dinâmica dos oceanos importante.pdf

Introduo a Oceanografia GEO232Mdulo 3

Oceanografia Fsica

1 semestre2007

Carlos [email protected]

Aula 3 CirculaoOcenica e Massas dgua

Sumrio

Introduo

Circulao na superfcie dos oceanos

Propriedades fsicas da gua do mar

As massas de gua e a circulao termohalina

Consideraes finais

Introduo

O que a Oceanografia Fsica? o estudo do movimento dos fluidos nos oceanos. O seu objetivo o entendimento destes processos nas vrias escalas espaciais e temporais, a simulao destes processos e se possvel, a previso destes processos.

Quais as variveis estudadas?Estuda a distribuio das propriedades fsicas da gua do mar (S, T, P, ) e a sua relao comcom a circulao (U, V, W e )

O que uma corrente e quais os seus mecanismos geradores?

O que uma massa de gua?

Introduo

Uma corrente caracterizada por um fluxo de gua no oceano que apresenta uma distribuio coerente em termos de mdias temporais

A importncia de uma corrente avaliada pelo seu transporte (tanto de volume como de calor) e pela variabilidade dos mesmos

As correntes ocenicas tem uma contribuio extremamente relevante no transporte de calor para os plos (principalmente em latitudes mdias)

O estudo da circulao ocenica pode ocorrer atravs de observaes in situ (navios, bias, instrumentos fundeados, satlites, derivadores), modelos analticos e modelos numricos

Introduo

O campo de ventos para a terra sem rotao:

Circulao Atmosfrica

Circulao Atmosfrica

Fora de Coriolis

HN: deflete para a direita HS: deflete para a esquerda

A terra gira!!! Aparecimento fora aparente: a Fora de Coriolis

Filmes!

Fora de Coriolis

Consequncias da Fora de Coriolis

9 Fluidos em movimento (atmosfera e oceano) defletem para a direita no Hemisfrio Norte;

9 Fluidos em movimento (atmosfera e oceano) defletem para a esquerda no Hemisfrio Sul;

Circulao Ocenica

As correntes ocenicas so geradas por dois mecanismos:

Circulao termo-halina.

Circulao gerada pela vento;

Circulao Ocenica


Circulao gerada pela vento:- associada ao padres de distribuio de ventos globais que formam os giros ocenicos em escalas de bacias

Circulao termo-halina:- diferenas de densidade geradas por trocas de calor (aquecimento, resfriamento) e ou gua doce (evaporao, precipitao) entre a atmosfera e o oceano

9 Ventos estacionrios produzem ondas e colocam o oceano em movimento;

9 Parcela de gua em movimento defletida para a direita(esquerda) no Hemisfrio Norte (Sul);

9 Com isso iniciamos o movimento do giro principal dasguas de superfcie do oceano

Circulao Ocenica gerada pelo Vento

Circulao gerada pela vento:


9 Em mdia concentram-se nos primeiros 1000-m da coluna dgua;

9 Correspondem a 10-20% do volume de gua dos oceanos;

9 As correntes ocenicas tm um papel importante na redistribuio de calor;



9 O calor armazenado transportado em direo aos plos;

9 Variao sazonal at escalas climticas;9 Escalas de bacia (L ~ 5000 km; Pacfico ~ 12000 km).


1 Sverdrup = 106 m3/s (Sv)


9 Cinco (5) grandes giros;9 Corrente Circumpolar Antrtica (CCA);9 Sistema de Contra-Correntes Equatoriais;9 Velocidades variam mais intensas so da ordem de

metros/segundo

Principais feies:


Corrente Quente Corrente Fria

1

23

4

5

CCA CCA

Circulao gerada pelo vento:Os grandes Giros Ocenicos


temperatura da superfciedo mar (0C)

salinidade da superfciedo mar

Miami Isopynic Coordinate Ocean Model (MICOM)

Correntes Ocenicas

1. Ventos

2. Os fluxos entre o oceano e a atmosfera:

Fluxos de calor (balano de radiao, trocas de calor latente e calor sensvel)

Fluxo de gua doce (precipitao e evaporao)

O efeito dos fluxos no oceano:

Resfriamento e evaporao densidade aumentaAquecimento e precipitao densidade diminui

Correntes Ocenicas so influenciadas por:

Correntes Ocenicas

9 Cisalhamento do vento induz a gerao de correntesa direita (esquerda) do vento no Hemisfrio Norte (Sul)

Correntes Ocenicas

Combinao dessas foras faz com que exista uma circulao horria Atlntico Norte e anti-horria no Atlntico Sul, p.ex.

