We use hydrographic and direct velocity observations from two quasi-synoptic cruises in conjunction with a primitive equation linear instability model, to investigate the Brazil Current (BC) downstream change effect between 23°S-30°S on the temporal mixed instabilities properties. The quasi-synoptic data revealed that the BC is ∼400-500 m deep to the north of the so-called Santos Bifurcation (26°S-28°S) and extends down to 1000 m to the south of it. We estimated that the BC receives at least 7 Sv from the Santos Bifurcation, which drastically alters the BC\'s velocity vertical structure and meanders characteristics as it flows poleward. Based on direct velocity measurements, we computed the mixed-instability properties at three different latitudes (24°S, 26°S and 30°S). The instability analysis revealed unstable current systems to mesoscale perturbations with maximum growth rates of 0.12, 0.19 and 0.06 day-1 at 24°S, 26°S and 30°S respectively. The corresponding downstream phase speeds are -0.19, -0.24 and -0.26 m s-1. The analysis of the mean-to-eddy energy conversion terms show that the barotropic instability drains 60-90% less energy from the background state than the baroclinic instability. Nevertheless, the maximum growth rates are at least the double in magnitude when both instabilities occur simultaneously. The topography presents a stabilizing effect for both kind of instabilities along all the BC path. At the vicinities of the Cape Santa Marta (28°S), we explored the the recurrent cyclonic meanders of the BC. Combining a wide range of observations, we provided a overview of such features and the relations between its velocity patterns, the water properties (temperature, salinity, nutrients), chlorophyll-a distribution and the BC variability. The top-bottom quasi-synoptic velocity measurements depicted cyclonic meanders over the continental slope with diameters larger than 100 km and vertically extending to approximately 1500 m depth. Moreover, the observed eddies seems to trap and recirculate a small portion (∼1.5 to 4 Sv) of the BC main flow (-13.16 to -17.89 Sv), which is consisted of Tropical Water (TW), South Atlantic Central Water (SACW), Antarctic Intermediate Water (AAIW) and Upper Circumpolar Deep Water (UCDW). Additionally, we presented observational evidence that the meanders actively influence the transport of nutrient-rich shelf waters to the open ocean enhancing the primary productivity at the photic zone over the continental slope. Satellite imagery show that these cyclonic events occur 5-6 times per year and are generally associated with wave-like perturbations on the flow with mean wavelength of ∼219 km. Finally, Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis computed from an array of mooring lines show that more than half of the along-isobath velocity variance on the continental slope is explained by the BC mesoscale activity. / As propriedades de instabilidade temporal mista da Corrente do Brasil (CB), entre 23°S-30°S, foram investigadas combinando dados hidrográficos e medições diretas de velocide com modelagem numérica. As observações revelaram uma CB com ∼400-500 m de profundidade ao norte da Bifurcação de Santos (26°S-28°S). Em contrapartida, a CB ao sul da bifurcação se mostrou muito mais profunda (> 1000 m) devido ao aporte de aproximadamente 7 Sv de águas em profundidades intermediárias (∼500-1500 m) oriundas do ramo sul da Bifurcação de Santos. Baseado-se nas observações, experimentos numéricos foram conduzidos em três latitudes (24°S, 26°S and 30°S), com o intuito de se estudar as propriedades da instabilidade geofísica da CB. Tais experimentos mostraram que o sistema de correntes é instável para perturbações de mesoescala com taxas de crescimento máximas de 0,12, 0,19 and 0,06 dia-1 nas latitudes de 24°S, 26°S and 30°S, respectivamente. A análise das taxas de transferências de energia das correntes médias para as pertubações revelou que a instabilidade barotrópica é de 60 a 90% menor que a instabilidade baroclínica. No entanto observou-se que as propriedades das instabilidades da BC são altamente sensíveis à presença de instabilidade barotrópica. A topografia demonstrou possuir um efeito estabilizador ao longo de toda trajetória da CB. Ao largo do Cabo de Santa Marta (28°S) os meandros ciclônicos da CB tiveram suas características exploradas do ponto de vista observacional. Combinando uma grande variedade de observações, foi obtido uma visão geral de tais feições, assim como as relações entre seus padrões de velocidade, propriedades da água do mar (temperatura, salinidade, nutrientes), distribuição de clorofila A e a variabilidade da BC. As observações quasi-sinóticas de velocidade em toda a coluna mostraram que os meandros possuem diâmetro superiores à 100 km e extensão vertical de aproximadamente 1500 m. Desta forma, observou-se feições que recirculam uma pequena parte (∼1.5 à 4 Sv) do eixo principal da CB (-13.16 à -17.8 Sv) composta por Água Tropical, Água Central do Atlântico Sul, Água Intermediária Antártica e Água Circumpolar Superior. Além disso, evidências de que tais meandros influenciam ativamente no transporte de águas da Plataforma Continental, ricas em nutrientes, para regiões profundas do Talude Continental foram encontradas. A análise de imagens de satelitárias indicaram que essas feições são efetivamente recorrentes na região e ocorrrem entre 5 a 6 vezes por ano. Para concluir, registros correntográficos indicaram que aproximadamente metade da variância da componente da velocidade ao logo das isóbatas, sobre o talude continental, é devido à atividade de mesoescala da CB.

