhecimento das variações na direção da incidência dos marulhos; 3. a possível engenharia da construção de proteções contra a erosão de praias (Fortaleza); 4. ou o assoreamento de canais (como em Guamaré, RN), ou a erosão episódica que descalça dutos de petróleo e gás da Petrobrás, devido à ação das correntes de maré (Bandeira, 1993), talvez em interação com o campo de ondas; 5. a formação de novos bancos de areia submersos perigosos à navegação e afetando ecossistemas submarinos (como o assoreamento de bancos lagosteiros); 6. em pesquisas sobre erosão dos fundos marinhos e praias, onde se verificam fortes interações entre correntes de maré e ondas, que ressuspendem os sedimentos e até determinam a morfologia dos fundos, através da canalização do transporte de areia ressuspenso na água pela ação das ondas, e da existência de padrões de interferência que determinam os processos deposicionais. Os métodos disponíveis para estudos dos episódios de ressaca, e sua previsão e monitoramento de curto prazo, podem ser classificados em duas categorias: (a) Previsão por modelo numérico operacional do campo de ondas forçado pelos ventos extratropicais, como exemplificado no estudo de Innocentini apresentado neste Congresso. (b) Observação através de monitoramento com dados extra-tropicais de vento e onda dos satélites altimétricos, ou com dados de Radares de Abertura Sintética no Modo Ondas do satélite ERS2, que fornece Espectros Direcionais de Ondas (EDO) em Imagettes. (c) Monitoramento dos EDO s através de sistemas de observação in situ (ondógrafos de bóia, ou ondógrafos-correntógrafos com alta resolução temporal (sub-segundo). (d) Previsão/Observação de marés e correntes de maré locais, com utilização de dados maregráficos e de modelos numéricos. Este trabalho apresenta então uma descrição da Grande Ressaca de outubro de 1999, e revisão de alguns dados de nível do mar residual de Fortaleza entre 1996 e 2000, cuja análise sugere sua utilidade para o levantamento da climatologia das ressacas através de dados maregráficos horários. Este tipo de análise foi sugerido recentemente com sendo de grandes possibilidades (Zhang et al., 1997), mas ainda não está devidamente aperfeiçoado, pois ainda não separa as variações rápidas devidas a ondas das variações devidas ventos e correntes. A GRANDE RESSACA DE 23-27/10/99 A chamada Estação de Ressacas do norte do Nordeste começa sempre no final de dezembro (Aloisio dos Santos, INPH, com. pessoal). Para surpresa geral, inclusive da equipe do INPE que planejava implantar um marégrafo no Atol das Rocas neste período, apareceram as seguintes notícias: (i) Jornais do Ceará anunciaram destruição de casas e ruas em Fortaleza e Pecém no dia 24/10/99; (ii) Soube-se que a Estação Científica do Projeto Arquipélago, no Arquipélago de S. Pedro e S. Paulo, foi destruída completamente. 2614

