Este trabalho foi desenvolvido dentro do contexto da hidrodinâmica da plataforma continental, com o objetivo de estudar a variabilidade subinercial das correntes no extremo norte na Plataforma Continental Sudeste brasileira. A região de estudo está localizada nas proximidades de Cabo Frio (RJ) e Arraial do Cabo (RJ) (aproximadamente 23º S / 42º W). Apesar de ser uma região bastante conhecida e estudada, em função do fenômeno da ressurgência costeira que ocorre em suas proximidades, pouco se conhece sobre a circulação subinercial nessa localidade. Devido à importância das correntes subinerciais, por serem responsáveis pelo transporte de substâncias dissolvidas ou em suspensão nas águas, tais como sedimentos, nutrientes e poluição, este trabalho tenta contribuir com um maior conhecimento desses campos de corrente, a partir da análise, no domínio do tempo e da frequência, de séries temporais de intensidade e direção das correntes e do vento local. Foram utilizados dados coletados no Projeto DEPROAS (Dinâmica do Ecossistema de Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul) a partir de correntógrafos e ADCP fundeados, numa radial em frente a Cabo Frio, sobre as isóbatas de 50, 100 e 200 m, bem como de uma bóia e de uma estação meteorológicas. Trabalhamos com as séries temporais do inverno de 2001 e do inverno e verão de 2003. A partir desse estudo foi possível verificar que a variabilidade subinercial domina o fluxo das correntes na região, principalmente na direção paralela à batimetria. Como no restante da PCSE, verificou-se um balanço geostrófico na direção normal à topografia, responsável por um fluxo paralelo às isóbatas, em especial na PCM e nas profundidades intermediárias afastadas das camadas limite. Foi observado que a corrente costeira, forçada por processos baroclínicos e pelo vento, típica da parte central da PCSE, atinge o extremo norte da plataforma continental, induzindo um fluxo mais frequente com sentido SE, nas camadas intermediária e de fundo, principalmente no inverno. Verificou-se também que os ventos locais têm baixa correlação com as correntes, exceto nos níveis superficiais, evidenciando a importância das forçantes remotas na dinâmica da região, somado à influência da atividade vortical ciclônica gerada na região pela Corrente do Brasil, com influência até a PCM. Evidências de eventos de ressurgência/subsidência apareceram ao longo de todos os períodos estudados, com ocorrência preferencial a W desta localidade. / This work was developed within the context of the continental shelf hydrodynamics, with the aim of studying the subtidal variability of the currents in the far north of the South Brazil Bight (SBB). The area of the study is located in the vicinity of Cabo Frio (RJ) and Arraial do Cabo (RJ) (approximately 23º S / 42º W). Despite being a well known and studied region, due to the coastal upwelling phenomenon that occurs in its vicinity, little is known about the subtidal variability in this location. Given the importance of the subtidal currents, that are responsible for the transport of substances dissolved or suspended in water, such as sediments, nutrients and pollution, this work tries to contribute to a better understanding of these current~ fields, by the analysis in the time and frequency domain, from time series of the currents and local wind intensity and direction. We used data collected in DEPROAS Project (Western South Atlantict Platform Ecosystem Dynamics) from current meters and an ADCP moored in front of Cabo Frio, on the isobaths of 50, 100 and 200 m, and from a buoy and a weather station. We worked with time series of 2001 winter and 2003 winter and summer. From this study it was found that the subtidal variability dominates the flow in the region, mainly in the parallel direction of the bathymetry. As in the rest of the SBB, there was a geostrophic balance in the normal direction of the topography, which accounts for a flow parallel to isobaths, particularly in the middle shelf and in intermediate depths of the remote boundary layer. It was observed that the coastal current forced by baroclinic processes and by the wind, typical of the central part of the SBB reaches the northern edge of the SBB, leading to a more frequent flow in the southeast direction, in the intermediate layers and the bottom, especially in the winter. It was also found that the local winds have low correlation with the currents, except on the superficial layers, indicating the importance of remote forcing in the dynamics of the region, coupled with the influence of cyclonic vortical activity in the region, generated by the Brazil Current, reaching the middle shelf. Upwelling and downwelling evidences were observed in all time series, with the preferential location occurring west of Cabo Frio.