Esta tese apresenta o registro de variações paleoceanográficas na superfície e em oceano profundo na porção oeste do Atlântico Sul, através de evidências de nanoplâncton calcário, durante os últimos 200.000 anos. Os principais parâmetros avaliados foram relativos à paleoprodutividade primária, através de estimativas de abundância e taxa de acumulação do nanoplâncton calcário, índices paleoceanográficos de produtividade, variação de carbonato de cálcio, contribuição relativa das espécies de nanoplâncton para o carbonato de cálcio total e análises de dados geoquímicos complementares. Os dados derivam de três testemunhos coletados na Bacia de Santos entre 1900 e 2200 metros de profundidade. Os resultados demonstram que as mudanças paleoceanográficas observadas no período analisado devem estar relacionadas, concomitantemente, a variações na dinâmica do oceano na camada superficial e em oceano profundo. As evidências de paleoprodutividade primária e a subsequente deposição do nanoplâncton calcário apontam que ambas são dependentes de condições favoráveis em superfície e no fundo, respectivamente. Estas condições ocorreram durante o período de aquecimento das águas superficiais no oeste do Atlântico Sul e a retração de águas profundas de origem sul devido à intensificação da célula de revolvimento meridional do Atlântico. Os últimos 200.000 anos foram divididos em sete intervalos definidos pela variação de paleoprodutividade primária com base no registro de nanoplâncton calcário. / This thesis presents a view of the paleoceanographic changes that occurred in the surface and deep ocean in the western South Atlantic by means of calcareous nannoplankton during the last 200,000 years. Data was obtained from three sediment cores collected in the Santos Basin between 1900 and 2200 meters water depth. Estimates of primary paleoproductivity from calcareous nannoplankton abundance and accumulation rates, paleoproductivity proxies calcium carbonate content, the relative contribution of nannoplankton species to total calcium carbonate and complementary geochemical data analyzes were performed. The results demonstrate that paleoceanographic changes observed in the analyzed period may be related to changes in ocean dynamics at surface and deep ocean. Primary paleoproductivity record and the subsequent calcareous nannoplankton deposition indicate that these are dependent on surface and bottom conditions, respectively. These conditions were recorded during sea surface temperature warming in the western South Atlantic and retraction of southern-sourced deep waters due to strengthening of the Atlantic meridional overturning circulation. The last 200,000 years were divided into seven intervals defined by the changes in primary paleoproductivity record of calcareous nannoplankton.

Um modelo paramétrico regional tridimensional da Corrente do Brasil (CB) foi construído com o objetivo de investigar se o meandramento frontal da CB domina a variabilidade subinercial na Bacia de Campos. A parametrização da CB normal à costa seguiu a formulação proposta por Schmidt et al. [2007]. Os parâmetros da CB foram estimados a partir dos perfis de velocidade quase-sinóticos durante a amostragem do cruzeiro OCEANO SUDESTE II (OCSEII) da Marinha do Brasil. A frente térmica costeira (FTC), facilmente detectado na superfície do mar por imagens de satélite, é tida como a fronteira costeira do CB com velocidades desprezíveis. A FTC padrão é, então, inferida pelo método do gradiente máximo em uma data escolhida. Com a localização da FTC, várias radiais são projetadas normalmente à frente e os perfis de velocidades da CB são ajustados a estas radiais. O próximo passo é interpolar objetivamente o campo de velocidade para obter uma CB tridimensional. A variabilidade espacial da CB neste mapa é, portanto, unicamente devido à arqueamento da velocidade/ FTC, e os padrões de velocidade são devidos apenas ao meandramento frontal. Estes foram identificados nas séries temporais das FTC e o modelo foi computado para dois eventos separados no inverno de 2007 e comparados com os dados de ADCPs da PETROBRAS montados em quatro plataformas de petróleo. A comparação foi feita usando compósitos semanais e médias para isolar movimentos de mesoescala. Isso mostra que há um acordo muito favorável entre o modelo e as medições de velocidade de mar aberto em ambas as magnitudes e direções. Este assegura que os meandros frontais, ou mais especificamente, o meandro de São Tomé domina a variabilidade subinercial ao longo do talude continental e do platô de São Paulo. A única exceção é para o ADCP montado sobre uma plataforma de petróleo em plataforma continental. O modelado e as observações in situ discordam e indicam que outros fenômenos, tais como ondas de plataforma, devem ser contabilizados na parte costeira / A regional three-dimensional parametric model of the Brazil Current (BC) was built with the goal of investigating whether or not the BC frontal meandering dominates the subinercial current variability in the Campos Basin. The BC cross-stream parametrization followed the formulation proposed by Schmidt et al. [2007]. The BC parameters were estimated from quasi-synoptic velocity profiling sampled during the Brazilian Navy cruise OCEANO SUDESTE II (OCSEII). The surface inshore thermal front (ITF),easily detected in sea surface temperature satellite images, is taken as the inshore border of the BC jet with negligible velocities. The ITF spatial pattern is then inferred by the maximum gradient method on a chosen date or period. With the ITF location, several BC cross-strem profiles are projected normally to it. The next step is to objectively interpolate the velocity field to obtain a three-dimensional BC. The spatial variability of the BC in this map is therefore solely due to the arching of the velocity/ITF front, and therefore, the velocity patterns are due to frontal meandering only. Meandering events were identified in the IFT time series, the model computed the BC frontal patterns for two separate events in the winter of 2007 and compared with PETROBRAS\' ADCP records mounted on four oil rigs. The comparison was done using weekly composites and averages to isolate mesoscale motions. It shows that there is a very favorable agreement between between the model and the open sea velocity measurements in both magnitude and direction. This reassures that the frontal meandering, or more specifically, the S~ao Tom´e Meander formation dominates the subinertial variability over the continental slope and the S~ao Paulo Plateau. The only exception is for the ADCP mounted on an oil rig on the continental shelf. The modeled and in situ observations disagree and indicate that other phenomena, such as shelf waves, should be accounted in the coastal ocean in addition to the BC meandering.

