Introdução a Oceanografia GEO232

Transcrição

1 Introdução a Oceanografia GEO232 Módulo 3 Oceanografia Física Aula 4 Hidrodinâmica Costeira, Ondas e Marés 1º semestre 2007 Carlos Lentini cadlentini@gmail.com

2 Plataforma Continental (PC)

3 Plataforma Continental (PC)

4 Principais características da plataforma continental PC: declives médios de 1m em 500 m (5 km 200 km) TC: declives médios de 1m em 20 m (20 km 100 km) Quebra da plataforma: 50 m a 200 m

5 Principais características da plataforma continental Declividade: ~ 1:500 Profundidade máxima variável: ~ m Largura variável: ~ km (Brasil) Amazonas: ~320 km Bahia: ~15 km Abrolhos: ~190 km Campos: ~80 km Cabo Frio: ~50 km São Paulo: ~200 km Santa Marta: ~110 km Arroio Chui: ~170 km (Castro e Miranda, 1998)

6 Classificação tentativa da plataforma continental interna média externa ventos ondas confinadas cost. marés aporte fluvial ondas de superfície ventos ondas confinadas cost. marés ventos ondas confinadas cost. marés influência oceânica Essa é uma boa classificação?

7 Plataforma Continental Sudeste PCI = Plataforma Continental interna PCM = Plataforma Continental Média PCE = Plataforma Continental Externa CB = Corrente do Brasil FTP = Frente Térmica Profunda FSS = Frente Halina Superficial BPC = Borda da Plataforma Continental Fonte: Schmieglow (2004)

8 Plataforma Continental Sudeste Água Tropical (AT) Água Central do Atlântico Sul (ACAS) Água Intermediária Antártica (AIA) Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) Fonte: Godoi (2005) Fonte: Schmieglow (2004)

9 Plataforma Continental A hidro é dinâmica?

10 Fluxo de densidade na PC A região da PC é uma área onde mudanças de temperatura e salinidade são mais freqüentes; Tais mudanças são resultantes do ciclo sazonal mais pronunciado que ocorre na PC quando comparado ao OP, podendo gerar gradientes de densidade entre a PC e o OP;

11 Fluxo de densidade na PC Os agentes forçantes são: i) taxa de evaporação, ii) taxa de precipitação, iii) fluxos de calor e iv) aporte fluvial adaptado de Tomczak (2000)

12 Emissário submarino de Ipanema Correntes zonais medidas na coluna d água Profundidade (m) Velocidade zonal Nível (cm/s) do mar Nível (m) Médio do Mar( m) Verão 1997 (dia juliano) (Carvalho, 2003) velocidade + velocidade -

13 Correntes marinhas medidas na região SE 50 0 Correntes a 22m Correntes a 85m 0 Cm/s Correntes a 155m Correntes a 185m Correntes a 195m ~40 dias

14 Exemplos de estratificação térmica na plataforma continental T3 Inverno T7 Verão

15 Plataforma Continental A hidro é dinâmica!!!

16 Circulação Gerada pelo Vento

17 Ventos climatológicos

18 Ventos (escala sinótica)

19 Importância da Rotação da Terra: Número de Rossby Tempo de rotação da terrra Tempo característico do movimento Ω -1 Ω -1 U = = = = Ro T L / U Ω L Ro > 1 : rotação não é importante Ro ~ 1 ou Ro < 1 : rotação é importante Na plataforma continental: Velocidade angular da terra: Ω ~ 7,2 x 10-5 s -1 Escala horizontal: L ~100 km Escala de velocidade de corrente: U ~ 0,1 m/s Ro = U / Ω L ~ 10-2

20 Efeito da rotação da terra Força de Coriolis Deflexão do movimento para: direita no HN esquerda no HS Tendência a Movimentos Forças

21 Camada de Ekman Profundidade da camada de Ekman D ~ A v /Ω, D ~ metros Espiral difícil de observar (outros fenômenos sinal/ruído) Transporte vento - para direita no HN - para esquerda no HS

22 Efeito direto do vento na Camada limite: Espiral de Ekman de Superfície

23 Efeito direto do vento na Camada limite: Espiral de Ekman de Superfície Eq. de Ekman: -fv = A v 2 u/ z 2 (em x) fu = Av 2 v/ z 2 (em y) Influência da estratificação Influência do fundo

24 Transporte de Ekman e ressurgência costeira Hemisfério Norte: transporte a 90 0 e a direita da direção do vento Hemisfério Sul: transporte a 90 0 e a esquerda da direção do vento

25 Transporte de Ekman e ressurgência costeira Ressurgência: extraido do Coastal Ocean Observation Laboratory Rutgers University

26 Cortesia: M. Kampel (INPE-SJC) Teoria de Ekman Ressurgência Exemplo costa brasileira Frente térmica da Corrente do Brasil Ressurgência Cabo Frio (RJ) Vórtices ciclônicos (núcleo frio)

27 Ondas de Superfície

28 Espectro de ondas de superfície no oceano Os mecanismos geradores e restauradores das ondas: Após Kinsman (1965)

29 Espectro de ondas de superfície no oceano ω = 2π/T (T é período onda)

30 Espectro de ondas de superfície no oceano ω = 2π/T (T é período onda)

31 Espectro de ondas de superfície no oceano 12-4 seg ω = 2π/T (T é período onda)

32 Espectro de ondas de superfície no oceano 12-4 seg ω = 2π/T (T é período onda)

33 Espectro de ondas de superfície no oceano 12-4 seg ω = 2π/T (T é período onda)

34 Espectro de ondas de superfície no oceano 12-4 seg ω = 2π/T (T é período onda)

35 Características básicas de uma onda senoidal Crista Comprimento Onda a = amplitude H = altura (2xa) Cavado

36 Características básicas de uma onda senoidal K = 2π/Λ (número onda) ω = 2π/T (freq. angular) C = ω/k (velocidade fase)