Este trabalho foi desenvolvido dentro do contexto da hidrodinâmica da plataforma continental, com o objetivo de estudar a variabilidade subinercial das correntes no extremo norte na Plataforma Continental Sudeste brasileira. A região de estudo está localizada nas proximidades de Cabo Frio (RJ) e Arraial do Cabo (RJ) (aproximadamente 23º S / 42º W). Apesar de ser uma região bastante conhecida e estudada, em função do fenômeno da ressurgência costeira que ocorre em suas proximidades, pouco se conhece sobre a circulação subinercial nessa localidade. Devido à importância das correntes subinerciais, por serem responsáveis pelo transporte de substâncias dissolvidas ou em suspensão nas águas, tais como sedimentos, nutrientes e poluição, este trabalho tenta contribuir com um maior conhecimento desses campos de corrente, a partir da análise, no domínio do tempo e da frequência, de séries temporais de intensidade e direção das correntes e do vento local. Foram utilizados dados coletados no Projeto DEPROAS (Dinâmica do Ecossistema de Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul) a partir de correntógrafos e ADCP fundeados, numa radial em frente a Cabo Frio, sobre as isóbatas de 50, 100 e 200 m, bem como de uma bóia e de uma estação meteorológicas. Trabalhamos com as séries temporais do inverno de 2001 e do inverno e verão de 2003. A partir desse estudo foi possível verificar que a variabilidade subinercial domina o fluxo das correntes na região, principalmente na direção paralela à batimetria. Como no restante da PCSE, verificou-se um balanço geostrófico na direção normal à topografia, responsável por um fluxo paralelo às isóbatas, em especial na PCM e nas profundidades intermediárias afastadas das camadas limite. Foi observado que a corrente costeira, forçada por processos baroclínicos e pelo vento, típica da parte central da PCSE, atinge o extremo norte da plataforma continental, induzindo um fluxo mais frequente com sentido SE, nas camadas intermediária e de fundo, principalmente no inverno. Verificou-se também que os ventos locais têm baixa correlação com as correntes, exceto nos níveis superficiais, evidenciando a importância das forçantes remotas na dinâmica da região, somado à influência da atividade vortical ciclônica gerada na região pela Corrente do Brasil, com influência até a PCM. Evidências de eventos de ressurgência/subsidência apareceram ao longo de todos os períodos estudados, com ocorrência preferencial a W desta localidade. / This work was developed within the context of the continental shelf hydrodynamics, with the aim of studying the subtidal variability of the currents in the far north of the South Brazil Bight (SBB). The area of the study is located in the vicinity of Cabo Frio (RJ) and Arraial do Cabo (RJ) (approximately 23º S / 42º W). Despite being a well known and studied region, due to the coastal upwelling phenomenon that occurs in its vicinity, little is known about the subtidal variability in this location. Given the importance of the subtidal currents, that are responsible for the transport of substances dissolved or suspended in water, such as sediments, nutrients and pollution, this work tries to contribute to a better understanding of these current~ fields, by the analysis in the time and frequency domain, from time series of the currents and local wind intensity and direction. We used data collected in DEPROAS Project (Western South Atlantict Platform Ecosystem Dynamics) from current meters and an ADCP moored in front of Cabo Frio, on the isobaths of 50, 100 and 200 m, and from a buoy and a weather station. We worked with time series of 2001 winter and 2003 winter and summer. From this study it was found that the subtidal variability dominates the flow in the region, mainly in the parallel direction of the bathymetry. As in the rest of the SBB, there was a geostrophic balance in the normal direction of the topography, which accounts for a flow parallel to isobaths, particularly in the middle shelf and in intermediate depths of the remote boundary layer. It was observed that the coastal current forced by baroclinic processes and by the wind, typical of the central part of the SBB reaches the northern edge of the SBB, leading to a more frequent flow in the southeast direction, in the intermediate layers and the bottom, especially in the winter. It was also found that the local winds have low correlation with the currents, except on the superficial layers, indicating the importance of remote forcing in the dynamics of the region, coupled with the influence of cyclonic vortical activity in the region, generated by the Brazil Current, reaching the middle shelf. Upwelling and downwelling evidences were observed in all time series, with the preferential location occurring west of Cabo Frio.