A Corrente do Brasil (CB) se origina na bifurcac¸ ao da Corrente Sul Equatorial (BiCSE), e flui para o sul ao longo da margem continental brasileira. Inferencias sobre a origem e organizac¸ ao da CB sao baseadas em padroes de grande escala associados `a estrutura da BiCSE. H´a carencia de detalhes no que tange `a rica atividade de mesoescala possivelmente envolvida em seu processo de formac¸ ao. Sao fartas as evidencias de meandros e v´ ortices da CB na literatura ao largo das costas sudeste e sul do Brasil. A costa leste, que abriga seu s´tio de origem, permanece ainda bastante desconhecida neste ponto de vista. Motivamo-nos por esta lacuna de informac¸ oes a conduzir este trabalho. Optamos primeiramente por estimar um cen´ario m´edio do escoamento geostr ´ofico associado a BiCSE e origem da CB no per´odo de verao, atrav´es de um conjunto de dados termohalinos climatol´ogicos. Objetivamos por fim, obter uma descric¸ ao sin´ otica do escoamento geostr´ofico associado ao s´tio de origem da CB. Para tanto, dispomos de um conjunto de dados composto por amostragem quase-sin´ otica de dados termohalinos (via CTD) e de velocidade (via ADCP de casco) simultaneamente, entre os paralelos de 10S e 20S. Tais observac¸ oes sao oriundas da Operac¸ ao Oceano Leste II (OEII), realizada pela Marinha do Brasil em marc¸o de 2005. Conduzimos a investigac¸ ao a partir de um m´etodo cient´fico que entendemos nao ter sido ainda empregado para os escoamentos ao largo da costa brasileira. Tal m´etodo consiste no M´etodo Dinamico Referenciado, que combina dados termohalinos e de velocidades observadas para estimar velocidades geostr´oficas absolutas, que sao livres da dependencia de um n´vel de movimento nulo imposto pelo M´etodo Dinamico Cl´assico. Este m´etodo substitui o n´vel de movimento nulo por um n´vel de velocidades conhecidas, que correspondem `as velocidades medidas diretamente pelo ADCP de casco. Encontramos para o cen´ario climatol ´ogico de verao, a assinatura da BiCSE em 9S para superf´cie, em 12S para 200 m, vi em 20S para 500 m e em 23S para 800 m. Confirmamos informac¸ oes da literatura sobre sua migrac¸ ao meridional com o aumento da profundidade. Identificamos tamb´em o cen´ario m´edio de origem e organizac¸ ao da CB e da Sub-corrente Norte do Brasil (SNB) nos n´veis citados, os quais subsidiarao a an´alise dos campos sin´ oticos. Os campos sin´oticos confirmaram os resultados m´edios da climatologia. Em superf´cie, nao observamos sinais da BiCSE no interior da ´area de estudo, e mostramos que na ocasiao da OEII, a CB se origina ao norte de 10S e comec¸a sua organizac¸ ao ainda distante da margem continental. Em 150 m, identificamos a assinatura da BiCSE em 14,5S, e em 500 m, em 20S. Sugerimos entao que a origem da CB enquanto corrente de contorno oeste, fluindo junto `a margem continental leste brasileira, se localiza em 14,5S. Concluindo, a CB se organiza ao norte de 10S e flui distante da margem continental como uma corrente fraca e rasa, atingindo no m´aximo os 100 primeiros metros de profundidade. Esta corrente atinge o contorno oeste em 14,5S e flui em direc¸ ao ao sul seguindo as isobatim´etricas. Ao longo deste caminho, apresenta meandros vigorosos, em particular, anticiclones. Estes anticiclones parecem estar associados a feic¸ oes topogr´aficas relevantes da ´area tais quais os Bancos de Royal Charlotte e de Abrolhos. As velocidades da CB aumentam em intensidade e a corrente ganha espessura vertical at´e 20S. A SNB parece se originar em 20S, com n´ ucleo situado em 700 m. Esta corrente segue viagem rumo ao norte de forma que seu n´ ucleo se torna cada vez mais raso, e suas velocidades cada vez maiores, at´e deixar o dom´nio em 10S. Nesta latitude, seu n´ ucleo se localiza a 250 m de profundidade. / The origin of Brazil Current (BC) is associated with the bifurcation of the South Equatorial Current (BiSEC). The BC then flows south bordering the Brazilian continental margin. However, inferences on the BC origin site as well as its organization as a western boundary current are based in large scale patterns of the BiSEC. It lacks details on the location of the BC and the possible mesoscale activity related to its formation. While the BC meandering off the Southeastern and Southern Brazilian continental margin has been widely reported in the literature, no information is available for the BC structure and its meanders off the Brazilian Eastern margin. The motivation and main goal of this work is to describe the mesoscale scenario associated with the BC formation and organization as a boundary current. In order to reach this goal, we opted to first build a climatological geostrophic picture of the BiSEC and BC origin for the summer using solely temperature-salinity data. Following such investigation, we analyzed data from an oceanographic cruise conducted by the Brazilian Navy that consisted of simultaneous CTD profiling and vessel-mounted ADCP velocity measurements, also for the summer period. The quasi-synoptic data analysis was conducted using a method that has not been employed for flows along the Brazilian continental margin: the ADCP-referenced dynamic method. Unlike the traditional dynamic method, ADCP velocities are used to reference the CTD-derived baroclinic velocities and to obtain a total geostrophic velocity field. In the climatological data analysis, the relative geostrophic current patterns exhibited a BiSEC signature at 9S for surface, at 12S for 200 m, at 20S for 500 m and 23S for 800 m. We thus confirmed information of the literature about the southward migration of the BiSEC structure with depth. We also identified the summer mean scenario for the BC and North Brazil Undercurrent (NBUC) formation. The quasi-synoptic total velocity fields confirmed the relative cliviii matological fields. At surface, we found no signature of the BiSEC within the cruise sampled area. The BC was originated north of 10S and seemed to start flowing, as a weak current with vertical extension less than 100 m deep, distant from the western boundary. At 150 m (500 m), the BiSEC signature was evident at 14.5S (20S). We thus suggest that the synoptic BC origin as a western boundary current was located at around 14.5S. We can summarize our findings describing that the BC organized itself as a weak and shallow current at around 10S. At 14.5S, the BC attached itself to the continental margin and flew following the bathymetric contours. As it flows south, it meandered vigorously and frontal anticyclones were present off the main topographic features of the Eastern coast: the Royal Charlotte and the Abrolhos Banks. In its path southward, the BC was intensified and extended vertically. It seemed that NBUC was originated at around 20S with a velocity core centered at 700 m. As this undercurrent flows northward, it increased transport and its velocity core became shallower. At the northern portion of the study area, the NBUC core reached the depth of 250 m.