37 Movimento de uma onda Movimento de uma onda ocorre de 2 formas: movimento da onda propriamente dito + movimento da água. 5 6

38 Ondas confinadas costeiras Ondas de Kelvin: ondas de gravidade influenciadas pela vorticidade planetária Ondas de plataforma: associadas a conservação de vorticidade relacionada a declividade do fundo Períodos: ~ 1 20 dias Comprimento de ondas: O(10 6 m) modos barotrópico e baroclínico Forçadas por ventos (escala sinótica) propagação em direção ao equador na costa brasileira

39 (Tomczak, 1998) Exemplo de propagação de onda de plataforma Ondas de Kelvin Ondas de plataforma

40 Marés

41 Marés Astronômicas - Força Resultante - Fr = Fa - Fc Fc Fa

42 Marés Astronômicas B A A h

43 Marés - Distribuição Geográfica - SEMI-DIURNA MISTA - SEMI-DIURNA MISTA - DIURNA DIURNA

44 Marés de Sizígia e Quadratura

45 Marés de Sizígia e Quadratura minguante minguante nova cheia nova cheia N N N crescente crescente SIZÍGIA QUADRATURA DIAS

46 Como são geradas as marés?

47 Marés Diurnas e Semidiurnas DIURNA SEMI-DIURNA MISTA DIURNA MISTA SEMI-DIURNA DIAS

48 Progressão da Maré na Costa Brasileira 2 Santos Rio Grande Cabo Frio Vitória 1 Salvador Natal Fortaleza 0 São Luiz

49 extraido do Tampa Bay Coastal Prediction System University of South Florida Circulação Forçada por Marés

50 Nível do Mar na Plataforma Continental

51 Ajuste no Nível do Mar na PC Mudanças nas condições atmosféricas na Plataforma Continental (PC) ou no Oceano Profundo (OP) adjacente refletem na plataforma através de η (elevação superfície livre); A PC é limitada pela costa e possui profundidades menores que o OP (H < 200 m), causando mudanças significativas em η;

52 Extraído do National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Ajuste no Nível do Mar na PC Quando existe uma interação positiva dos ventos (direção e intensidade), inclinação da PC e estágio da maré, o efeito de uma ressaca ( storm surge ) pode ser devastador.

53 Extraído do National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Ajuste no Nível do Mar na PC Passagem de um furacão na costa dos EUA

54 Aporte Fluvial Descarga de Água Doce

55 Aporte Fluvial Descarga de Água Doce

56 Aporte Fluvial: Impacto na estratificação 0-50 < 29.0 < Sigma - T (kg/m 3 ) Salinidad Presión (dbar) Temperatura ( C)

57 Salinidade Superficial: Variabilidade Sazonal

58 Alguns Impactos Regionais Nutrientes (W.Ocean Atlas. 1998) TSM (Campos et al. 1999) 100 Bluefish larvae (Muelbert & Sinque 1996) 80 Sardine catch (Sunyé & Servain 1998) TSM ciclo sazonal % abundance % of total catch Jan Apr Jul Oct 0 Dec Feb Apr Jun Aug Oct Dec

59 Variabilidade Sazonal da Cor do Oceano - clorofila January July IISBO - Junho

60 Ocorrência de espécies subantárticas e polares na costa de SP e RJ Em a observação de espécies subantárticas e polares no litoral de SP e RJ [Campos et al. (1993), Lentini (1997); Lentini et al. (2001), Stevenson et al. (1998)]. Foraminíferos, microbivalves, pinguins, mamíferos marinhos... Pergunta: Como essas espécies chegaram até aqui??? Resposta: Descarga do Rio da Prata?!

61 Teoria Teoria prevê que a pluma de água doce oriunda da descarga do rio realize um giro anti-horário no hemisfério sul quando entrar na plataforma continental e desloquese em direção ao equador. Simulação Numérica 25x10 3 m 3 /s 50x10 3 m 3 /s Teoria também sugere que a extensão da pluma ao longo da plataforma continental depende da descarga de água doce. Tensão cisalhamento do vento paralela a costa + a influência subantártica + descarga de água doce são responsáveis pelo aparecimento de espécies sub e antáricas na costa RJ influência subantártica R25 25 x 10 3 m 3.s -1 τ vento Fonte: Pimenta et al 2001 (normal discharge) Fonte: Campos et al. (1993), Stevenson et al. (1998), Lentini (1997; 2001) e Piola (2005)

62 Considerações finais A hidro é dinâmica; A hidrodinâmica é complexa; Medições de campo são necessárias (observações); Teoria é necessária: Para analisar e interpretar as medições; Para direcionar novas medições.

63 Referências Bibliográficas An Introduction to Physycal Oceanography: Shelf and Coastal Oceanography:

64 Referências Bibliográficas American Meteorological Society. Online Ocean Studies, 2005, Boston, MA, EUA. 404 pp. Harold V. Thurman. Essentials of Oceanography (5 th edition), 1996, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, EUA. 399 pp. João M. M. Schmiegelow. O Planeta Azul Uma Introdução às Ciências Marinhas, 2004, Editora Interciência, Rio de Janeiro, RJ. 202 pp.

65 Módulo 3: Oceanogr. Física: Aula 4: Hidrodinâmica Continental, Ondas e Marés: Obrigado!!!