Para serem classificadas e aprovadas por uma sociedade classificadora, todas as estruturas offshore são submetidas a análises baseadas em regras padrão; os critérios de estabilidade utilizados são baseados no código IMO MODU (Internacional Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units), que referencia quase todos os tipos de unidades flutuantes, como de superfície, semi-submersíveis, e auto elevatórias, entretanto, encontram-se problemas ao tentar enquadrar alguns conceitos inovadores a um desses tipos, devido às grandes diferenças entre o existente e os novos projetos. A fim de prever o comportamento de uma estrutura flutuante, são necessárias análises de estabilidade que predigam o comportamento da plataforma em operação intacta, e eventualmente em caso de avarias. Com o propósito de superar dificuldades e encontrar os critérios apropriados, foi realizado. em conjunto pelo Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e Petrobras, esse estudo para gerar análises que cerceiem o comportamento desses novos tipos de plataforma e adéqüem as regras existentes aos novos conceitos para certificações futuras. Pode se observar que unidades do tipo FPSO são as mais comuns em campos de produção brasileiros por apresentarem grande área de convés, capacidade de armazenamento e serem unidades cuja operação é muito conhecida, além de terem baixos custos de construção, seja ela inteiramente construída ou apenas convertida. Entretanto, esse tipo de unidade apresenta movimentos não adequados para a utilização de Steel Catenary Risers (SCRs), inviabilizando sua utilização em águas ultra-profundas. Analisando as condições brasileiras, nota-se que ao considerar ondas, corrente e vento, as relações dimensionais de um FPSO não teriam a melhor proporcionalidade possível, principalmente devido às interferências hidrodinâmicas proporcionadas pelo swell. Isso impeliu o desenvolvimento de um novo conceito que atendesse melhor a função especifica da unidade, batizado monocoluna. Para esse conceito, foram gerados inúmeros cascos, porém apenas alguns deles foram escolhidos como ideais para serem submetidos a mais minuciosas análises, e nessa dissertação se discutem os critérios de estabilidade que devem ser aplicados a monocoluna. Todas as análises foram conduzidas considerando métodos numéricos e as dimensões finais foram aplicadas a ensaios em tanques de provas para que se comprovasse a eficiência dos sistemas criados. / To be classified and approved by a classification society, all offshore structures shall be submitted and analyzed according to standard rules. The stability criteria are based on the IMO MODU (International Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units) Code which has reference to almost all types of floating units such as surface, column-stabilized and self elevating. Although it refers to a wide range of naval systems, problems were found when dealing with new concepts due to differences between these concepts and those presented by the rules. In order to predict the behavior of a floating structure, it is necessary to perform stability analyses that foresee how the platform will respond when in operation either intact or eventually damaged. With that in mind, this study that would analyze and evaluate the existing rules came up along with the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo and Petrobras, this study intends to check the applicability of the existing rules and propose more adequate rules for the monocolumn. It is possible to observe that FPSO units are more common at the Brazilian oil fields due to the presence of great deck area and storage capacity, their operation is well known, they have low constructions costs either if they are built from scratch or converted. Even so, this type of unit presents inadequate responses to the use of Steel Catenary Risers (SCRs), what doesnt allow its use in ultra deep water. Analyzing the Brazilian weather and sea condition, specially focusing on waves, sea strings and wind, the FPSO dimensions are not the best, especially due to the swell hydrodynamic responses. That forced the development of a new concept that better fulfill the units specific function, named monocolumn. Lots of units were defined as valid, but only some with the best responses were chosen for deeper analysis, therefore this study discusses the stability criteria that shall apply to this concept. All the analyses were conduced considering numerical methods and among all the possibilities, final dimensions were generated and prototypes were built and tested in test tanks to prove their efficiency.

