Oceanografia Física - Métodos de Observação do Oceano

Transcrição

1 Oceanografia Física - Métodos de Observação do Oceano

2 TIPOS DE OBSERVAÇÕES NO OCEANO

3 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Algumas Definições: Propriedades Conservativas da água do mar são propriedades que variam apenas por mistura de massas água, depois da água se ter afastado do contacto com a atmosfera e outras influências externas. Exemplos: temperatura potencial, θ; salinidade, S. Propriedades Não-Conservativas da água do mar são propriedades que podem variar por processos distintos da mistura de massas de água. Exemplos: temperatura in situ ;oxigénio dissolvido; concentração de nutrientes. A Temperatura de uma determinada substância é uma medida da energia cinética média das moléculas que a constituem é uma propriedade microscópica; do ponto de vista macroscópico, a temperatura é uma propriedade de todos os sistemas termodinâmicos em equilíbrio térmico, ou seja, dois sistemas estão em equilíbrio térmico se e só se as suas temperaturas forem iguais.

4 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Algumas Definições: Transformações Adiabáticas são transformações que ocorrem sem haver troca de calor com o ambiente envolvente (vizinhança), em consequência da compressibilidade dos fluidos; quando um fluido se expande perde energia interna e a sua temperatura desce; quando se comprime ganha energia interna e a sua temperatura aumenta. Os líquidos são muito menos compressíveis que os gases: a taxa de variação da temperatura com a profundidade nos oceanos em resultado das trocas adiabáticas é inferior a 0,2 0 C km -1, enquanto na atmosfera é aproximadamenteiguala9,8 0 C km -1. Define-se Temperatura Potencial, θ, no oceano e na atmosfera, como a temperatura que o fluido atinge se for conduzido adiabaticamente, desde a pressão adequada à sua actual altura ou profundidade, até à pressão de 1000 mb (aproximadamente o nível do mar); como a água é ligeiramente compressível a temperaturapotencialédiferentedatemperaturarealoutemperatura in situ,t insitu ; nosoceanosestadiferençanãoésuperiora1,5 0 C. A temperatura in situ não é uma propriedade conservativa, estando este conceito associado à temperatura potencial.

5 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Algumas Definições: Como a água é ligeiramente compressível, uma porção de água trazida adiabaticamente do oceano profundo para a superfície expande-se e tende a arrefecer; a temperatura que se atinge neste processo é mais baixa do que a temperatura medida in situ. Esta propriedade termodinâmica chama-se Temperatura Potencial, θ, e é definida no oceano e na atmosfera, como a temperatura que um fluido atinge se for conduzido adiabaticamente, desde a pressão adequada à sua actual altura ou profundidade, até à pressão de 1000 mb (aproximadamente o nível do mar); e é usada para comparar massas de água a profundidades significativamente diferentes ou quando se estuda movimentos verticais sobre uma gama de profundidades elevada.

6 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Atemperaturaéapropriedadefísicadaáguadomarmaisfácildemedircomexatidão. Existem diversas técnicas para medição da temperatura do oceano, das quais se destacam: (a)expansãodeumlíquidooudeummetal; (b) expansão diferencial de dois metais(faixa bi-metálica); (c)pressãodevapordeumlíquido; (d) termopares; (e) variação da resistência elétrica; (f) radiação infra-vermelha emitida pela superfície do oceano. Dosmétodosreferidosacimaométodo (a),expansão deumlíquido oudeummetal,o método (e), variação da resistência elétrica e o método (f), radiação infra-vermelha emitida pela superfície do oceano, têm sido os mais utilizados em Oceanografia Física.

7 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Termómetros desprotegido e protegido (30 cm de comprimento) Detalhes de termómetros de mercúrio protegido e desprotegido Termómetro protegido invertido

8 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Garrafas de amostragem (N.I.O. e Niskin), mensageiros e termómetros de inversão protegido e desprotegido Garrafa para colheita de amostras de água

9 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Esquema de recolha de amostras de água utilizando garrafas a diversos níveis e de medição de temperatura através de termómetros de inversão. Funcionamento de uma garrafa de amostragem por inversão de Nansen

10 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Amostrador em forma de roseta (Rosette sampler) Dispositivos acoplados para inversão de termómetros

11 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Aspectos de um batitermógrafo mecânico (MBT), incluindo o sistema de registo de dados (vidro fumado) e o perfil de temperatura

12 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Esquema de um batitermógrafo descartável, XBT (Sippican Oceanographic Inc.) Sistema de lançamento e de aquisiçãodedadosdeumxbt Lançadeira de XBT, com XBT a entrar na água (esquerda); aspecto de um XBT, num envólcro transparente(direita)

13 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Termómetro digital Sistema de recolha de amostras de água a vários níveis com um amostrador de roseta e de medição dos parâmetros físico-químícos com uma sonda CTD. Sonda CTD + sensor de temperatura

14 Métodos de Observação do Oceano - Temperatura Esquema de uma sonda CTD Sea-Bird SBE 25,com representação de módulos de sensores opcionais.

