A complexa interação que ocorre entre os processos oceânicos e atmosféricos no Oceano Austral afeta a circulação oceânica global em diferentes camadas. O Mar de Weddell e o Mar de Ross possuem reconhecida importância na formação da Água de Fundo Antártica (AABW). O objetivo principal deste trabalho é caracterizar as massas de água dos Mares de Weddell e Ross, através dos dados mais recentes de reanálise oceânica SODA (Simple Ocean Data Assimilation). Através da técnica de separação de massas de água Análise Multiparamétrica Ótima (AMO) foi possível a identificação de 3 principais massas de água no Mar de Ross: Água Profunda Circumpolar Superior (UCDW), Água Profunda Circumpolar Inferior (LCDW) e Água de Plataforma de Baixa Salinidade (LSSW). A UCDW foi a que apresentou a maior variabilidade, não atingindo a Plataforma de gelo do MR durante os anos de 1950-1974. No Mar de Weddell foi possível a identificação das seguintes massas de água: Água Profunda Cálida (WDW), Água Profunda do Mar de Weddell (WSDW) e Água de Fundo do Mar de Weddell (WSBW). A WDW atingiu valores >70% à 800m. A WSDW possui em seu núcleo valores > 90% entre 2000 e 3500m. A WSBW, apresenta ~100% em profundidades > 4000m. / The complex interaction that occurs between the oceanic and atmospheric processes in the Southern Ocean affects global ocean circulation in different layers. The Weddell and Ross Seas have recognized importance in the formation of Antarctic Bottom Water (AABW). This work aims to characterize the water masses of the Weddell and Ross Seas, using the latest ocean data reanalysis SODA (Simple Ocean Data Assimilation). Through the water masses separation technique, Optimum Multiparameter Analysis (OMP), it was possible to identify three main water masses in Ross Sea: Upper Circumpolar Deep Water (UCDW), Lower Circumpolar Deep Water (LCDW) and Low Salinity Shelf Water (LSSW). UCDW showed the greatest variability, not reaching the Ross Sea Ice Shelf during the years 1950-1974. It was possible to identify the following water masses in Weddell Sea: Warm Deep Water (WDW), Weddell Sea Deep Water (WSDW) and Weddell Sea Bottom Water (WSBW). WDW reached values up to 70% in 800m. WSDW has in its core values > 90% between 2000 and 3500m. WSBW presents a contribution up to 100% at depths > 4000m.

O ciclo diurno do fluxo de CO2 no oceano Atlântico equatorial para o mês de agosto é estimado utilizando um algoritmo de transferência de gases. O algoritmo é baseado na teoria de similaridade de Monin-Obukhov para fluxos turbulentos na interface ar-mar e na física da transferência de CO2 na camada molecular oceânica. O ciclo diurno do fluxo de CO2, obtido na região, caracteriza o oceano Atlântico equatorial, durante o período, como fonte de CO2 para a atmosfera e seus valores estão entre 0,71 e 0,85 mol CO2 m^-2 ano^-1. / The diurnal cycle of CO2 is estimated for the month of August on the Atlantic Ocean using a gas transfer algorithm. The algorithm is based on the Monin-Obukhov similarity theory for turbulent transfer at the air-sea interface and the physics of the CO2 transfer at the oceanic molecular layer.

