CIRCULAÇÃO NO SCORE CENTRAL DO PROGRAMA REVIZEE

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1 CIRCULAÇÃO NO SCORE CENTRAL DO PROGRAMA REVIZEE Audalio Rebelo Torres Junior 1 José Ricardo de Almeida França 2 Gutemberg Borges França 1 Nicole Medhi 1 Décio Luiz Castelões Motta ABSTRACT Some prelimary results of climatic ocean circulation modeling for the Score Central of the REVIZEE program are presented. The results shows good agreement with the observations. The model reproduces known oceanographic features like the Vitória vortex and surface fluxes, related in the literature. The Princeton Ocean Model (POM) was used and initialized with Levitus data of the Ocean Climate Laboratory from the National Oceanographic Data Center, and forced with the COADS (Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set) project data from the NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). 1 INTRODUÇÃO O objetivo deste trabalho é a obtenção do escoamento oceânico e atmosférico climatológico, através de modelagem numérica, para a região do SCORE CENTRAL do programa REVIZEE, sigla para o Programa de Avaliação do Potencial Sustentável de Recursos Vivos na Zona Econômica Exclusiva, aprovado pela Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (CIRM), através de resolução específica, em julho de 1994, é o resultado de compromisso assumido pelo Brasil ao ratificar a Convenção das Nações Unidas sobre o Direito do Mar e incorporar os seus conceitos à nossa legislação, através da Constituição de 1988 e da lei n 8.617, de 04 de janeiro de O SCORE CENTRAL do REVIZEE se extende do Cabo de São Tomé a Salvador, linha de costa, para esta região, tem aproximadamente Km de extensão, e a área total é superior a quilômetros quadrados, incluindo a área do conjunto das ilhas Trindade e Martin Vaz. Os limites da simulação utilizados abrangem uma região um pouco maior que a do SCORE Central do REVIZEE. A área vai de 9 S a 25 S ( Cidade de Cananéia no litoral de São Paulo) e 50 W a 27 W. As simulações foram realizadas junto ao Núcleo de Computação Eletrônica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, utilizando-se máquinas de processamento paralelo de alto desempenho (IBM-SP2) e apoio do Grupo de Computação de Alto Desempenho. 2 CONDIÇÕES DE CONTORNO A condição para a superfície foi definida pela distribuição da tensão superficial do vento (wind stress). Os dados climatológicos de vento foram obtidos a partir da base de dados COADS (Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set), cedida pelo NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Esses dados representam médias mensais para o período de 1946 a 1989, e foram importantes para que as simulações realizadas pelo modelo fossem realizadas com os padrões de ventos típicos da região. 2.1 FUNDO Para uma melhor análise dos processos de circulação da margem oeste do Atlântico Sul 1 Depto de Meteorologia/IGEO/UFRJ e- mail: audalio@igeo.ufrj.br 2 Depto de Meteorologia/IGEO/UFRJ e- mail: jricardo@igeo.ufrj.br 1

2 optamos por trabalhar com uma malha batimétrica irregular que cobrisse uma área maior e fosse melhor resolvida na região da cadeia Vitória-Trindade. Isto porque era necessário ter, na região da cadeia, uma malha de espaçamento capaz de resolver feições oceanográficas de pequena escala, como é o caso do vórtice de Vitória, que foi localizado a S e 39 W, apresentando um raio de 50 Km (Schmid et al, 1995). Optou-se por utilizar esta malha irregular visando uma economia de tempo para melhorar o desempenho computacional, uma vez que para cobrir toda a área modelada (de 10 S a 25 S e 28 W a 48 W) com alta resolução, o número de pontos de grade seria muito grande. A fim de prevenir-se também, das influência das perturbações que ocorrem nas fronteiras sobre a circulação na região da cadeia aumentou-se a distância das fronteiras abertas à região de interesse, o que foi possibilitado pela emprego da malha irregular. A malha batimétrica utilizada no processo de modelagem (figura 1) foi elaborada a partir da digitalização dos dados batimétricos das cartas náuticas n 1 e n 20 da Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil, e apresenta dimensões de 83x87 pontos de grade. Esta figura mostra claramente o adensamento de pontos na região da cadeia e próximo à costa de Vitória. Figura 1: malha batimétrica irregular empregada na discretização das equações FRONTEIRAS ABERTAS Na fronteira aberta norte, foi considerada uma condição de fluxo de entrada de temperatura e salinidade e velocidades constantes no tempo, ou seja, uma condição do tipo reservatório. (Mehdi,1997) Na fronteira sul, foi considerada uma condição do tipo radiacional de Orlansky (Torres Jr, 1995) onde é considerada a velocidade da onda de gravidade em cada ponto de grade, para advectar para fora do domínio de integração, momentum e constituintes, bem como ondas espúrias. Na fronteira leste, foi imposto um esquema híbrido, onde é aplicada a condição radiacional tipo Orlansky para saída de momentum e constituintes, e reservatório quando estiverem sendo advectados para o interior do domínio, e, neste caso, não serão constantes no tempo. (Mehdi,1997) 2.2 CONDIÇÕES INICIAIS As condições iniciais foram do Atlas Oceanográfico do Levitus produzido pelo OCL (Ocean Climate Laboratory) do NODC (National Oceanographic Data Center) ligado ao programa de pesquisa do Clima e Mudanças Globais (Climate and Global Change) da NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Foram escolhidos os meses de Janeiro e julho, respectivamente verão e inverno no hemisfério sul para se ter uma avaliação da variação sazonal das condições na área. Foi utilizado sigma theta (σ θ - densidade referenciada a um nível especificado) na análise de massas d água para identificar os tipos de águas na região de estudo. Como exemplo, está representado na figura 2, a seguir o campo valores de σ θ (sigma - theta),onde se apresenta um corte transversal no bordo norte ( 9 S de latitude) no mes de janeiro. No eixo vertical está representada a profundidade em decímetros e no eixo horizontal está a longitude (x10 3 2