3 (iii) (iv) Funcionários do IBAMA/ Reserva Biológica do Atol das Rocas disseram que seria impossível desembarcar ou sair do Atol. Aloísio dos Santos, observador do INPH em Pecém, anunciou que ondas de 4m e 20s de período (Figura 1) começaram a chegar de uma direção nor-nordeste, no dia 23/10/99. Elas estavam derrubando as casas de praia em Pecém e a Praia de Iracema em Fortaleza. Figura 1: Espectro Direcional de Ondas obtido no ondógrafo Datawell Waverider do INPH. Observar a quantidade de energia em torno de 20s. Como a profundidade onde se encontra o ondógrafo é 20m, o comprimento de onda é de cerca de 280m, consistente com a estimativa visual. Como a costa é inclinada em relação aos meridianos (45 graus aprox.), ondas vindas do norte são refratadas ao encontrar a plataforma continental rasa, passando pelo ondógrafo vindo da direção nor-nordeste (ver cálculo em Phillips, 1977). A dinâmica de ondas livres faz parte do conhecimento acadêmico, e pode ser encontrada, por exemplo, em Phillips (1977). Ondas de 20s viajam no oceano com velocidade em torno de 1375 km/dia, de maneira que um pacote de ondas causadas por um furacão em 45N levaria 3.8 dias para chegar em 3S. Obtivemos para o dia 21/10/99 uma imagem dos dados Topex/Poseidon, e uma imagem Goes/Meteosat no canal Infra-vermelho, mostrando o furacão bem desenvolvido na região dos Açores. A fonte destas ondas foi estimada como causada por perturbações grandes visíveis no dia 18/10/99 em 45N, ilustradas com o exame dos dados de Altura Significante de Onda (ASO) do Satélite Topex/Poseidon (Figura 2). ASO s de 8m podem ser observados na Figura, o que significa ondas de cerca de 15m de altura máxima. O mapa de ventos obtidos do NCEP mostra direção fortes componentes para o sul, o que é coerente com a produção de ondas nesta direção. 2615

4 O marégrafo do INPH em Pecém estava operacional no dia 23, enquanto o do INPE em Fortaleza estava infelizmente ainda sem manutenção, que estava programada para o início de novembro, quando voltou a operar em 11/11/99. As alturas do mar atingiram na maré alta 2.82m em relação à régua maremétrica de Pecém na maré da tarde do dia 26, o que seria equivalente a um nível de 3.2m em Fortaleza (a diferença de altura do zero das réguas é de 37cm mais alto em Fortaleza). A tabela de marés da DHN previa entre os dias 23-26/10/99 níveis de 3.1m para a 2 ª maré alta destes dias. Foi a coincidência destas alturas de maré, juntamente com o furacão extra-tropical, não comum nesta época do ano, que causou a grande ressaca. ANÁLISE DE NÍVEIS DO MAR RESIDUAIS PARA DETECTAR RESSACAS DO PASSADO A disponibilidade de longas séries temporais de níveis horários de marégrafos portuários pode tornar viável a determinação da climatologia da ocorrência de ressacas e marés de tempestade, principalmente nos casos de forçamentos por tempestades locais (Zhang et al., 1997; Pugh, 1987), pelo uso dos níveis residuais (diferença entre os níveis observados e os previstos devidos aos forçamentos astronômicos). No caso das ressacas do Nordeste, que são forçadas por ondas do tipo marulhos ou swell, os resíduos são menos coerentes, e nem sempre podem ser separados de outras mudanças bruscas devidas a outros efeitos. Entretanto, uma visão qualitativa pode ser tentada através de observação de casos recentes do verão do ano 2000, e tentativamente para alguns anos para trás. O uso das séries de boa qualidade do marégrafo do INPE instalado no Pier Petroleiro do Porto do Mucuripe, em Fortaleza, ilustra a técnica. O Desvio Padrão Móvel, em janela de 4 dias, é calculado, e os resíduos são normalizados em relação a estes. Uma média móvel de 9h destes dados residuais normalizados são então calculados para cada hora. O resultado está na Figura 3. Os picos dos dias 08-09/02/2000 e os dos dias 22-25/02/2000, com mais de 2 desvios padrões de amplitude em relação ao ruído básico, foram de fato devidos ao aparecimento de marulhos de 13-15s no ondógrafo de Pecém, e coincidentes com as marés mais altas do período. A ressaca de 08-09/02/2000 foi também sentida no Atol das Rocas, entre outros danos causando a parada do marégrafo do INPE na ilha. O método não separa bem os efeitos do Nível Médio do Mar (NMM). A tendência não linear observada está ligada às anomalias de NMM, causadas pelo Evento Quente do Atlântico Tropical que propiciou a boa estação chuvosa deste ano, que é coerente com o aumento súbito da Altura Dinâmica observada na Bóia do Projeto PIRATA em 35W durante o mês de fevereiro ( Esta anomalia de NMM foi a maior já observada em Fortaleza desde 1995, e este fato será descrito e analisado em outro trabalho. 2616