O objetivo deste trabalho é investigar a variabilidade das componentes do balanço de calor pela superfície no Atlântico Sul, entre 5oS e 30oS e para o período entre 2000 a 2004, através da combinação de dados provenientes de múltiplos satélites. Com isso, visamos verificar se os processos de troca de calor no oceano são dominados por variabilidade de larga escala e interanual. Os dados de temperatura da superfície do mar, vapor d\'água integrado e precipitação são provenientes do satélite de microondas do Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). Os dados de vento são obtidos pelo escaterômetro QuikSCAT e estimativas de radiação de ondas curtas e ondas longas são distribuídas pelo projeto Surface Radiation Budget. Utilizamos o algoritmo desenvolvido por Liu et. al. (1979) para o cálculo do fluxo de calor latente e sensível. Para obtermos uma determinação mais precisa dos fluxos turbulentos, utilizamos o algoritmo de Fairall et. al. (1996), onde estimamos a correção de Webb para o calor latente e o calor sensível devido à chuva. Analisamos as variáveis medidas e estimadas em termos da média, anomalia e diagramas de espaço-tempo (Hovmöller). As estimativas de balanço de calor pela superfície mostram que o Atlântico Sul perde calor para a atmosfera, principalmente na forma de calor latente, ao sul de 7oS. Em média, o máximo de perda de calor de -100W/m2 ocorre entre 12oS e 17oS. O balanço de calor é notadamente marcado por um forte ciclo sazonal, onde a amplitude anual chega a 250W/m2. A anomalia do balanço de calor apresenta correlações significativas com fenômenos remotos em escalas interanuais, indicando a estabelecimento de teleconexões rápidas através da atmosfera. / The objective of this study is to investigate the variability of the surface heat budget components in the tropical South Atlantic, between 5oS and 30oS and for the period between 2000 and 2005, through a methodology based on a multi--satellite approach. We aim to verify if the heat exchange processes in the ocean are dominated by large scale and interannual variability. The sea surface temperature, integrated water vapor and precipitation data are obtained by the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) microwave satellite. Wind vectors are measured by the QuikSCAT scatterometer satellite and the estimates of the shortwave and longwave radiation are distributed by the Surface Radiation Budget projetct. We used the algorithm developed by Liu79 et. al. (1979) to estimate the latent and sensible heat fluxes. To obtain a more precise estimation of the turbulent fluxes, we used an algorithm developed by Fairall et. al. (1996), where the Webb correction for the latent heat flux and the sensible heat flux due to the rainfall were included in the calculations. The results were analized in terms of the mean, anomaly, and space--time (Hovmöller) diagrams. The estimates of the surface heat balance showed that the South Atlantic loses heat to the atmosphere, mostly in the form of latent heat fluxes, south of 7oS. On average, there is a maximum in heat loss of -100W/m2 between 12oS e 17oS. The net surface heat flux has a strong seasonal cycle, with an amplitude of about 250W/m2. The surface energy balance shows significant correlations with remote phenomena at interannual scales indicating the establishment of rapid teleconnections through the atmosphere.

Submitted by Maria Dulce (mdulce@ndc.uff.br) on 2014-02-19T19:53:33Z No. of bitstreams: 1 Correia, Stephanie-Dissert-2013.pdf: 1911019 bytes, checksum: c01fdc0882e18a297b1e4fd6a874cad4 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-19T19:53:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correia, Stephanie-Dissert-2013.pdf: 1911019 bytes, checksum: c01fdc0882e18a297b1e4fd6a874cad4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Esta pesquisa tem o objetivo de conhecer as relações construídas e desfeitas entre holandeses, portugueses e congoleses no período de 1600 a 1650, prestando maior atenção, aos aspectos políticos e religiosos dessas relações. Para tal, foi importante perceber como as identidades dos senhores locais, sobretudo os mani Congo e Sonho, foram sendo construídas através das disputas travadas e como, muitas vezes, os discursos e as práticas possuíram diferenças enormes de acordo com os interesses e com as situações. Suas mudanças de posicionamentos políticos, seu fazer e desfazer de alianças em relação a holandeses, portugueses, espanhóis e italianos são pontos importantes da pesquisa e são vistos como contradições próprias das relações sociais. Categorias como católico, pagão e herege tinham enorme importância e eram manejadas de acordo com as exigências de cada situação. Foram justamente essas situações que impuseram discursos e práticas identitárias – por vezes aparentemente contraditórias – que se destacaram ao longo da pesquisa e que constituíram o foco de atenção deste trabalho. / This research aims to understand the relationship built and broken between Dutch, Portuguese and Congolese in the period from 1600 to 1650, paying more attention to the political and religious aspect of these relationships. For such, it was important to understand how the identities of local lords, especially the Congo and mani Dream, were built through the disputes waged and how the discourses and practices possessed huge differences according to the interests and situations. His changes of political positions, their making and unmaking alliances against the Dutch, Portuguese, Spanish and Italian are important points of the research and are seen as contradictions in social relations. Categories such as Catholics, pagan and heretic had enormous importance and were managed according the requirements of each situation. It was precisely these situations that imposed identity discourses and practices – sometimes seemingly contradictory – that stood out during the research and which were the focus of this work