Correntes Ocenicas

Balano ou Equilbrio Geostrfico

VelG

FGPFC

HS

FC FGP

VelG

HN(HN)Empilhamento gua

Corrente GeostrficaFGPH

FC

Corrente Superfcie

xPfv =

1yPfu =

1

O balano geostrfico:

Ocorre amplamente no interior do oceano e da atmosfera representado pelo equilbrio entre a Fora do Gradiente de Presso e a Fora de Coriolis

um equilbrio estacionrio

A presso em um ponto no interior do oceano funo do peso de gua acima deste, que funo da densidade (S,T,P) e da altura da coluna dgua


Em um fluxo geostrfico, a gua (ar) move-se ao longo de isbaras, com a alta presso sua esquerda no HS e sua direita no HN


Circulao na Troposfera Ocenica

Stress Turbulento

(importante)

Stress Turbulento

(no-importante)

Rotacional do Cisalhamento do Vento

Interior Geostrfico

superfcie

base da termoclina

permanente

t

r

o

p

o

s

f

e

r

a

o

c

e

n

i

c

a

Teoria de Ekman (1905)

9 V + FA + FC = 0

V = Cisalhamento do ventoFA = Frico (Atrito)FC = Fora de Coriolis

vento velocidadeiceberg

fora deCoriolisatrito

FAFC

V

Observaes de Nansen (1898)

Adaptado de Stewart (2002)

9 Correntes so observadas nas primeira dezenas de metros. So chamadas de Correntes de Ekman

Approx. 30 m

Teoria de Ekman Espiral Ekman

HN

Adaptado de Brown et al (1995)

vento

V0

HN

transportede Ekman

450

900


HN

Adaptado de Brown et al (1995)

vento

V0

HN

transportede Ekman

450

900

vento

V0

HS

transportede Ekman

450

900


Teoria de Ekman Transporte

Fonte: Stewart (2002)

ressurgncia

subsidncia

400N

200N

Ventode Leste

Ventode Oeste

V

e

n

t

o

s

A

l

s

i

o

s

Empilhamento de gua no centro Giro Subtropical

W

e

s

t

e

r

l

i

e

s

Transportede Ekman

Ventos

Acmulode gua

Teoria de Ekman Transporte

9 O efeito lquido do transporte de Ekman produzir uma reade alta presso, i.e., um empilhamento de guas relativamentequentes no centro do giro subtropical;

9 O balao abaixo da Camada de Ekman envolve o equilbrioentre a Fora do Gradiente de Presso e a rotao da Terra (Fora de Coriolis) = Balano Geostrfico.

Transporte Ekman e Geostrofia

Corrente Quente Corrente Fria

1

23

4

5

CCA CCA


adaptado de Brown et al (1995)

Dinmica Equatorial

Circulao superficial:(forada pelo vento e restrita a camada de mistura e topo da termoclina )

Zona de convergncia inter-tropical no exatamente no Equador 3 convergncias 2 divergncias empilhamento de gua na parte oeste do oceano

Transporte de Ekman e ressurgncia equatorial

Parcela de gua Conservao de Volume

Equao da Continuidade

d

i

v

e

r

g

n

c

i

a

adaptado de Brown et al (1995)

Fgp FcorFgpFcor

HN HS

Dinmica Equatorial

Transporte de Ekman e ressurgncia costeira

Hemisfrio Norte: transporte a 900 e a direita da direo do vento

Hemisfrio Sul: transporte a 900 e a esquerda da direo do vento

Cortesia: M. Kampel (INPE-SJC)