We use hydrographic and direct velocity observations from two quasi-synoptic cruises in conjunction with a primitive equation linear instability model, to investigate the Brazil Current (BC) downstream change effect between 23°S-30°S on the temporal mixed instabilities properties. The quasi-synoptic data revealed that the BC is ∼400-500 m deep to the north of the so-called Santos Bifurcation (26°S-28°S) and extends down to 1000 m to the south of it. We estimated that the BC receives at least 7 Sv from the Santos Bifurcation, which drastically alters the BC\'s velocity vertical structure and meanders characteristics as it flows poleward. Based on direct velocity measurements, we computed the mixed-instability properties at three different latitudes (24°S, 26°S and 30°S). The instability analysis revealed unstable current systems to mesoscale perturbations with maximum growth rates of 0.12, 0.19 and 0.06 day-1 at 24°S, 26°S and 30°S respectively. The corresponding downstream phase speeds are -0.19, -0.24 and -0.26 m s-1. The analysis of the mean-to-eddy energy conversion terms show that the barotropic instability drains 60-90% less energy from the background state than the baroclinic instability. Nevertheless, the maximum growth rates are at least the double in magnitude when both instabilities occur simultaneously. The topography presents a stabilizing effect for both kind of instabilities along all the BC path. At the vicinities of the Cape Santa Marta (28°S), we explored the the recurrent cyclonic meanders of the BC. Combining a wide range of observations, we provided a overview of such features and the relations between its velocity patterns, the water properties (temperature, salinity, nutrients), chlorophyll-a distribution and the BC variability. The top-bottom quasi-synoptic velocity measurements depicted cyclonic meanders over the continental slope with diameters larger than 100 km and vertically extending to approximately 1500 m depth. Moreover, the observed eddies seems to trap and recirculate a small portion (∼1.5 to 4 Sv) of the BC main flow (-13.16 to -17.89 Sv), which is consisted of Tropical Water (TW), South Atlantic Central Water (SACW), Antarctic Intermediate Water (AAIW) and Upper Circumpolar Deep Water (UCDW). Additionally, we presented observational evidence that the meanders actively influence the transport of nutrient-rich shelf waters to the open ocean enhancing the primary productivity at the photic zone over the continental slope. Satellite imagery show that these cyclonic events occur 5-6 times per year and are generally associated with wave-like perturbations on the flow with mean wavelength of ∼219 km. Finally, Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis computed from an array of mooring lines show that more than half of the along-isobath velocity variance on the continental slope is explained by the BC mesoscale activity. / As propriedades de instabilidade temporal mista da Corrente do Brasil (CB), entre 23°S-30°S, foram investigadas combinando dados hidrográficos e medições diretas de velocide com modelagem numérica. As observações revelaram uma CB com ∼400-500 m de profundidade ao norte da Bifurcação de Santos (26°S-28°S). Em contrapartida, a CB ao sul da bifurcação se mostrou muito mais profunda (> 1000 m) devido ao aporte de aproximadamente 7 Sv de águas em profundidades intermediárias (∼500-1500 m) oriundas do ramo sul da Bifurcação de Santos. Baseado-se nas observações, experimentos numéricos foram conduzidos em três latitudes (24°S, 26°S and 30°S), com o intuito de se estudar as propriedades da instabilidade geofísica da CB. Tais experimentos mostraram que o sistema de correntes é instável para perturbações de mesoescala com taxas de crescimento máximas de 0,12, 0,19 and 0,06 dia-1 nas latitudes de 24°S, 26°S and 30°S, respectivamente. A análise das taxas de transferências de energia das correntes médias para as pertubações revelou que a instabilidade barotrópica é de 60 a 90% menor que a instabilidade baroclínica. No entanto observou-se que as propriedades das instabilidades da BC são altamente sensíveis à presença de instabilidade barotrópica. A topografia demonstrou possuir um efeito estabilizador ao longo de toda trajetória da CB. Ao largo do Cabo de Santa Marta (28°S) os meandros ciclônicos da CB tiveram suas características exploradas do ponto de vista observacional. Combinando uma grande variedade de observações, foi obtido uma visão geral de tais feições, assim como as relações entre seus padrões de velocidade, propriedades da água do mar (temperatura, salinidade, nutrientes), distribuição de clorofila A e a variabilidade da BC. As observações quasi-sinóticas de velocidade em toda a coluna mostraram que os meandros possuem diâmetro superiores à 100 km e extensão vertical de aproximadamente 1500 m. Desta forma, observou-se feições que recirculam uma pequena parte (∼1.5 à 4 Sv) do eixo principal da CB (-13.16 à -17.8 Sv) composta por Água Tropical, Água Central do Atlântico Sul, Água Intermediária Antártica e Água Circumpolar Superior. Além disso, evidências de que tais meandros influenciam ativamente no transporte de águas da Plataforma Continental, ricas em nutrientes, para regiões profundas do Talude Continental foram encontradas. A análise de imagens de satelitárias indicaram que essas feições são efetivamente recorrentes na região e ocorrrem entre 5 a 6 vezes por ano. Para concluir, registros correntográficos indicaram que aproximadamente metade da variância da componente da velocidade ao logo das isóbatas, sobre o talude continental, é devido à atividade de mesoescala da CB.