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present work we studied the vertical profile of the Global Ocean temperature in years of occurrence El Nino-Southern Oscillation events, to better understand the functioning of this phenomenon. For its realization were used three sets of ocean reanalysis: ORAS4 produced by European Centre for Medium-range Weather Forecasts, the GODAS produced by National Centers for Environmental Prediction and SODA produced by Carton and Giese, 2008. The three sets of reanalysis showed the same potential temperature pattern in all layers of depth. The Ocean Temperature Index Equatorial Pacific is very well El Nino-Southern Oscillation events, as detected all El Niños and La Niñas occurred in the period of 52 years. Finally, it is concluded that the proposed new index can be used to determine (characterization) of El Nino-Southern Oscillation events with the same precision as the Oceanic Niño Index, and with superior accuracy for predicting El Nino-Southern Oscillation events as it detects these events several months in advance of the Oceanic Niño Index. Therefore, we can add one more tool to help us predict and better understand the El Nino-Southern Oscillation events. / No presente trabalho foi estudado o perfil vertical da temperatura do Oceano Global, em anos de ocorrência de eventos de El Niño Oscilação Sul, para compreender melhor o funcionamento deste fenômeno. Para a sua realização foram utilizados três conjuntos de reanálises oceânicas: ORAS4 produzida pelo European Centre for Medium-range Weather Forecasts, o GODAS foi desenvolvido pelo National Centers for Environmental Prediction e SODA desenvolvido por Carton e Giese, 2008. Os três conjuntos de reanálises apresentaram o mesmo padrão de temperatura potencial em todas as camadas de profundidade. O Índice de Temperatura Oceânica do Pacífico Equatorial representa muito bem os eventos de El Niño-Oscilação Sul, uma vez que detectou todos os EL Niños e La Niñas ocorridos no período de 52 anos. Por fim, conclui-se que o novo índice proposto pode ser utilizado para determinação (caracterização) de eventos de El Niño-Oscilação Sul com a mesma precisão que o Índice de Niño Oceânico, e com superior precisão para a previsão de eventos de El Niño-Oscilação Sul, uma vez que detecta estes eventos com alguns meses de antecedência em relação ao Índice de Niño Oceânico. Assim podemos acrescentar mais uma ferramenta que nos ajudará a prever e entender melhor os eventos de El Niño-Oscilação Sul.

Trabalhos prévios mostram que a variabilidade do gelo marinho antártico em diversas escalas temporais está intimamente relacionada a mecanismos de teleconexões trópicos-extratrópicos. Com base nesta hipótese, este trabalho pretende estabelecer a resposta da passagem dos trens de ondas em latitudes médias, associados a fenômenos de escala intrasazonal (20-100 dias) como a Oscilação de Madden-Julian (Madden-Julian Oscillation ou MJO), nas camadas superiores do Oceano Austral (OA) e impactos no gelo marinho antártico. O período investigado neste estudo é 19892007, com ênfase no inverno e sobre o mar de Ross, localizado no setor Pacífico austral (região diretamente afetada pela passagem dos trens de ondas de latitudes médias). Composições com defasagens (lag composites) de anomalias intrasazonais da tensão de cisalhamento do vento (zonal e meridional) mostram que correntes oceânicas são geradas em resposta a essa forçante atmosférica sobre o oceano no setor Pacífico austral. O transporte zonal e meridional de massa na camada de Ekman oceânica indica que divergência de massa nessa camada precede os eventos extremos intrasazonais de retração do gelo marinho em Ross (EIR). Em contraste, convergência precede períodos de eventos extremos intrasazonais de expansão do gelo marinho em Ross (EIE). A divergência (convergência) de massa na camada de Ekman associada com anomalias intrasazonais do bombeamento de Ekman resulta em ressurgência (subsidência) que precede a ocorrência de EIR (EIE). Alguns trabalhos mostram que águas intermediárias antárticas, que são relativamente mais quentes no inverno em relação às águas superficiais que estão próximas ao ponto de congelamento (ou congeladas), são dirigidas para a superfície do oceano pelo bombeamento de Ekman e ocasionam o derretimento do gelo marinho. Anomalias do transporte meridional de calor na camada de Ekman oceânica mostram que durante os EIR (EIE), calor é transportado para dentro (fora) do mar de Ross entre 15 e 8 dias (12 e 8 