15 Métodos de Observação do Oceano - Salinidade A Salinidade é uma medida da quantidade ou concentração de sais dissolvidos na águadomar. -até1980asalinidadeeraexpressaempartespartes por mil, ppmou 0 / 00 ; -até 2009 era obtida a partir de uma razão de condutividades de amostras da água do mar, salinidade prática(usp ou PSS em inglês), semunidades; -a partir de 2009 passou a usar-se uma SalinidadeAbsoluta (fração de massa de sal na águadomar) agoraasalinidadenooceanoexprime-seemg/kg. -Asalinidademédiadosoceanosé35g/kg. Resumo dos Métodos de Medição da Salinidade: 1 - Medição Gravimétrica: método moroso e impreciso devido à decomposição de alguns sais durante o aquecimento até à evaporação. 2 - Medição Química: baseado na titulação para determinar a clorinidade; utilizado até meadosdadécadade60doséculoxx. 3 - Métodos Físicos: baseados na condutividade eléctrica; utilização de uma fórmula empírica para converter razões de condutividade em salinidades.

16 Métodos de Observação do Oceano - Salinidade A salinidade é determinada a partir de medições da conductividade eléctrica e da temperatura. Sensores de conductividade (C), temperatura (T) e pressão (D, do inglês depth) são habitualmente reunidos no mesmo aparelho de medida, o CTD. Sensor de condutividade Salinómetro de laboratório

17 Métodos de Observação do Oceano Pressão e Profundidade Em Oceanografia considera-se a pressão hidrostática, isto é, a pressão devido apenas à coluna de água acima de um dado nível (profundidade), o que implica que p=0 quando o nível é a superfície,que está à pressão atmosférica. A Equação Fundamental da Hidrostática descreve a variação de pressão, p, com a profundidade, z, numa coluna de fluido: p=ρgz. Considerando a densidade, ρ, constante, a equação hidrostática traduz uma relação linear entre a pressão e a profundidade. Unidades de pressão: 1Pa=1N.m 2; 10 5 Pa=10 5 N.m 2 =1bar 1atmosfera. No oceano, pode-se usar a relação Z=1m p 1decibar(db).

18 Métodos de Observação do Oceano Pressão e Profundidade SensordetubodeBourdonusadonoMBT: Actualmente existem sensores de pressão que utilizam transdutores de cristal de quartzo ressonante, que representam o tipo de medição padrão presentemente adoptada, tanto em águas profundas como em registadores de pressão para águas costeiras. A maior parte dos sensores de pressão modernos, usados em medições costeiras e ao largo, utilizam este tipo de transdutores. Os sensores de pressão para águas costeiras são frequentemente designados por sensores de nível deágua.

19 Métodos de Observação do Oceano Densidade A importância do conhecimento da densidade, ρ, está no facto do movimento das massas de água intermédias e profundas ser controlado, entre outros factores, pela densidade, ou seja, pela estabilidade gravitacional. Como a densidade depende da temperatura e da salinidade, a circulação vertical é controlada por variações destes dois parâmetros e por esta razão é designada Circulação Termohalina. A densidade da água do mar à superfície é controlada apenas pela temperatura e pela salinidade, mas no interior do oceano também depende da pressão, pois a água é um fluido ligeiramente compressível. Adensidadedecrescecomatemperaturaecrescecomasalinidadeeapressão. Asunidadesdedensidadesãokg/m 3. Gama de valores: 1021 kg/m 3 à superfície 1070 kg/m 3 a metros de profundidade.ovalormédioéaproximadamente1030kg/m 3. Em Oceanografia utiliza-se por vezes o volume específico, α=1/ρ e uma quantidade chamada σ STP (sigma-stp), σ STP =ρ(s,t,p)-1000; a partir do σ STP podese definiroσ t (sigma-t), σ t =σ STP (P=P 0 )=ρ(s,t,p 0 )-1000, emquep 0 é apressão ao nível do mar(1 atmosfera).

