INTERAÇÃO DE CICLONES MARÍTIMOS E VARIAÇÕES DO NÍVEL DO MAR NA COSTA: ESTUDO DE CASOS

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1 INTERAÇÃO DE CICLONES MARÍTIMOS E VARIAÇÕES DO NÍVEL DO MAR NA COSTA: ESTUDO DE CASOS Ana Luiza Matos Xavier sucamx@hotmail.com Jaci Maria Bilhalva Saraiva Laboratório de Meteorologia FURG Av. Itália, km 8 Campus Carreiros Rio Grande RS CEP dgejaci@super.furg.br ABSTRACT The local effect of the pressure and the wind cause the storm surges that are associated with high-energy waves, surf at the coast and damages to the navigation. In the RS coast, the southwestern winds produce the raising of the mean sea level and are originated by a cyclone on the ocean, an anticyclone on the continent or by the interaction of both, which forms a fetch. The northeaster winds, predominant in this coast, promote negative storm surges; they are intensified by an anticyclone on the ocean or by the interaction of it with a cyclone on the continent. INTRODUÇÃO Além da circulação dos oceanos, existem outros tipos de movimentos do mar mais comuns, que são os movimentos periódicos, chamados ondas e marés. As ondas são produzidas pela ação dos ventos sobre as águas superficiais (Turekian, 1969). As marés, assunto do trabalho aqui apresentado, de acordo com Vieira (1969), são oscilações periódicas da superfície do mar, caracterizadas por sua universalidade e perenidade, devidas a pequenas forças periódicas de atração luni-solar. Os principais ciclos de marés, caracterizados por elevações e abaixamentos do mar, são de origem astronômica, sendo que a Lua desempenha o principal papel (Turekian, 1969). As luas cheias e novas criam marés altas e correntes mais fortes. Segundo Vieira (1942), na costa sul do Brasil verifica-se uma influência acentuada da maré diurna, mas também dos sistemas semi-diurnos do Atlântico Sul (duas marés- alta e duas marés-baixa no decurso de um dia). A costa do Rio Grande do Sul estende-se por cerca de 62km entre Torres e Chuí e é composta por praias arenosas contínuas constituindo uma grande restinga (Calliari et al.,1996, citado em Bedran, 2). Segundo Davies (198), citado em Carneiro (1999), a costa do Rio Grande do Sul é do tipo de micromarés, pois apresenta a amplitude das marés astronômicas inferior a 2m, significando que, nesta área, a costa é dominada por ondas. Apesar da maré astronômica não representar grandes influências para os processos sedimentares da região, o aumento das condições dinâmicas do mar devido a fatores meteorológicos ampliam os efeitos das micromarés na costa do estado (Calliari et al., 1997, citado em Bedran, 2). Diversas causas meteorológicas influem sobre a altura do nível médio do mar: a pressão barométrica, o vento e as cheias dos rios, contribuindo com uma proporção anormal de água doce, no caso de estuários e bacias fechadas (Vieira, 1942). A costa sudeste da América do Sul é afetada por sistemas atmosféricos de escala sinótica e subsinótica, influenciados tanto por fatores associados à circulação de grande escala quanto às circulações locais (Climanálise, 1986). A costa sul do Brasil está sob influência do Anticiclone do Atlântico Sul durante todo o ano (Bedran, 2). A costa Atlântica da parte sul da América do Sul é caracterizada por intensa influência meteorológica sobre o oceano, com freqüentes oscilações de baixa freqüência no nível médio do mar (Stech & Lorenzzetti, 1942; Camargo & Harari, 1994; Castro & Lee, 1995, citados em Camargo & Harari & Caruzzo, 1999). Villwock & Tomazelli (1985), citados em Carneiro (1999), mostram que as marés astronômicas são de pequena amplitude e secundárias em relação às variações de nível associadas à ação dos agentes meteorológicos (vento e pressão