Para serem classificadas e aprovadas por uma sociedade classificadora, todas as estruturas offshore são submetidas a análises baseadas em regras padrão; os critérios de estabilidade utilizados são baseados no código IMO MODU (Internacional Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units), que referencia quase todos os tipos de unidades flutuantes, como de superfície, semi-submersíveis, e auto elevatórias, entretanto, encontram-se problemas ao tentar enquadrar alguns conceitos inovadores a um desses tipos, devido às grandes diferenças entre o existente e os novos projetos. A fim de prever o comportamento de uma estrutura flutuante, são necessárias análises de estabilidade que predigam o comportamento da plataforma em operação intacta, e eventualmente em caso de avarias. Com o propósito de superar dificuldades e encontrar os critérios apropriados, foi realizado. em conjunto pelo Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e Petrobras, esse estudo para gerar análises que cerceiem o comportamento desses novos tipos de plataforma e adéqüem as regras existentes aos novos conceitos para certificações futuras. Pode se observar que unidades do tipo FPSO são as mais comuns em campos de produção brasileiros por apresentarem grande área de convés, capacidade de armazenamento e serem unidades cuja operação é muito conhecida, além de terem baixos custos de construção, seja ela inteiramente construída ou apenas convertida. Entretanto, esse tipo de unidade apresenta movimentos não adequados para a utilização de Steel Catenary Risers (SCRs), inviabilizando sua utilização em águas ultra-profundas. Analisando as condições brasileiras, nota-se que ao considerar ondas, corrente e vento, as relações dimensionais de um FPSO não teriam a melhor proporcionalidade possível, principalmente devido às interferências hidrodinâmicas proporcionadas pelo swell. Isso impeliu o desenvolvimento de um novo conceito que atendesse melhor a função especifica da unidade, batizado monocoluna. Para esse conceito, foram gerados inúmeros cascos, porém apenas alguns deles foram escolhidos como ideais para serem submetidos a mais minuciosas análises, e nessa dissertação se discutem os critérios de estabilidade que devem ser aplicados a monocoluna. Todas as análises foram conduzidas considerando métodos numéricos e as dimensões finais foram aplicadas a ensaios em tanques de provas para que se comprovasse a eficiência dos sistemas criados. / To be classified and approved by a classification society, all offshore structures shall be submitted and analyzed according to standard rules. The stability criteria are based on the IMO MODU (International Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units) Code which has reference to almost all types of floating units such as surface, column-stabilized and self elevating. Although it refers to a wide range of naval systems, problems were found when dealing with new concepts due to differences between these concepts and those presented by the rules. In order to predict the behavior of a floating structure, it is necessary to perform stability analyses that foresee how the platform will respond when in operation either intact or eventually damaged. With that in mind, this study that would analyze and evaluate the existing rules came up along with the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo and Petrobras, this study intends to check the applicability of the existing rules and propose more adequate rules for the monocolumn. It is possible to observe that FPSO units are more common at the Brazilian oil fields due to the presence of great deck area and storage capacity, their operation is well known, they have low constructions costs either if they are built from scratch or converted. Even so, this type of unit presents inadequate responses to the use of Steel Catenary Risers (SCRs), what doesnt allow its use in ultra deep water. Analyzing the Brazilian weather and sea condition, specially focusing on waves, sea strings and wind, the FPSO dimensions are not the best, especially due to the swell hydrodynamic responses. That forced the development of a new concept that better fulfill the units specific function, named monocolumn. Lots of units were defined as valid, but only some with the best responses were chosen for deeper analysis, therefore this study discusses the stability criteria that shall apply to this concept. All the analyses were conduced considering numerical methods and among all the possibilities, final dimensions were generated and prototypes were built and tested in test tanks to prove their efficiency.