dias) precedentes aos EIR (EIE). Anomalias intrasazonais do fluxo de calor na interface ar-mar mostram que precedendo o dia de observação dos EIR (EIE) o fluxo de calor é direcionado da atmosfera para o oceano (do oceano para a atmosfera), sendo essa configuração associada a um ganho (perda) de calor no oceano superior em Ross. Em todas as composições, observa-se a mudança de fase das anomalias nos dias posteriores (lags positivos) ao dia dos EIG e são consistentes com a propagação do modo conhecido como Pacific-South-American (PSA), identificado nesse trabalho por meio de anomalias intrasazonais da altura geopotencial em 200 hPa. Além disso, uma diferença notada em alguns casos nas lag-composities é que em períodos de MJO ativa, as anomalias parecem estar mais deslocadas para o sul do que em períodos de MJO inativa. Em períodos de MJO inativa foram observados 15 (13) eventos de EIR (EIE), enquanto que, em períodos de MJO ativa observou-se 25 (24) eventos de EIR (EIE). Observa-se ainda que há uma maior quantidade de ciclones quando a MJO está presente. Por exemplo, o número de ciclones com duração a partir de 12 horas para períodos sem MJO foi igual a 146 para os EIR e 130 para os EIE. Já o número de ciclones para períodos com MJO foi igual a 311 para os EIR e 278 para os EIE. Com isso, observa-se claramente o papel da MJO na circulação de latitudes média e possíveis associações com o gelo marinho, pois é sabido que a atividade ciclônica está relacionada à advecção de massas de ar sobre o gelo marinho, além da advecção do próprio gelo marinho. Para investigar em detalhes a interação oceano-atmosfera-gelo marinho foram examinados casos persistentes de EIR e EIE. Os casos mais persistentes de EIR (EIE) tiveram durações de 34 e 30 (26 e 25) dias, sendo esses os casos analisados. Mostra-se que as anomalias intrasazonais da circulação atmosférica em baixos níveis (em 850 hPa) estão associadas a advecções quentes (frias) na proporção de aproximadamente 0,5 1 (0,1 1) m.s-1 em períodos precedentes aos EIR (EIE). No geral, anomalias em latitudes médias da circulação atmosférica ciclônicas (anti-ciclônicas) e divergência (convergência) das correntes oceânicas superficiais aparecem relacionadas à ressurgência (subsidência) da ordem de 0,1 0,3 m2.s-1 em algumas pêntadas anteriores a pêntada que corresponde ao início dos supercasos de EIR (EIE). Os padrões mudam de fase com o tempo, o que sugere a propagação de um padrão de onda em escala intrasazonal. Estas anomalias mostram-se abrangendo dimensões espaciais que compreendem grande parte do setor Pacífico austral, incluindo o mar de Ross. Impactos associados a estas anomalias podem ser verificados diretamente no mar de Ross através das análises da concentração do gelo marinho em Ross. Anomalias intrasazonais negativas (positivas) da concentração do gelo marinho predominam sobre o campo do gelo marinho do mar de Ross nas primeiras pêntadas a partir daquela que indica o início dos casos persistentes de EIR (EIE). Durante os períodos de EIR, as anomalias intrasazonais negativas da concentração do gelo mostram-se da ordem de aproximadamente 5% a 10% no interior do mar de Ross e entre 15% a 30% nas bordas do gelo marinho de Ross. Já durante os períodos de EIE, as anomalias intrasazonais positivas da concentração do gelo marinho em Ross mostram-se da ordem de 10% a 30% nas bordas do gelo marinho do mar de Ross. Esse resultado mostra que a resposta do gelo marinho aos padrões atmosféricos e oceânicos em escala intrasazonal possui uma defasagem entre 5 e 1 pêntada(s). No geral, este trabalho cumpriu o objetivo de verificar as respostas do oceano às anomalias da circulação atmosférica e impactos associados no gelo marinho, em escala intrasazonal. / Previous works show that antarctic sea ice variability on several time-scales is close related to tropics-extratropics teleconections mechanisms. Based on this hyphotesis, this work intend to verify the responses in oceanic upper layers of Austral Ocean on intraseasonal time-scale (20-100 days) phenomenom and impacts on sea ice due to anomalous atmospheric circulation associated to the Madden-Julian Oscillation (MJO). The period analysed in this study is from 1989 to 2007, with emphasis on winter season and on Ross Sea (located at austral Pacific sector). Lag composities of zonal and meridional intraseasonal wind stress anomalies show that oceanic currents are generated as a response of these atmospheric forcings on austral Pacific sector. Zonal and meridional mass transport on oceanic Ekman layer, which are perpendicular and to the left of wind stress at Southern Hemisphere (SH), indicate that Ekman mass divergence precedes intraseasonal Ross sea ice extreme retraction (EIR). In contrast, convergence precedes the periods of extreme intraseasonal Ross sea ice expantion (EIE). Divergence (convergence) on oceanic Ekman layer associated to intraseasonal Ekman pumping anomalies results in upwelling (downwelling) wich precedes the occurrence of EIR (EIE). Some works have already shown that intermediate antarctic waters, wich are relatively warmer in the wintertime when compared to superficial waters that are next to the freezing point (or freezed), are headed to ocean surface