atmosférica). Verifica-se, então, a ocorrência da maré meteorológica, definida como a diferença entre a maré observada e a maré astronômica calculada para um determinado local (Pugh, 1987, citado em Caruzzo, 1999). As duas causas da maré meteorológica são as variações da pressão atmosférica e a transferência de momentum pelo vento para superfície do mar. Em geral, os efeitos derivados unicamente da ação da pressão atmosférica são da ordem de 1% do efeito total, sendo o restante devido exclusivamente à tensão de cisalhamento (atrito) do vento na superfície do oceano (Caruzzo,1999). As flutuações de baixa freqüência do nível do mar costeiro entre 3 e 15 dias estão relacionadas aos efeitos locais da pressão atmosférica e da tensão do vento. Estas oscilações na superfície oceânica se propagam até a costa e são denominadas de marés meteorológicas (Truccolo & Franco, 1998). 278

2 Quanto à pressão atmosférica, o efeito deste fator meteorológico na variação do nível do mar é conhecido como barômetro invertido, que consiste em um decréscimo de um centímetro no nível do mar para cada milibar aumentado na pressão atmosférica. No entanto, na prática, o efeito acima raramente ocorre como foi descrito, sendo que as prováveis causas são as respostas dinâmicas de águas rasas da plataforma continental à movimentação do campo de pressão atmosférica (Pugh, 1987, citado em Bedran, 2). O principal fator para a geração da maré meteorológica é a pista de vento, que é o tamanho da área oceânica onde efetivamente ocorre a troca de momento entre o ar e o mar (Caruzzo, 1999). No Rio Grande do Sul, os ventos reinantes de nordeste fazem baixar as águas e os ventos de sudoeste, pelo contrário, elevam-nas (Vieira, 1942). A causa disto é a inclinação da costa do Rio Grande do Sul, que é de NE/SW. A atuação destes ventos é sentida em nossa costa devido ao efeito de Coriolis, que em situações de fortes ventos de sudoeste tende a empilhar água e quando estes são de nordeste, tende a retirar água da costa (Bedran, 2). A pressão atmosférica e a tensão do vento são forçantes associadas com o mesmo mecanismo atmosférico que atua sobre a maré meteorológica: a passagem de sistemas frontais (Truccolo & Franco, 1998). Sabe-se que as marés meteorológicas estão geralmente associadas a uma elevação da energia das ondas, o que pode acarretar em um aumento na erosão costeira em pontos de foco estável de ondas. Nas situações extremas de anomalias positivas do nível médio do mar é comum ocorrer ondas de superfície com grande poder destrutivo, que podem atingir setores mais frágeis da costa, causando significativa destruição ou erosão. Este fenômeno implica também em intrusão de água do mar em locais onde isso normalmente não ocorre, causando grandes inundações (Caruzzo, 1999). A maré meteorológica de uma determinada região tem extrema significância para a população que ali reside, uma vez que afeta portos, pesca e pode causar danos a embarcações e residências próximas ao nível do mar; daí a importância de um estudo sobre estas, pois dessa forma pode-se prevenir e evitar desastres sócio-econômicos nos litorais. MATERIAIS E MÉTODOS Os casos estudados no presente trabalho ocorreram em maio de 1977, entre os dias 12 e 22 (evento positivo) e outubro de 1977, entre os dias 12 e 14 (evento negativo). O monitoramento do nível do mar foi feito através de registros horários de elevação da superfície do mar observados no Porto de Rio Grande (RS), na estação de número 637, localizada em 32 7,6'S e 5 2,6'W. Os dados foram fornecidos pela Ministério da Marinha, Diretoria de Hidrografia e Navegação, Departamento de Documentação, sendo registrados através de um marégrafo, aparelho destinado a registrar automaticamente as variações do nível