O comportamento da Corrente do Brasil (CB) ao largo de Santos foi determinado a partir de medições diretas de velocidade e temperatura realizadas como parte do projeto COROAS. Foram lançados três fundeios, sobre as isóbatas de 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3). Os dados obtidos passaram por diversas análises - estatística descritiva, análises gráficas com o auxílio de rosas de distribuição, “stickplots", séries temporais e hodógrafos e análise de Funções Empíricas Ortogonais (EOF). Os resultados mostram que o ponto C1 sofre grande influência meteorológica – em todas as estações sazonais e profundidades amostradas, há predominância do fluxo para SW, mas este apresenta grande variabilidade devida à sua alternância com o fluxo para NE. Essa variabilidade, com escala subinecial, mostra que durante a maior parte do tempo, o ponto C1 esteve imerso num regime típico de plataforma continental, e não de correntes de contorno oeste. O fluxo da CB atinge essa região apenas esporadicamente. Foi observada a bipolaridade entre as intrusões das massas de água transportadas pela CB (ACAS e AT), como caracterizada por Castro (1996). Nos pontos C2 e C3, a presença da CB é marcante. Nos três primeiros níveis, persistiu um forte fluxo para SW, com intensidades da ordem de 1 m/s. A variabilidade temporal dessas correntes é pequena, principalmente nos três níveis superiores. No nível de 698 m, em C3, predominou o fluxo para NE da Água Intermediária Antártica. As melhores definições do fluxo da CB nas três profundidades superiores dos fundeios C2 e C3 foram observadas na primavera/93 e no verão/94. A variabilidade do fluxo, nos três fundeios, é bem descrita pelo comportamento das EOF. Um vórtice ciclônico, de núcleo frio, com período de 20 dias e escala vertical de aproximadamente 700 m, foi registrado em fevereiro de 1993. Indícios desse vórtice foram detectados até no ponto C1. O transporte de volume da CB, entre a quebra da plataforma e o talude, possui um valor médio de –2,01  0,98 Sv, relativamente ao nível de 300 m e tem sentido predominante para SW. Foram realizados alguns estudos dos casos de variabilidade da corrente. Esses estudos ilustram o modelo de Lee et al.(1981), sobre surgimento e características dos vórtices ciclônicos de núcleo frio, e o transporte de Ekman. / Current and temperature measurements, off shore Santos (23 56’ S - 046 19’ W), were performed to determine the behaviour of the Brazil Current (BC), during COROAS Project. Three moored arrays were launched on the 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3) isobaths. Several analysis were performed – statistical, compass plots, time series and Empirical Orthogonal Functions (EOF). On the C1 point, external continental shelf, meteorological influence is notable – in all seasons and depths sampled, predominate southwestward currents, with big variability in consequence of the alternating northwestward. This variability, with subinercial scale, shows that C1 point was immersed in a typical continental shelf pattern, almost all the time, and not in a western boundary pattern. Brazil Current flow reaches this region sporadically. It was observed a bipolarity between water masses intrusions, South Atlantic Central Water and Tropical Water, transported by BC, supporting earlier observations from Castro (1996). On the three first levels of C2 (continental break) and C3 (continental slope) points, Brazil Current is a well-developed boundary current southwestward, reaching speeds of 1 m/s, with small time variability. On C3 point, 698 m depth, predominate Intermediate Antarctic Water northwestward flow. The best definitions of the BC flow were observed during Spring (1993) and Summer (1994). A good representation of the observed variability was obtained by EOFs . A cyclonic, cold core BC eddy with period of 20 days and vertical scale approximately of 700 m, was detected in February (1993). This eddy seems to have reached C1 point. Brazil Current mean volume transport, between continental break and continental slope , was 2.01 + 0.98 Sv, relative to 300 m and southwestward, predominately. Some cases of current variability were studied. These cases illustrate the Lee et al. (1981) model about onset and features of the cyclonic cold core eddies and Ekman transport.

This dissertation examines the nature of jet-boundary interactions and the role of barotropic instabilities in the Brazil Current system while still attached to the western boundary. The motivation was due to the frequent observation of bipolar features associated to the Brazil Current flow south of Cape Frio (RJ) and off Santos Bight (22º-28ºS). Such observations were mainly obtained from sea surface temperature images, and also from few \"in situ\" hydrographic and direct velocity measurements data. Therefore, our main focus is on the formation of bipolar features associated with the flow, and the main hypothesis is that barotropic instability is responsible for the generation of such dipoles along the western boundary current jet, while it has to deal with topographic variations along its path poleward. We address the system dynamics from a semi-theoretical perspective, and also through the application of numerical modeling on a process study approach. So it includes semi-theoretical studies of jet-lateral boundary interactions in idealized configurations relevant to the Brazil Current system off Cape Frio, considering the quasi-geostrophic theory as an appropriate approximation of the system we want to investigate. Additionally, numerical modeling is used through the construction of idealized scenarios where we simplify the physics in order to isolate the dynamical process of interest. All the dynamical analyzes were initialized from synoptic hydrographic data set which comprised the Brazil Current system off Cape Frio region. We validated the quasi-geostrophic theory we assumed and obtained the kinematics characteristics of the jet. In the dynamical analyses, we started the investigation from the simplest framework applied here, where we evaluate a piecewise constant potential vorticity field in a quasi-geostrophic contour dynamics model. It dealt with a meridionally-oriented jet flowing southward along a straight western boundary. Next, in a second model, we added more complexity in the system, idealizing western boundary coastline scenarios considering a quasi-continuous potential vorticity field in a quasi-geostrophic numerical model. Finally, in a third model, we constructed a more complex scenario for the Brazil Current jet that incorporated real topography and