3 direção sul próximo ao talude que se mantém, com variações mínimas, ao longo do ano. Figura 2: σ θ em corte transversal no bordo norte ( 9 S de latitude) no mes de janeiro. As massas d água presentes no Oceano Atlântico Sul, já foram caracterizadas em diversos trabalhos como por exemplo Sverdrup et al (1961) e Mamayev (1970) por suas relações T-S (temperatura e salinidade). Stramma e Peterson (1989) apud Stramma (1991) definiram limites entre as massas d água, baseado na densidade. Para os limites entre a ACAS (Água Central do Atlântico Sul) e a AIA (Água Intermediária Antártica) o valor de densidade usado foi σ θ = Kg m -3 ; e o valor σ θ = Kg m -3, foi usado como limite entre a camada superior da APC (Água profunda Circumpolar) e a camada superior da APAN (Água Profunda do Atlântico Norte). Na região norte da Corrente do Brasil em torno da latitude 20 S, Stramma et al (1990) usaram o valor de densidade superficial de σ θ = 27.6 Kg m -3 para a seção meridional em 30 W para os limites entre APC e APAN. A análise dos campos de σ θ obtidos do Levitus indicam a presença da ACAS, AIA e água superficial de mistura. De uma forma geral, os dados obtidos do Levitus indicam um fluxo em direção norte que varia sua intensidade de acordo com a época do ano numa camada menos profunda, e logo abaixo desta, observa-se um fluxo em 4 SIMULAÇÕES Foram realizadas três simulações utilizando-se o Princeton Ocean Model. Na primeira, obteve-se a resposta do modelo à climatologia dos ventos para o mês de janeiro, na segunda foi incluído na condição de contorno aberta ao norte, um fluxo a partir de uma função analítica, na tentativa de se obter uma representação do transporte da corrente do Brasil naquela fronteira. E na terceira, a condição de fluxo na fronteira norte foi mantida, e foi implementada a climatologia dos ventos para o mês de julho. O modelo foi inicializado a partir do repous com os dados de estratificação obtidos do COADS, foi integrado no tempo até que o equilíbrio dinâmico entre a circulação oceânica e a tensão de cisalhamento do vento fosse alcançado. O processo de integração foi monitorado através comportamento da energia cinética da área representada na figura a seguir. O modelo foi integrado durante 120 dias, com um passo de tempo de 120 segundos. Figura 3: energia cinética média para toda a grade x tempo de integração (horas). 5. DISCUSSÃO Aqui será mostrado como exemplo o resultado obtido a partir da modelagem, utilizando a climatologia de ventos para o mês de janeiro. Nesta simulação preliminar, não foram implementados os fluxos nas fronteiras norte, sul e leste; utilizou-se apenas a forçante de tensão de cisalhamento do vento para modelar a circulação na região da cadeia Vitória-Trindade. 3