médio do mar. O nível médio do mar foi obtido através da média aritmética dos valores horários do período de 1/3/1977 à 28/2/1978. Assim, obteve-se a média da série, cujo valor é 151cm. Nos gráficos apresentados neste trabalho atribui-se o valor (zero) à média calculada, podendo-se, assim, verificar variações positivas e negativas em relação à média. A seguir, aplicou-se um filtro com janela de 48 horas à série horária das alturas de maré. Este procedimento permite evidenciar as flutuações positivas e negativas em relação ao nível médio, a partir da remoção de oscilações com períodos inferiores a 2 dias, mantendo-se as variações de longo período. Em todos os procedimentos citados foi utilizado o programa Matlab. Com relação à análise das variáveis atmosféricas, se utilizou os dados meteorológicos de reanálise do Modelo Global do Centro Nacional de Previsão do Tempo (NCEP), cuja resolução espacial é de 21km, no horário das 12TMG (Tempo Médio de Greenwich). A análise dos dados atmosféricos foi realizada com o programa GRADS (Grid Analysis and Display System), através do sistema operacional UNIX. As variáveis usadas foram vetor vento à 1m (componente zonal e meridional), divergência do vento em 1mb, vorticidade relativa em 5mb. O vento analisado foi o de maior intensidade situado próximo ao litoral, uma vez que a influência deste na costa é provavelmente a mais efetiva. A vorticidade relativa, bem como a divergência do vento, foram analisadas no ciclone, quando da presença do mesmo sobre o oceano. No hemisfério Sul, quanto mais negativa a vorticidade, mais ciclônico é o movimento. Estas duas variáveis servem para que se possa analisar a intensidade do giro ciclônico, bem como os ventos associados a ele. A pista de vento foi calculada com base na relação de 1 para 11km, tanto para latitude quanto para longitude, sendo que na latitude esta é uma relação média. No caso positivo são analisados ciclones sobre o oceano e anticiclones sobre o continente e no negativo, ciclones sobre o continente e anticiclones sobre o oceano, salvo algumas exceções, que são devidamente mostradas. 2781

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Pelos gráficos apresentados neste trabalho, nota-se que todas as variações de pequena escala, as quais correspondem a maré astronômica e outras possíveis interferências no nível médio do mar, são eliminadas com o filtro de 48h, podendo-se assim analisar apenas a ação da maré meteorológica, cujos períodos de duração são maiores que 2 dias. A figura 1 mostra as variações de maré do mês de maio de 1977, com a curva dos dados filtrados e não filtrados e a figura 2 representa o mesmo mês, mas somente com a curva dos dados filtrados. 22 Rio Grande - Maio Dados filtrados e não filtrados 6 Rio Grande - Maio Dados filtrados Figura 1 Figura 2 O mês de maio de 1977 tem seu máximo de elevação em 56cm acima da média, ocorrido no dia 17. O nível do mar, para o mês em questão, mostra uma variação negativa máxima no dia 3, de -13cm. As flutuações positivas do nível médio do mar possuem um período médio de 7,7 dias, tendo a maré mais forte apresentado duração de 14 dias. Os dados atmosféricos para o mês de maio estão expressos na tabela abaixo, onde: A = dias do evento; B = componente zonal do vento à 1m (m/s); C = componente meridional do vento à 1m (m/s); D = vento máximo associado à 1m (m/s); E = localização da pista de vento; F = extensão da pista de vento (km); G = divergência do vento em 1mb (x1 5 s 1 ); H = vorticidade relativa em 5mb (x1 5 s 1 ); I = localização do ciclone; J = localização do Anticiclone. A B C D E F G H I J 12 3 W 3 S 3 SW Cavado entre 5 W - 35 W 6 W - 5 W 35 S - 3 S W 12 S 15 SW 65 W - 55 W 1555,6-2,5 no -7 no Cavado entre S - 4 S 55 W - 45 W 6 S - 45 S W 1 S 17 SW 65 W - 5 W 55 S - 3 S W - 35 W 6 S - 45 S 55 W 2 S 15 9 W 18 S 19 SW 65 W - 5 W W - 25 W S - 35 S 6 S - 45 S W 15 S 17 SW 65 W - 45 W 5 S - 3 S 3111, W - 25 W 6 S - 5 S 7 W - 65 W 35 S - 3 S 17 6 W 9 S 1 SW 65 W - 6 W 55 S - 45 S 2267, W - 55 W 35 S - 25 S W 1 S 11 SW 65 W - 6 W 55 S - 4 S 1739, W - 5 W 35 S - 25 S W 5 S 18 SW 65 W - 6 W 55 S - 45 S 2 8 W 1 S 13 SW 55 W - 5 W W 1 S 15 SW 65 W - 5 W 1229,8-4 no 777,8-2 no -4 no Cavado entre 65 W - 5 W 6 S - 5 S -5 no Cavado entre 5 W - 35 W 6 S - 35 S 1739, W - 2 W 35 S - 2 S 5 W - 45 W 3 S - 2 S W - 6 W 22 6 W 3 S 7 SW 65 W - 45 W 55 S - 4ºS (praticamente de oeste) no -7 no Cavado entre 5 W - 3 W 6 S - 3 S 65 W - 6 W, 4 S - 3 S; 55 W - 45 W, 3 S - 25 S 2782

4 Neste mês, durante o evento positivo analisado, entre os dias 12 e 22, a componente zonal do vento varia entre 3m/s e 15m/s oeste. A componente meridional do vento varia de 3m/s a 18m/s de sul. A intensidade do vento máximo associado ao evento varia de 3m/s a 19m/s de quadrante sudoeste. No dia em que ocorreu a máxima elevação do nível do mar o vento é de 1m/s sudoeste. No primeiro dia do evento de maio não há pista de vento. Nos demais dias, a pista de vento varia sua localização entre 65 W - 45 W e 6 S - 3 S. A divergência do vento na superfície de 1mb varia entre -2x1 5 e -5x1 5 s 1. A vorticidade relativa em 5mb está entre -2x1 5 e -7x1 5 s 1. No primeiro dia do evento tem-se apenas um, que após dois dias origina um ciclone, o qual persiste até um dia antes da máxima elevação do nível do mar. No dia 17, quando ocorre a máxima elevação do nível do mar, há um Anticiclone sobre o continente. No dia 22 há dois Anticiclones sobre o continente. Nota-se também que a elevação do nível do mar observada nos gráficos, entre os dias 23 e 25, representa na verdade o tempo de retorno ao nível médio, mas ainda ocorrem ventos de oeste. Os gráficos 1 e 2 representam o campo de ventos para os dias 14 e 15 respectivamente, às 12TMG. Vê-se claramente a presença de pista de vento com ventos de quadrante sudoeste. Gráfico 1 Gráfico 2 O mês de outubro de 1977 está representado nas figuras 3 e 4, sendo que a primeira mostra a curva dos dados filtrados e não filtrados e a segunda, somente a curva dos dados filtrados. Observa-se um aumento máximo do nível do mar de 1cm, no dia 9, e uma diminuição máxima de -5cm, ocorrida no dia 12. A curva deste mês apresenta-se quase inteiramente abaixo da média, com apenas uma elevação, a qual teve duração de 4 dias. 2783

5 22 Rio Grande - Outubro Dados filtrados e não filtrados 6 Rio Grande - Outubro Dados filtrados Figura 3 Figura 4 A tabela a seguir apresenta os dados analisados referentes ao evento negativo do mês de outubro de 1977 analisado neste trabalho, entre os dias 12 e 14, onde: A = dias do evento; B = componente zonal do vento à 1m (m/s); C = componente meridional do vento à 1m (m/s); D = vento máximo associado à 1m (m/s); E = localização da pista de vento; F = extensão da pista de vento (km); G = divergência do vento em 1mb (x1 5 s 1 ); H = vorticidade relativa em 5mb (x1 5 s 1 ); I = localização do ciclone; J = localização do Anticiclone. A B C D E F G H I J N W - 4 W sobre o oceano 13 9 E 5 N 1 NE Convergência em 65 W, 38 S 14 9 E 12 N 13 NE 5 W - 45 W 35 S - 25 S 1229, Convergência em 3 S, 64 W 55 W - 4 W 45 S - 35 S sobre o oceano 4 W - 25 W 45 S - 3 S sobre o oceano No evento negativo deste mês, no primeiro dia, não ocorrem ventos de leste e no segundo e no último dia deste evento a referida componente tem intensidade de 9m/s leste. A componente meridional varia de 5m/s a 12m/s norte. O vento máximo associado é de 1m/s norte a 13m/s nordeste, que ocorre no último dia do evento, quando uma pista de