5 Figura 2: Altura Significante de Onda no Atlântico Norte em 18/10/99, mostrando os efeitos do furacão que se desloca para sudeste, em torno de 45N; 40W. Dados obtidos do site de altimetria do CCAR (Colorado Center for Astrodynamics Research) pela web. Este tipo de dado é disponibilizado 3 dias depois de coletados no satélite. 2617

6 Fortaleza: Res Norm 96h med mov 9h /12/99 05/01/00 15/01/00 25/01/00 04/02/00 14/02/00 24/02/00 05/03/00 15/03/00 25/03/00 04/04/00 14/04/00 Figura 3: Resíduo Horário de Nível do Mar Normalizado de Fortaleza. Os picos de 08, 09 e de fevereiro corresponderam a ressacas observadas em Pecém, com mais de 2 Desvios Padrões de amplitude em relação ao background de ruído. OUTROS ESTUDOS Alguns bancos lineares submersos na plataforma continental norte do Rio Grande do Norte, em frente a Guamaré, visíveis por imagens de satélite, e descritas por Santos (1999), podem ter sua origem ligada a estes efeitos de interação entre ondas e marés, e não apenas apenas marés, já que a distância entre estas barras submersas é consistente com os comprimentos de onda destes marulhos (200m-300m). Em plataformas rasas, a interação entre a circulação oceânica devida a marés, ondas e ventos com a camada limite de fundo, é de difícil modelagem, mas alguns modelos já estão desenvolvidos com esta finalidade (Graber et al., 1989; Amos et al., 1995). Efeitos de marulhos de tempestades gigantescas do passado podem estar envolvidos na origem de grandes blocos de recifes de algas coralíneas do Atol das Rocas, arrancados e lançados à distância (Gherardi, 1996). A caracterização da climatologia dos marulhos devidos a tempestades extra-tropicais sobre a costa norte do Nordeste pode ser importante para todas estas áreas de estudo. Agradecimentos: este trabalho teria sido impossível sem a colaboração do técnico Aloísio dos Santos, observador oceanográfico do Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias (INPH). Juntos mantivemos nossas observações e discussões sobre a evolução do estado do mar mar, tanto in situ, como em comunicação por telefone celular. Agradeço também ao meu colega Valdir Innocentini por me estimular a apresentar este estudo neste Congresso da SBMet. 2618

7 REFERÊNCIAS Amos, C.L., Barrie, J.V., Judje, J.T Storm-enhanced sand transport in a macrotidal setting, Queen Charlotte Islands, Brittish Columbia, Canada. Spec. Publs. Int. Ass.Sediment. 24, Bandeira, J. V The influence of littoral drift on instalations and coastal structures related with the production of oil and gas in the coast of Rio Grande do Norte State-Brazil. Anais do X Simposio Brasileiro de Recursos Hidricos (07-12 nov 1993, Gramado, RS), pp Gherardi, D.F.M Recent carbonate sedimentation on the coralline-algal Atol das Rocas, Equatorial South Atlantic, Brazil. PhD Thesis (Royal Holloway-University of London), 353 pp. Graber, H.C., Beardsley, R.C., Grant, W.D Storm-generated surface waves and sediment ressuspension in the east China and Yellow Seas. J. Phys. Oceanogr. 19, Phillips, O.M The dynamics of the upper ocean. Cambridge U. Press., 2 nd edition, 336 pp. Pugh, D. T Tides, surges and mean sea level. Wiley, 472 pp. Santos, M. S Descrição de corpos arenosos de grande escala na zona costeira e na plataforma continental norte do Rio Grande do Norte por imagens TM-Landsat. Dissertação de Mestrado (Relatório INPE-7010-TDI/658). Zhang, K., Douglas, B.C., Leatherman, S.P East coast storm surges provide unique climate record. EOS 78, no. 37, p