stratification of the water column in a primitive equation numerical model. Among our main finds, we verified that purely barotropic instability is able to generate vortex dipoles. Moreover, variations in the western boundary can indeed trigger perturbations in the jet and dipoles form. Therefore, sites with abrupt change in bathymetry and coastline orientation are preferred to the formation of the BC vortical dipoles. Vortex streets and instability trains can also develop downstream of such locations as consequence of perturbing a potentially batropically unstable jet. Hence, the horizontal shear is key to the generation of vortex dipoles. A weak shear does not allow these features to form, instead, frontal eddies are possibly generated, with the predominance of anticyclones. Although the three different model strategies applied here differ in dynamical configurations and approximations, they still kept nearly the same regime for the Brazil Current vortex-dipole formation. Topographic variations such as those associated with the change of coastline orientation near Cape Frio (23ºS) account for those vortex dipoles and streets be dominantly observed within the Santos Bight. / A presente tese examina a natureza das interações entre jato e contorno e o papel de instabilidades barotrópicas no sistema Corrente do Brasil (CB) quando este ainda se encontra fluindo junto à margem continental oeste. A motivação se deu através da frequente observação de feições bipolares associadas ao escoamento da CB ao sul de Cabo Frio (RJ) e ao largo da Bacia de Santos (entre 22º e 28ºS). Tais observações se devem principalmente a imagens termais de temperatura da superfície do mar, a algumas raras observações \"in situ\" através de dados hidrográficos e medições diretas de velocidade. Assim, o principal foco é na formação de feições bipolares associadas ao fluxo médio, sendo a principal hipótese a de que instabilidade barotrópica é responsável pela formação destes dipolos ao longo da corrente quando esta tem que lidar com variações da topografia. Este estudo tenta abordar os problemas em uma perspectiva semi-teórica, e também através de modelagem numérica em uma abordagem de estudos de processo. Assim, inclui estudos semi-teóricos em configurações idealizadas relevantes para o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio, considerando a teoria quase-geostrófica como a aproximação apropriada para a dinâmica do sistema que queremos avaliar. Adicionalmente, a modelagem numérica é usada através da construção de cenários idealizados onde simplificamos a física a fim de isolar os processos que queremos investigar. Toda a análise dinâmica partiu de um conjunto de dados que compreendeu o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio. Validamos a teoria quase-geostrófica que estamos considerando e obtivemos as características cinemáticas do jato. Nas análises dinâmicas, começamos a investigação do problema partindo do cenário mais simples utilizado aqui, onde consideramos um campo de vorticidade potencial discretizado em camadas horizontais em um modelo quase-geostrófico de dinâmica de contornos. O modelo incorporou a presença de uma linha de costa retilínea orientada meridionalmente no contorno oeste. Posteriormente, incluímos mais complexidade no sistema, idealizando diferentes cenários de linha de costa e considerando um campo de vorticidade potencial quase-contínuo em um modelo numérico quase-geostrófico. Finalmente, construímos um cenário ainda mais complexo para a Corrente do Brasil, o qual incorporou a topografia real da região e a estratificação da coluna de água em um modelo numérico de equações primitivas. Dentre as principais conclusões, pudemos comprovar que instabilidade barotrópica pode promover a formação de dipolos. Além disso, variações no contorno podem consequentemente ser gatilhos para gerar perturbações no jato e dipolos se formam. Assim, locais de mudança abrupta de batimetria e orientação de linha de costa são preferidos para a formação de dipolos vorticais. Rua de vórtices e trens de instabilidade também podem se desenvolver à juzante de tais locais como consequência de se perturbar um jato potencialmente barotropicamente instável. Consequentemente, um cisalhamento horizontal é chave para a geração de dipolos vorticais. Um cisalhamento relativamente fraco não permite a formação de tais feições, e em vez disso, vórtices frontais são possivelmente gerados, com a predominância de anticiclones. Apesar de as três diferentes estratégias aplicadas aqui diferirem em termos de configurações dinâmicas e aproximações, estas ainda mantiveram aproximadamente o mesmo regime para a formação de dipolos. Variações na topografia tais como aquelas associadas com mudanças de orientação de costa próximo a Cabo Frio (23ºS) contam com o fato de dipolos vorticais e rua de vórtices serem frequentemente observados dentro da Bacia de Santos.

O comportamento da Corrente do Brasil (CB) ao largo de Santos foi determinado a partir de medições diretas de velocidade e temperatura realizadas como parte do projeto COROAS. Foram lançados três fundeios, sobre as isóbatas de 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3). Os dados obtidos passaram por diversas análises - estatística descritiva, análises gráficas com o auxílio de rosas de distribuição, “stickplots”, séries temporais e hodógrafos e análise de Funções Empíricas Ortogonais (EOF). Os resultados mostram que o ponto C1 sofre grande influência meteorológica – em todas as estações sazonais e profundidades amostradas, há predominância do fluxo para SW, mas este apresenta grande variabilidade devida à sua alternância com o fluxo para NE. Essa variabilidade, com escala subinecial, mostra que durante a maior parte do tempo, o ponto C1 esteve imerso num regime típico de plataforma continental, e não de correntes de contorno oeste. O fluxo da CB atinge essa região apenas esporadicamente. Foi observada a bipolaridade entre as intrusões das massas de água transportadas pela CB (ACAS e AT), como caracterizada por Castro (1996). Nos pontos C2 e C3, a presença da CB é marcante. Nos três primeiros níveis, persistiu um forte fluxo para SW, com intensidades da ordem de 1 m/s. A variabilidade temporal dessas correntes é pequena, principalmente nos três níveis superiores. No nível de 698 m, em C3, predominou o fluxo para NE da Água Intermediária Antártica. As melhores definições do fluxo da CB nas três profundidades superiores dos fundeios C2 e C3 foram observadas na primavera/93 e no verão/94. A variabilidade do fluxo, nos três fundeios, é bem descrita pelo comportamento das EOF. Um vórtice ciclônico, de núcleo frio, com período de 20 dias e escala vertical de aproximadamente 700 m, foi registrado em fevereiro de 1993. Indícios desse vórtice foram detectados até no ponto C1. O transporte de volume da CB, entre a quebra da plataforma e o talude, possui um valor médio de –2,01  0,98 Sv, relativamente ao nível de 300 m e tem sentido predominante para SW. Foram realizados alguns estudos dos casos de variabilidade da corrente. Esses estudos ilustram o modelo de Lee et al.