Ressurgncia

Vrticesciclnicos

(ncleo frio)

Frente trmica daCorrente do Brasil

CaboFrio (RJ)

Teoria de Ekman RessurgnciaExemplo costa brasileira

Teoria de Ekman - Ressurgncia


Circulao gerada pela vento:- associada ao padres de distribuio de ventos globais que formam os giros ocenicos em escalas de bacias

Circulao termo-halina:- processos relacionados as trocas de calor (aquecimento, resfriamento) e ou gua doce (evaporao, precipitao)

Circulao Ocenica

Correntes Rasas e Quentes

Correntes Frias, Fundas e mais salinas

reas Formao de Massas dgua

Circulao Termo-Halina

9 Correspondem a 80-90% do volume de gua dos oceanos;

9 As massas de gua deslocam-se atravs das bacias ocenicas devido a gradientes de densidade e gravidade;

9 A diferena de densidade (gradiente de densidade) obtido em funo das diferenas em temperatura, salinidade e presso;


Circulao termohalina:

9 Nas regies de altas latitudes, as massas dgua perdem calor para a atmosfera e afundam devido ao aumento de densidade;

9 Variaes em escalas climticas;9 Escala global.


Circulao termohalina:

Perfil Esquemtico Vertical do Oceano

contato com a atmosfera contato com a atmosfera

Ventilao da Termoclina

um corpo de gua com uma histria de formao comum e que tem sua origem em uma regio especfica do oceano. Massas de gua so entidades fsicas que possuem um volume mensurvel, ocupando uma parcela finita no oceano. Na sua regio de formao, elas ocupam uma parcela exclusiva de uma determinada parte do oceano. Em outras regies, elas dividem o oceano com outras massas de gua, com as quais se misturam. O volume total de uma massa de gua dado pela soma de todos os seus elementos, independente da sua localizao.

Massas de gua

Massas de gua

A maioria das trocas de calor e gua doce entre o oceano e a atmosfera ocorrem na camada superficial dos oceanos (at 150 m)

Quando uma parcela de gua removida da camada superficial, sua temperatura e salinidade permanecem inalterados at que a mesma retorne a superfcie

No entanto, estes movimentos so lentos e a medio direta destes deslocamentos difcil

O diagrama TS (O exemplo do Atlntico Sul)

gua Superficial(at 200 m)

gua Central(termoclina)

gua Intermediria

gua Profunda

gua de Fundo

Massas de gua

Circulao e Massas dgua nas regies S e SE do Brasil

Fonte: Godoi (2005)

gua Tropical (AT) gua Central do Atlntico Sul (ACAS)

gua Intermediria Antrtica (AIA)

gua Profunda do Atlntico Norte (APAN)

Hidrologia e Massas de gua

Diagrama esquemtico das massas de gua segundo Sverdrup et al (1942)

Seo meridional atravs de um oceano hipottico, mostrando as termoclinas permanente, sazonal e tropical, as zonal de convergncia/divergncia e as massas de gua. A importncia dos trpicos no apresentada aqui porque o grfico no apresenta a convergncia dos meridianos em direo aos plos.

As principais massas de gua nos 3 oceanos:

extraido de Tomczak (1996)

Massas de gua

gua Profunda do Atlntico Norte

A circulao termohalina descrita por Gordon (1986). As setas verdes representam o fluxo de NADW e AAIW. As setas vermelhas representam o fluxo da gua Central, que ocupa a termoclina.

http://www.cru.uea.ac.uk/cru/info/thc/



1. Corrente do Golfo (e sua extenso, a Corrente do Atlntico Norte) carregam guas quentes e salinas para o Atlntico NE, aquecendo o oeste da Europa;

2. Parcela de gua se resfria, misturando-se com guas frias oriundas do Oceano rtico, tornando-se mais densa que afunda ao sul e a leste da Groenlndia;

3. Se diminuirmos a escala da figura (zooming out), veremos que esta corrente parte de um grande sistema, conectando o Atlntico Norte ...