4 Segundo Fu (1981) apud Evans et al (1983), a cadeia Vitória-Trindade aproximase bastante da superfície do oceano, afetando significativamente a direção do fluxo. Na figura 4, a seguir, referente à circulação oceânica, observa-se um fluxo de fraca intensidade, acima de S, que, ao se aproximar da costa, é desviado cada vez mais para norte, provavelmente devido à reflexão pela cadeia Vitória-Trindade e pelo banco de Abrolhos, e à diminuição da vorticidade em função da diminuição de profundidade. Figura 4: circulação oceânica na região. Na latitude da cadeia (20 30 S), o fluxo em direção a oeste sofre sucessivos meandramentos, sendo que uma parte do fluxo aparece migrando para norte acima da cadeia, e outra parte migrando para sul abaixo da cadeia, sofrendo nesta região um desvio para oeste, assim como reportado por Evans et al (1983). Evans et al (1983) fizeram uma avaliação do transporte da corrente do Brasil entre 19 S e 25 S ao longo da costa brasileira, visando localizar a corrente tanto ao norte quanto ao sul da cadeia Vitória-Trindade. Segundo esses autores, ao passar pela cadeia, há um estreitamento da corrente, sendo que a maior parte do fluxo escoa através dos bancos mais próximos à costa. Havendo ao sul da cadeia, um desvio do fluxo para oeste. Ainda na figura 4 anterior, pode-se observar que um meandramento do fluxo ao passar pela cadeia Vitória-Trindade leva à formação de um vórtice ciclônico entre 21 S a 22 S e W a W. Confirmando resultados obtidos em outros trabalhos, como o de Schmid et al (1995), e é conhecido como vórtice de Vitória. No verão de 1991, durante o cruzeiro do METEOR 15, um vórtice ciclônico foi detectado no Atlântico Sul na plataforma brasileira perto da cidade de Vitória, sendo monitorado durante 55 dias por derivadores de superfície conforme mostrado na Figura 5. A análise de seções de CTD/XBT através do vórtice junto com dados de derivadores e imagens de satélite revelaram a complexidade da região. (Schmid et al, 1995). Schmid et al (1995) especulam que um possível mecanismo de formação deste vórtice é uma forte ressurgência junto à costa que leva a um meandramento da Corrente do Brasil, e que evolui para um vórtice ciclônico. Como o vórtice apareceu migrando para nordeste nas 2 primeiras semanas, e depois para sul; os autores especulam que ele muda de direção ao interagir com a Corrente do Brasil quando esta flui para sul pela passagem mais a oeste da cadeia Vitória-Trindade. Schmid et al (1995). Consideram ainda que outra possível razão para a mudança de direção pode ser a reflexão do vórtice pela própria cadeia Vitória- Trindade. Figura 5: Vórtice de Vitória em Schmid et al (1995). Como foi possível caracterizar este vórtice utilizando apenas a tensão de cisalhamento do vento como forçante neste modelo, há uma indicação de que o vórtice de Vitória tem alguma relação com os ventos (climatologia de ventos). 4

5 Os resultados do modelo mostram um escoamento em direção à costa que em parte é defletido para o norte e outra para o sul. Do ponto de vista de conservação do momento angular, quando o fluxo sobe o talude há uma redistribuição da massa em torno do eixo de rotação por causa da diminuição da profundidade, ou seja, a diminuição da vorticidade gera uma componente para norte, e, na região ao sul da cadeia Vitória-Trindade, o escoamento ruma para sul, pois há um aumento da profundidade e a intensificação da circulação no bordo oeste por efeito da variação do parâmetro de Coriolis com a latitude. Estes resultados mostram coerência com resultados da literatura como por exemplo os obtidos por Stramma (1991) mostrado na figura 6, a seguir, que descreve o comportamento dos padrões de circulação na região baseado em dados observacionais. Figura 6: Circulação estimada por Stramma (1991). 6. CONCLUSÃO Embora que preliminares, os resultados obtidos até agora são animadores, dado que mostram coerência com padrões oceanogáficos descritos na literatura e que foram baseados em dados observacionais. Os próximos passos na abordagem adotada serão: incluir os efeitos da circulação da bacia Atlântica nos contornos abertos e estudar o acoplamento do escoamento básico com o gerado pelo vento. A seguir incluiremos os efeitos das trocas térmicas com a atmosfera e os efeitos da radiação solar. Evidentemente obter dados de circulação média para a região continua sendo necessário, bem como realizar um experimento que inclua obtenção de dados meteorológicos e oceanográficos coletados de forma integrada. Estas informações serão fundamentais para a calibração do modelo. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS EVANS, D.L; SIGNORINI, S.R.& MIRANDA, L.B A note on the transport of the Brasil Current. Journal of. Physical Oceanography,13(9): MAMAYEV, O I. Temperature - Salinity Analisis of World Ocean Water. 1 nd ed. Elsevier Oceanography Series, MEHDI, N. Estudo do Escoamento Sobre a Cadeia Vitória - Trindade, 1997, monografia submetida a graduação do curso de oceanografia da UERJ. SCHMID, C.;SCHÄFER, H.; PODESTÁ, G. & ZENK, W The Vitória Eddy and its Relation to the Brazil Current. Journal of Physical Oceanography, 25: STRAMMA, L.,1991: Geostrophic Transport of the South Equatorial Current in the Atlantic. Journal of Marine Research, 49, SVERDRUP, H. V., JOHNSON, M. W. AND FLEMING, R.H.,1942.The Oceans, their Physics, Chemistry and General Biology, Prentice-Hall, New York, N.Y. 5

6 TORRES JR., A R., Resposta da Ressurgência Costeira de Cabo Frio à Forçantes Locais, 1995, Tese submetida ao Programa de Pós - Graduação em Engenharia Oceânica da UFRJ. 6