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A pesquisa aqui apresentada amostrou a plataforma continental e talude superior entre Ubatuba (SP) e o cabo Búzios (RJ), em dois projetos de escala local e de meso-escala. A campanha entre Ubatuba e o cabo Frio foi realizada no âmbito do projeto Oceano-Rio: levantamentos oceanográficos integrados ao largo do Estado do Rio de Janeiro, realizado em colaboração com o Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) e com a cooperação da Marinha do Brasil (MB), a bordo do Navio Hidro-oceanográfico Cruzeiro do Sul. Dos dados coletados nesta campanha oceanográfica, foram analisados os dados de CTD, concentração de oxigênio dissolvido, fluorescência, transmissividade, atenuação, retro-espalhamento além de amostras de água para a determinação direta da concentração de material particulado em suspensão (MPS). No experimento de menor escala, entre o cabo Frio e o cabo Búzios, além destes dados, foi realizado um fundeio entre 02 e 30 de julho de 2011, que amostrou a intensidade do eco, as correntes e as ondas. As análises realizadas permitiram observar uma grande abrangência da massa dágua característica da Ressurgência sobre a plataforma continental entre Ubatuba (SP) e cabo Búzios (RJ), inclusive em regiões muito rasas. A ressurgência nem sempre ocorreu associada aos ventos NE, sugerindo que a ocorrência de vórtices tem grande influência sobre o Sistema de Ressurgência de Cabo Frio. O padrão de distribuição de MPS na região é muito influenciado pela ressuspensão dos sedimentos de fundo (aumentada durante as tempestades, quando a coluna dágua passa a apresentar maiores concentrações de MPS), produção fitoplanctônica e aporte das baías costeiras. Outros processos que parecem influenciar este padrão são os vórtices e as ondas internas no talude. A complexidade da interação destas diferentes fontes de MPS e processos associados à sua distribuição ficou evidenciada no processo de conversão dos sinais óticos do transmissômetro e nefelômetro em concentração de MPS. Apesar desta dificuldade associada à grande variabilidade das características do MPS, as análises dos testes de conversão do sinal ótico em concentração de MPS permitem concluir que as melhores conversões podem ser obtidas após a inspeção visual das concentrações de MPS medidos (filtração) e remoção das amostras que não seguem a tendência geral esperada de dispersão sinal ótico versus concentração de MPS. / The research presented here sampled the continental shelf and upper slope from Ubatuba (SP) to Búzios cape (RJ) on two projects at local and meso-scale. The cruise between Cape Frio and Ubatuba was performed under the project Oceano-Rio: levantamentos oceanográficos integrados ao largo do Estado do Rio de Janeiro, conducted in collaboration with the Ministry of Science and Technology (MCT) and the Brazilian Navy aboard the Cruzeiro do Sul Hydro-Oceanographic vessel. Of oceanographic data collected in this campaign, we analyzed data from CTD, dissolved oxygen, fluorescence, transmissivity, attenuation, back-scattering as well as water samples for the direct determination of the concentration of suspended particulate matter (SPM). In the experiment between Cabo Frio and Búzios capes, in addition to these data, an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) was positioned near the bottom and collected data from the echo intensity, currents and waves, between 02 and 30 July 2011. The analysis allowed to observe a wide range of water mass characteristic of upwelling on the continental shelf from Ubatuba (SP) to Búzios cape (RJ), even in very shallow regions. The resurgence was not always associated with the NE winds, suggesting that the occurrence of vortices has a great influence on the Upwelling System of Cabo Frio. The distribution pattern of SPM in the region is strongly influenced by resuspension of bottom sediments (enhanced during storms, when the water column begins to show higher concentrations of SPM), phytoplankton production and supply of coastal bays. Other processes that seem to influence this pattern are the vortices and internal waves on the slope. The complexity of the interaction of these different sources of MPS and processes associated with its distribution was evident in the process of converting the optical signals (transmissivity, attenuation and back-scattering) at a concentration of SPM. Despite this difficulty associated with the high variability of the characteristics of the SPM, the analysis of several tests that were carried out to convert optical signals into concentrations of SPM revealed that significantly improved results may be achieved after visual inspection of the directly determined values (through filtration of water samples) and removal of samples that do not follow the expected trend in regressions of the optical signals against concentrations.