4. .... O Atlntico Tropical ...


5. .... O Atlntico Sul ...

6. ... os Oceanos ndico e Pacfico ...

7. ... E o Oceano Austral. Afundamento de outras massas dgua com elevada densidade ocorre nas proximidades daAntrtica.

8. Se olharmos abaixo da superfcie, massas de gua de 2 fontes afundam e se espalham em sub-superfcie ...

9. ... atingindo praticamente todas as outras bacias ocenicas em profundidades superiores a 1000-m ...



10. guas frias, densas gradualmente se aquecem e retornam a superfcie (profundidades inferiores a 1000-m);

11. As correntes de superfcie e sub-superfcie, as regies desubsidncia (afundamento) e as regies de retorno de massas dgua formam um circuito fechado chamado de Circulao Termohalina (Global Termohaline Conveyor Belt)



http://www.cru.uea.ac.uk/cru/info/thc/


Consideraes finais

9 A distribuio de T, S e varia tanto em latitude como em longitude e distinta nos 3 oceanos

9 A circulao gerada pelo vento (principalmente associada aos giros subtropicais), apresenta uma forte simetria entre o HN e HS

9 A circulao envolvendo os 1000 m do oceano mais rpida, ocorre em escalas de bacias e medidas diretas podem ser usadas para a sua avaliao

9 A circulao termohalina lenta, ocorre em escala global e geralmente estudada atravs do conceito de massas de gua

Referncias Bibliogrficas

Glossary of Meteorology (AMS Glossary):9 http://amsglossary.allenpress.com/glossary

Introduction to Physical Oceanography:9 http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/contents.html

Referncias Bibliogrficas

American Meteorological Society. Online Ocean Studies, 2005, Boston, MA, EUA. 404 pp.

Harold V. Thurman. Essentials of Oceanography (5th edition), 1996, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, EUA. 399 pp.

Mdulo 3: Oceanogr. Fsica:

Circulao Ocenica:9www.ufba.br/~clentini/GEO232/

Merci!!!

Aula 3:

MMddiiaa PPrreevviissiibbiilliiddaaddee

Baixa Previsibilidade

AAllttaa PPrreevviissiibbiilliiddaaddee

PPrreevviissoo CClliimmttiiccaa

Exemplo da alta disperso e dificuldadeem se prever o clima (precipitao) paraa regio SE do Brasil com um Modelode Circulao Global Atmosfrico (MCGA).

jul 06 aug sep oct nov dec jan07



Limitaes e conhecimentos das Previses

Regies que tem uma forte conexo com os oceanostropicais a previso sazonal funciona melhor. Tanto com modelos estatsticos quanto dinmicosEx: Norte e NEB,

Sul do Brasil,Nordeste da Argentina

Regies que no tem uma forte conexo com os oceanos a previso sazonal ainda um grande desafio.Ex: Sudeste do Brasil

Papel do ATL Sudoeste no Clima do Brasil ainda umaquesto controversa! Tem impactos, porm no so claroscomo o ATL e PAC Tropical (El Nio, La Nia, Dipolo do ATL)

SumrioIntroduoCirculao AtmosfricaFora de CoriolisFora de CoriolisConsequncias da Fora de CoriolisCirculao OcenicaCirculao Ocenica1 Sverdrup = 106 m3/s (Sv)Correntes OcenicasBalano ou Equilbrio GeostrficoBalano ou Equilbrio GeostrficoBalano ou Equilbrio GeostrficoCirculao na Troposfera OcenicaTeoria de Ekman (1905)Teoria de Ekman Espiral EkmanTeoria de Ekman Espiral EkmanTeoria de Ekman - RessurgnciaCirculao OcenicaCirculao Termo-HalinaCirculao Termo-HalinaCirculao Termo-HalinaMassas de guaConsideraes finaisReferncias BibliogrficasReferncias BibliogrficasMdulo 3: Oceanogr. Fsica:

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