vento está presente. Nota-se que durante os três dias de diminuição do nível do mar ocorre um Anticiclone sobre o oceano. É importante salientar que no primeiro dia do evento (dia 12), na costa do Rio Grande do Sul o vento era de sudoeste. Afastado da costa, em torno do litoral de Santa Catarina, inicia a formação de uma pista de vento, com ventos de componente leste e norte; o mesmo ocorre no dia 13. Observa-se que no último dia do evento forma-se uma pista de vento, ocorrendo ventos de nordeste na costa do Rio Grande do Sul. Além disso, esta maré meteorológica negativa ocorre logo após uma subida do nível do mar, como observado na figura 4, sugerindo um atraso entre os dados de marégrafo e os dados do Modelo Global. O gráfico abaixo representa o campo de ventos referente ao dia 14 do mês de outubro, às 12TMG. 2784

6 Segue-se uma breve discussão dos resultados, bem como uma comparação com os de outros autores. Nota-se que no caso positivo de maio de 1977 há uma pista de vento durante quase todo o período da maré meteorológica, resultando numa elevação bem significativa. Além disso, os ventos máximos associados são intensos e a presença de ciclone sobre o oceano e Anticiclone sobre o continente é freqüente neste mês. De acordo com Sinclair, citado em Carneiro (1999), a maior taxa de intensificação dos ciclones ocorre em torno de 35 S - 4 S, o que parece estar relacionado ao forte gradiente de temperatura da superfície do mar (TSM). Isto também é observado nos eventos analisados neste trabalho. Bedran e Saraiva (2) analisaram 2 eventos de marés meteorológicas (do inglês storm surges ) no período de abril de 1997 à julho de 1999 e observaram que os ventos mais intensos associados a estes eventos, junto à costa sudoeste do Atlântico Sul, variam entre 16 e 24m/s nas direções sudoeste, sul e sudeste, sendo que em 85% dos casos o vento sudoeste influenciou o fenômeno. Observaram também que a componente meridional do vento apresentou valores maiores que a zonal, antes e durante o fenômeno. Carneiro (1999) também observou que o vento predominante associado aos ciclones junto ao litoral era de quadrante sudoeste e que existiu um predomínio da componente meridional do vento junto ao ciclone. Estes resultados são similares aos do presente trabalho. Cabe ressaltar ainda que as maiores intensidades de vento ocorrem após os picos de diminuição e aumento do nível do mar, sugerindo um possível atraso no Modelo Atmosférico Global utilizado neste trabalho, o que também foi observado por Bedran (2), porém esta utilizou o Modelo Atmosférico Global Brasileiro. Em 8% dos eventos estudados por Bedran e Saraiva houve a formação de uma pista de vento devido à interação de um ciclone extratropical sobre o mar e um Anticiclone sobre o continente. Dos 15 eventos analisados por Carneiro (1999), 9 deles, ou seja, 6% formaram pista de vento (do inglês fetch ). A presença de um Anticiclone sobre o continente e ciclone sobre o mar formando pista de vento também é observada no evento positivo de maio de 1977, sendo de grande extensão e provocando uma elevação do nível do mar bem significativa. No caso de diminuição do nível do mar a pista de vento ocorre apenas no último dia de evento. Além disso, os valores de vorticidade encontrados são menos intensos quando comparados àqueles dos trabalhos de Bedran (2) e Carneiro (1999), ao quais utilizaram dados do Modelo Global Brasileiro, e não dados de reanálise. CONCLUSÃO O mês de maio de 1977 analisado neste trabalho apresenta máxima elevação de 56cm e variação negativa máxima de 13cm. No mês de outubro de 1977 o máximo aumento do nível do mar é de 1cm e a diminuição máxima é de 5cm. O maior vento associado aos eventos analisados é de 19m/s de quadrante