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A pesquisa aqui apresentada amostrou a plataforma continental e talude superior entre Ubatuba (SP) e o cabo Búzios (RJ), em dois projetos de escala local e de meso-escala. A campanha entre Ubatuba e o cabo Frio foi realizada no âmbito do projeto Oceano-Rio: levantamentos oceanográficos integrados ao largo do Estado do Rio de Janeiro, realizado em colaboração com o Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) e com a cooperação da Marinha do Brasil (MB), a bordo do Navio Hidro-oceanográfico Cruzeiro do Sul. Dos dados coletados nesta campanha oceanográfica, foram analisados os dados de CTD, concentração de oxigênio dissolvido, fluorescência, transmissividade, atenuação, retro-espalhamento além de amostras de água para a determinação direta da concentração de material particulado em suspensão (MPS). No experimento de menor escala, entre o cabo Frio e o cabo Búzios, além destes dados, foi realizado um fundeio entre 02 e 30 de julho de 2011, que amostrou a intensidade do eco, as correntes e as ondas. As análises realizadas permitiram observar uma grande abrangência da massa dágua característica da Ressurgência sobre a plataforma continental entre Ubatuba (SP) e cabo Búzios (RJ), inclusive em regiões muito rasas. A ressurgência nem sempre ocorreu associada aos ventos NE, sugerindo que a ocorrência de vórtices tem grande influência sobre o Sistema de Ressurgência de Cabo Frio. O padrão de distribuição de MPS na região é muito influenciado pela ressuspensão dos sedimentos de fundo (aumentada durante as tempestades, quando a coluna dágua passa a apresentar maiores concentrações de MPS), produção fitoplanctônica e aporte das baías costeiras. Outros processos que parecem influenciar este padrão são os vórtices e as ondas internas no talude. A complexidade da interação destas diferentes fontes de MPS e processos associados à sua distribuição ficou evidenciada no processo de conversão dos sinais óticos do transmissômetro e nefelômetro em concentração de MPS. Apesar desta dificuldade associada à grande variabilidade das características do MPS, as análises dos testes de conversão do sinal ótico em concentração de MPS permitem concluir que as melhores conversões podem ser obtidas após a inspeção visual das concentrações de MPS medidos (filtração) e remoção das amostras que não seguem a tendência geral esperada de dispersão sinal ótico versus concentração de MPS. / The research presented here sampled the continental shelf and upper slope from Ubatuba (SP) to Búzios cape (RJ) on two projects at local and meso-scale. The cruise between Cape Frio and Ubatuba was performed under the project Oceano-Rio: levantamentos oceanográficos integrados ao largo do Estado do Rio de Janeiro, conducted in collaboration with the Ministry of Science and Technology (MCT) and the Brazilian Navy aboard the Cruzeiro do Sul Hydro-Oceanographic vessel. Of oceanographic data collected in this campaign, we analyzed data from CTD, dissolved oxygen, fluorescence, transmissivity, attenuation, back-scattering as well as water samples for the direct determination of the concentration of suspended particulate matter (SPM). In the experiment between Cabo Frio and Búzios capes, in addition to these data, an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) was positioned near the bottom and collected data from the echo intensity, currents and waves, between 02 and 30 July 2011. The analysis allowed to observe a wide range of water mass characteristic of upwelling on the continental shelf from Ubatuba (SP) to Búzios cape (RJ), even in very shallow regions. The resurgence was not always associated with the NE winds, suggesting that the occurrence of vortices has a great influence on the Upwelling System of Cabo Frio. The distribution pattern of SPM in the region is strongly influenced by resuspension of bottom sediments (enhanced during storms, when the water column begins to show higher concentrations of SPM), phytoplankton production and supply of coastal bays. Other processes that seem to influence this pattern are the vortices and internal waves on the slope. The complexity of the interaction of these different sources of MPS and processes associated with its distribution was evident in the process of converting the optical signals (transmissivity, attenuation and back-scattering) at a concentration of SPM. Despite this difficulty associated with the high variability of the characteristics of the SPM, the analysis of several tests that were carried out to convert optical signals into concentrations of SPM revealed that significantly improved results may be achieved after visual inspection of the directly determined values (through filtration of water samples) and removal of samples that do not follow the expected trend in regressions of the optical signals against concentrations.