(1981), sobre surgimento e características dos vórtices ciclônicos de núcleo frio, e o transporte de Ekman. / Current and temperature measurements, off shore Santos (23 56’ S - 046 19’ W), were performed to determine the behaviour of the Brazil Current (BC), during COROAS Project. Three moored arrays were launched on the 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3) isobaths. Several analysis were performed – statistical, compass plots, time series and Empirical Orthogonal Functions (EOF). On the C1 point, external continental shelf, meteorological influence is notable – in all seasons and depths sampled, predominate southwestward currents, with big variability in consequence of the alternating northwestward. This variability, with subinercial scale, shows that C1 point was immersed in a typical continental shelf pattern, almost all the time, and not in a western boundary pattern. Brazil Current flow reaches this region sporadically. It was observed a bipolarity between water masses intrusions, South Atlantic Central Water and Tropical Water, transported by BC, supporting earlier observations from Castro (1996). On the three first levels of C2 (continental break) and C3 (continental slope) points, Brazil Current is a well-developed boundary current southwestward, reaching speeds of 1 m/s, with small time variability. On C3 point, 698 m depth, predominate Intermediate Antarctic Water northwestward flow. The best definitions of the BC flow were observed during Spring (1993) and Summer (1994). A good representation of the observed variability was obtained by EOFs . A cyclonic, cold core BC eddy with period of 20 days and vertical scale approximately of 700 m, was detected in February (1993). This eddy seems to have reached C1 point. Brazil Current mean volume transport, between continental break and continental slope , was 2.01 + 0.98 Sv, relative to 300 m and southwestward, predominately. Some cases of current variability were studied. These cases illustrate the Lee et al. (1981) model about onset and features of the cyclonic cold core eddies and Ekman transport.

Um modelo paramétrico regional tridimensional da Corrente do Brasil (CB) foi construído com o objetivo de investigar se o meandramento frontal da CB domina a variabilidade subinercial na Bacia de Campos. A parametrização da CB normal à costa seguiu a formulação proposta por Schmidt et al. [2007]. Os parâmetros da CB foram estimados a partir dos perfis de velocidade quase-sinóticos durante a amostragem do cruzeiro OCEANO SUDESTE II (OCSEII) da Marinha do Brasil. A frente térmica costeira (FTC), facilmente detectado na superfície do mar por imagens de satélite, é tida como a fronteira costeira do CB com velocidades desprezíveis. A FTC padrão é, então, inferida pelo método do gradiente máximo em uma data escolhida. Com a localização da FTC, várias radiais são projetadas normalmente à frente e os perfis de velocidades da CB são ajustados a estas radiais. O próximo passo é interpolar objetivamente o campo de velocidade para obter uma CB tridimensional. A variabilidade espacial da CB neste mapa é, portanto, unicamente devido à arqueamento da velocidade/ FTC, e os padrões de velocidade são devidos apenas ao meandramento frontal. Estes foram identificados nas séries temporais das FTC e o modelo foi computado para dois eventos separados no inverno de 2007 e comparados com os dados de ADCPs da PETROBRAS montados em quatro plataformas de petróleo. A comparação foi feita usando compósitos semanais e médias para isolar movimentos de mesoescala. Isso mostra que há um acordo muito favorável entre o modelo e as medições de velocidade de mar aberto em ambas as magnitudes e direções. Este assegura que os meandros frontais, ou mais especificamente, o meandro de São Tomé domina a variabilidade subinercial ao longo do talude continental e do platô de São Paulo. A única exceção é para o ADCP montado sobre uma plataforma de petróleo em plataforma continental. O modelado e as observações in situ discordam e indicam que outros fenômenos, tais como ondas de plataforma, devem ser contabilizados na parte costeira / A regional three-dimensional parametric model of the Brazil Current (BC) was built with the goal of investigating whether or not the BC frontal meandering dominates the subinercial current variability in the Campos Basin. The BC cross-stream parametrization followed the formulation proposed by Schmidt et al. [2007]. The BC parameters were estimated from quasi-synoptic velocity profiling sampled during the Brazilian Navy cruise OCEANO SUDESTE II (OCSEII). The surface inshore thermal front (ITF),easily detected in sea surface temperature satellite images, is taken as the inshore border of the BC jet with negligible velocities. The ITF spatial pattern is then inferred by the maximum gradient method on a chosen date or period. With the ITF location, several BC cross-strem profiles are projected normally to it. The next step is to objectively interpolate the velocity field to obtain a three-dimensional BC. The spatial variability of the BC in this map is therefore solely due to the arching of the velocity/ITF front, and therefore, the velocity patterns are due to frontal meandering only. Meandering events were identified in the IFT time series, the model computed the BC frontal patterns for two separate events in the winter of 2007 and compared with PETROBRAS\' ADCP records mounted on four oil rigs. The comparison was done using weekly composites and averages to isolate mesoscale motions. It shows that there is a very favorable agreement between between the model and the open sea velocity measurements in both magnitude and direction. This reassures that the frontal meandering, or more specifically, the S~ao Tom´e Meander formation dominates the subinertial variability over the continental slope and the S~ao Paulo Plateau. The only exception is for the ADCP mounted on an oil rig on the continental shelf. The modeled and in situ observations disagree and indicate that other phenomena, such as shelf waves, should be accounted in the coastal ocean in addition to the BC meandering.