sudoeste no caso de maré meteorológica positiva em maio de 1977 e 13m/s nordeste no evento negativo de outubro de A vorticidade relativa em 5mb mais significativa é de -7x1 5 em um no evento positivo de maio de A menor divergência em 1mb encontrada é de -5x1 5 e ocorre em um no evento positivo de maio de Comparando-se evento positivo e negativo percebe-se que o negativo é provocado por ventos de menor intensidade do que o positivo, além de formar pista de vento com menor freqüência e de menor tamanho meridional. Outro aspecto observado é que o caso positivo tem maior período. Nota-se também que o vento predominante junto ao litoral do Rio Grande do Sul com a passagem de ciclones marítimos é de quadrante sudoeste. O vento nordeste, que condiciona os eventos negativos, é considerado o principal vento que atua no estado, e pode ser intensificado por um Anticiclone no mar ou pela sua ação em conjunto com um ciclone no continente, gerando ventos que retiram água da costa, devido ao transporte de Ekman. A pista de vento ocorre com maior significância no evento positivo de maio de Dependendo da direção, intensidade, tempo de atuação e largura da pista de vento tem-se, então, diferentes efeitos na maré na costa do Rio Grande do Sul, devido a sua inclinação que é de NE/SW. Além disso, a costa do Rio Grande do Sul possui uma configuração praticamente retilínea, que lhe confere, dentro dos aspectos dinâmicos, um caráter bem aberto e exposto à ação de ondas de energia média a elevada (Tomazelli & Villwock, 1992, citado em Bedran, 2). Vê-se então que os ventos são os principais responsáveis pela dinâmica costeira, pois além de serem a causa das ondas e correntes litorâneas que modelam as zonas costeiras, também promovem o transporte eólico da areia seca da praia para as dunas e destas para as zonas mais interiores (Nimer,199, citado em Thompson, 1999). Também são eles os principais responsáveis pelas marés meteorológicas, que geram ressacas na costa e causam prejuízos à toda população. 2785

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BEDRAN, C. Marés Meteorológicas no Balneário Cassino: verificação e análise de seus processos atmosféricos condicionantes, no período de janeiro a julho de Rio Grande, 2 85p. Monografia de Graduação, Fundação Universidade Federal do Rio Grande. BEDRAN, C., CARNEIRO C. T., SARAIVA, J. Monitoramento de storm surge na costa sul do Rio Grande do Sul. Trabalho submetido ao Simpósio Brasileiro sobre Praias Arenosas: Morfodinâmica, Ecologia, Usos, Riscos e Gestão, 2, Itajaí. CAMARGO, R., HARARI, J., CARUZZO, A. Basic Statistics of Storm Surges Over the South-Western Atlantic. Afro-America Gloss news, v.3, n.2, p S. Paulo, CARNEIRO, C. T. Monitoramento de ciclones extratropicais no Oceano Atlântico Sudoeste. Rio Grande, p. Monografia de Graduação, Fundação Universidade do Rio Grande. CARUZZO, A. Influências Sinóticas no Atlântico Sudoeste: Atualização dos Eventos Significativos e Determinação das Condições Atmosféricas Típicas. São Paulo, p. Relatório de Iniciação Científica, Instituto Astronômico e Geofísico, Universidade de São Paulo. CLIMANÁLISE. Revista Brasileira de Meteorologia Número especial. INPE, HARARI, J., CAMARGO, R. Tides and sea mean level variabilities in Santos (SP), 1944 to São Paulo, p. Relatório Interno do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo. TRUCCOLO, E.C., FRANCO, D. Marés meteorológicas e a tensão do vento local em São Francisco do Sul, SC. In: XI SEMANA NACIONAL DE OCEANOGRAFIA, 1998, Rio Grande. Resumos expandidos. Anais... FURG, TUREKIAN, K. Oceano. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda 1969, 151 p., VIEIRA, J. As marés; Observação, estudo e previsão no Brasil. Porto Alegre: Globo, p. 2786