20 Métodos de Observação do Oceano Densidade Como a densidade varia apenas nos dois últimos algarismos e como normalmente se comparam massas de água à mesma profundidade (mesma pressão), ou gama de profundidades, o uso de σ t é mais prático. Embora σ t tenha unidades, é usual omiti-las. Exemplo:T=10ºC,S=35 ep=0 ρ=1026,96kg.m -3 σ t = Gamadevaloresparaσ t :21(superfície) 28,3(10000m). Associado à temperatura potencial, θ, define-se também a densidade potencial, sigma-θ,representadapelosímboloσ θ. Não existe método rápido, prático e seguro para medir a densidade in situ. Pode ser medida em laboratórios, mas os métodos são lentos. Na prática a densidade é deduzida a partir da temperatura, salinidade e pressão, medidas directamente. A dependência entre a densidade, a temperatura, a salinidade e a pressão é representada pela equação de estado da água do mar, que é bastante complicada.

21 Métodos de Observação do Oceano Densidade Equaçãode Estado da Águado Mar (International Equation of State of Seawater, IES80) Densidadeda Águado Mar à Pressãode Uma AtmosferaPadrão(p=0) Módulo de Compressibilidade(Secant Bulk Modulus)

22 Métodos de Observação do Oceano Nível do Mar Marégrafo de poço (stilling well tide gauge) Marégrafo de Cascais Sistema de registo Poço do marégrafo Flutuador

23 Métodos de Observação do Oceano -Nível do Mar Registos mais longos do nível médio anual do mar para cada continente

24 Métodos de Observação do Oceano Nível do Mar Marégrafo Pneumático (pneumatic gauge)

25 Métodos de Observação do Oceano Nível do Mar Comparação entre um marégrafo de radar e um marégrafo pneumático marégrafo de radar

26 Métodos de Observação do Oceano -Nível do Mar Estaca garduada enterrada no lodo num canal da ria Formosa

27 Métodos de Observação do Oceano -Nível do Mar BóiaOndógrafoDirecionalDATAWELL para medção das ondas (DATAWELL Directional Waverider buoy)

28 Métodos de Observação do Oceano -Nível do Mar Esquema da amarração de uma bóia ondógrafo direcional DATAWELL

29 Métodos de Observação do Oceano -Nível do Mar Esquema da aquisição, transmissão e processamento de dados de um ondógrafo

30 Métodos de Observação do Oceano -Nível do Mar Medição da superfície livre com perfiladores acústicos de correntes Sistema AWAC com AST (Acoustic Surface Tracking) da Nortek ADCP da RD Instruments

31 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Correntómetro Aanderaa RCM4

32 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Correntómetro electromagnético Inter-Ocean S4

33 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Amarração de dois correntómetros electromagnéticos Correntómetro acústico (Vector ADV)

34 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Esquemas de amarrações para correntómetros e outros instrumentos

35 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Correntómetro ADCP da RD Instruments

36 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Esquema com as diversas aplicações marinhas dos ADCP s

37 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Esquemas da amarração e fundeamento de ADCP s

38 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Eulerianos Colocação de ADCP s no mar a partir da tolda de um navio

39 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Lagrangeanos Bóia derivante de superficie Elementos de uma bóia derivante de superfície

40 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Lagrangeanos Flutuador sub-superficial SOFAR Esquema de funcionamento do sistema SOFAR

41 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Lagrangeanos Flutuador sub-superficial RAFOS

42 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Lagrangeanos Flutuador sub-superficial RAFOS

43 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Lagrangeanos Amarração de fonte de som do sistema RAFOS Esquema de funcionamento do sistema RAFOS

44 Métodos de Observação do Oceano Correntes - Métodos Lagrangeanos Flutuador sub-superficial autónomo Ciclo operacional de um flutuador sub-superficial autónomo S-PALACE

45 Métodos de Observação do Oceano Plataformas Fixas Esquema de uma amarração TAO (Tropical Atmosphere Ocean project) Manutenção de uma bóia TAO

46 Métodos de Observação do Oceano Plataformas Fixas Esquema do sistema SIMPATICOlocalizado no estuário do rio Guadiana. As baterias e o datalogger estão indicados pelas letras b e d respetivamente.

47 Métodos de Observação do Oceano - Plataformas Fixas Fotografia do sistema SIMPATICO no estuário do rio Guadiana. O topo da bóia contém um sinalizador amarelo para a navegação

48 Métodos de Observação do Oceano - Plataformas Fixas Plataformas instrumentadas de fundo

49 Métodos de Observação do Oceano - Plataformas Fixas Plataformas instrumentadas de fundo

50 Métodos de Observação do Oceano - Plataformas Fixas Plataforma instrumentada de fundo, em laboratório

51 Métodos de Observação do Oceano Sistemas Rebocados SEASOAR - veículo rebocado ondulante para colocação de instrumentos oceanográficos

52 Métodos de Observação do Oceano Deteção Remota Satélites geoestacionário e de órbita polar Sistema de medição do nível do mar a partir de satélite