This dissertation examines the nature of jet-boundary interactions and the role of barotropic instabilities in the Brazil Current system while still attached to the western boundary. The motivation was due to the frequent observation of bipolar features associated to the Brazil Current flow south of Cape Frio (RJ) and off Santos Bight (22º-28ºS). Such observations were mainly obtained from sea surface temperature images, and also from few \"in situ\" hydrographic and direct velocity measurements data. Therefore, our main focus is on the formation of bipolar features associated with the flow, and the main hypothesis is that barotropic instability is responsible for the generation of such dipoles along the western boundary current jet, while it has to deal with topographic variations along its path poleward. We address the system dynamics from a semi-theoretical perspective, and also through the application of numerical modeling on a process study approach. So it includes semi-theoretical studies of jet-lateral boundary interactions in idealized configurations relevant to the Brazil Current system off Cape Frio, considering the quasi-geostrophic theory as an appropriate approximation of the system we want to investigate. Additionally, numerical modeling is used through the construction of idealized scenarios where we simplify the physics in order to isolate the dynamical process of interest. All the dynamical analyzes were initialized from synoptic hydrographic data set which comprised the Brazil Current system off Cape Frio region. We validated the quasi-geostrophic theory we assumed and obtained the kinematics characteristics of the jet. In the dynamical analyses, we started the investigation from the simplest framework applied here, where we evaluate a piecewise constant potential vorticity field in a quasi-geostrophic contour dynamics model. It dealt with a meridionally-oriented jet flowing southward along a straight western boundary. Next, in a second model, we added more complexity in the system, idealizing western boundary coastline scenarios considering a quasi-continuous potential vorticity field in a quasi-geostrophic numerical model. Finally, in a third model, we constructed a more complex scenario for the Brazil Current jet that incorporated real topography and stratification of the water column in a primitive equation numerical model. Among our main finds, we verified that purely barotropic instability is able to generate vortex dipoles. Moreover, variations in the western boundary can indeed trigger perturbations in the jet and dipoles form. Therefore, sites with abrupt change in bathymetry and coastline orientation are preferred to the formation of the BC vortical dipoles. Vortex streets and instability trains can also develop downstream of such locations as consequence of perturbing a potentially batropically unstable jet. Hence, the horizontal shear is key to the generation of vortex dipoles. A weak shear does not allow these features to form, instead, frontal eddies are possibly generated, with the predominance of anticyclones. Although the three different model strategies applied here differ in dynamical configurations and approximations, they still kept nearly the same regime for the Brazil Current vortex-dipole formation. Topographic variations such as those associated with the change of coastline orientation near Cape Frio (23ºS) account for those vortex dipoles and streets be dominantly observed within the Santos Bight. / A presente tese examina a natureza das interações entre jato e contorno e o papel de instabilidades barotrópicas no sistema Corrente do Brasil (CB) quando este ainda se encontra fluindo junto à margem continental oeste. A motivação se deu através da frequente observação de feições bipolares associadas ao escoamento da CB ao sul de Cabo Frio (RJ) e ao largo da Bacia de Santos (entre 22º e 28ºS). Tais observações se devem principalmente a imagens termais de temperatura da superfície do mar, a algumas raras observações \"in situ\" através de dados hidrográficos e medições diretas de velocidade. Assim, o principal foco é na formação de feições bipolares associadas ao fluxo médio, sendo a principal hipótese a de que instabilidade barotrópica é responsável pela formação destes dipolos ao longo da corrente quando esta tem que lidar com variações da topografia. Este estudo tenta abordar os problemas em uma perspectiva semi-teórica, e também através de modelagem numérica em uma abordagem de estudos de processo. Assim, inclui estudos semi-teóricos em configurações idealizadas relevantes para o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio, considerando a teoria quase-geostrófica como a aproximação apropriada para a dinâmica do sistema que queremos avaliar. Adicionalmente, a modelagem numérica é usada através da construção de cenários idealizados onde simplificamos a física a fim de isolar os processos que queremos investigar. Toda a análise dinâmica partiu de um conjunto de dados que compreendeu o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio. Validamos a teoria quase-geostrófica que estamos considerando e obtivemos as características cinemáticas do jato. Nas análises dinâmicas, começamos a investigação do problema partindo do cenário mais simples utilizado aqui, onde consideramos um campo de vorticidade potencial discretizado em camadas horizontais em um modelo quase-geostrófico de dinâmica de contornos. O modelo incorporou a presença de uma linha de costa retilínea orientada meridionalmente no contorno oeste. Posteriormente, incluímos mais complexidade no sistema, idealizando diferentes cenários de linha de costa e considerando um campo de vorticidade potencial quase-contínuo em um modelo numérico quase-geostrófico. Finalmente, construímos um cenário ainda mais complexo para a Corrente do Brasil, o qual incorporou a topografia real da região e a estratificação da coluna de água em um modelo numérico de equações primitivas. Dentre as principais conclusões, pudemos comprovar que instabilidade barotrópica pode promover a formação de dipolos. Além disso, variações no contorno podem consequentemente ser gatilhos para gerar perturbações no jato e dipolos se formam. Assim, locais de mudança abrupta de batimetria e orientação de linha de costa são preferidos para a formação de dipolos vorticais. Rua de vórtices e trens de instabilidade também podem se desenvolver à juzante de tais locais como consequência de se perturbar um jato potencialmente barotropicamente instável. Consequentemente, um cisalhamento horizontal é chave para a geração de dipolos vorticais. Um cisalhamento relativamente fraco não permite a formação de tais feições, e em vez disso, vórtices frontais são possivelmente gerados, com a predominância de anticiclones. Apesar de as três diferentes estratégias aplicadas aqui diferirem em termos de configurações dinâmicas e aproximações, estas ainda mantiveram aproximadamente o mesmo regime para a formação de dipolos. Variações na topografia tais como aquelas associadas com mudanças de orientação de costa próximo a Cabo Frio (23ºS) contam com o fato de dipolos vorticais e rua de vórtices serem frequentemente observados dentro da Bacia de Santos.