due to Ekman pumping, generating sea ice melt. Intraseasonal anomalies of sea-air heat flux show that days before EIR (EIE) occurrences, the flux is headed from atmosphere to the ocean (from ocean to the atmosphere), which configuration is associated to the earn (loss) of heat at Ross upper ocean. In all compositions, the change of anomalies phase on the days before EI occurrence (positive lags) is clearly noticed and is consistent to the propagations of the mode known as Pacific South American (PSA), revealed in intraseasonal anomalies of geopotencial height at 200 hPa. Furthermore, in some cases (as in the case of Ekman pumping and Sverdrup transport) the anomalies seem to be deplaced southward in active MJO periods than in inactive MJO periods. In inactive MJO periods were observed 15 (13) EIR (EIE) events, while in active MJO periods were observed 25 (24) EIR (EIE) events. Furthermore, the number of cyclones during EIR periods was bigger than during EIE periods. In addiction, more cyclones were observed when MJO is active. For example, the number of cyclones with duration of 6 (12) hours without MJO was equal to 174 (146) during EIR events and 169 (130) during EIE events. However, the number of cyclones with active MJO was equal to 393 (311) in EIR events and 364 (278) in EIE events. In order to investigate in details the interaction between ocean-atmosphere-sea ice, it was examinated persistents cases of EIR and EIE events. The cases more persistents of EIR (EIE) events had durations of 34 and 30 (26 and 25) days, which were the analised cases. It was observed that intraseasonal anomalies of atmospheric circulation at lower levels (in 850 hPa) and intraseasonal anomalies of superficial ocean currents were associates to hot (cold) advection during periods before EIR (EIR) events. In general, the medium latitude cyclonic (anticyclonic) anomalies of atmospheric circulation and divergence (convergence) of superficial ocean currents seem to be linked to upwelling (downwelling) in some pentads before the pentad which is correspondent to the beggining of EIR (EIE) supercases. The patterns observed change their phases along the time, suggesting the propagation of extratropical intraseasonal wave train pattern. Negatives (positives) intraseasonal anomalies of sea ice concentration were observed above Ross Sea in the first pentads after the beggining of EIR (EIE) persistents cases. This result shows that sea ice response to atmospheric and to oceanic patterns on intraseasonal time-scales has a lag between 5 and 1 pentad(s). In general, this work contributed to better understand the oceanic responses due to anomalies in atmospheric circulation and related impacts on sea ice, on intraseasonal time-scale.

The intrusion pathways and physical mechanisms associated with intrusions of cold, nutrient-rich South Atlantic Central Water (SACW) onto the continental shelf of the Espírito Santo Basin (ESB), off southeast Brazil (18°S-22°S), are investigated. The approach consists of analyses of a set of simplified, process-oriented, primitive-equation numerical models supported by the analyses of an independent, more realistic numerical model and available observations. The cross-isobath circulation is found to be strongly dominated by wind-driving, consistent with previous findings. In the model experiments, SACW enters the ESB shelf through two preferential pathways along the Tubarão Bight area (TB, 19.5°S-22°S). These pathways are found to be locations where an equatorward along-isobath pressure gradient force (PGFy∗) of ∼2 x 10-6 m s-2 develops in response to steady wind forcing. This equatorward PGFy∗ is essentially in geostrophic balance, and therefore induces onshore flow across the shelf edge and most of the shelf proper. The Brazil Current (BC) imparts an additional equatorward PGFy∗ on the shelf. The momentum budget reveals that the ageostrophic residue of the PGFy∗ is compensated mostly by momentum advection and bottom friction. Buoyancy arrest might be important under more intense SACW intrusion events, as suggested by the maximum observed values of the slope Burger number (0.32-0.92). Among the deep ocean forcing mechanisms considered, the intrinsic pycnocline uplifting effect of the BC seems to be responsible for ∼1.4°C colder upwelled water under steady, upwelling-favorable wind forcing, relative to a flat stratification scenario. The BC also seems to induce local intrusions by inertially overshooting the shelf edge, consistent with Rossby numbers of ∼0.3-0.5, as estimated for the area along the TB shelf edge. Finally, the planetary β-effect is also related to a background equatorward PGFy∗. In addition, the steady response of the continental shelf to a periodic (in the along-shelf direction) pressure forcing at the shelf edge is compared with the BC-forced primitive-equation numerical solutions. A simple Arrested Topographic Wave (ATW) analytical model is found to be successful in representing the general features of the numerical solutions. The cross-shelf e-folding scales of the cross-shelf velocity estimated from the numerical solutions agree in order of magnitude with the cross-shelf penetration scale q-1 = [-2r/(lfs)]½ = 10 km predicted by the ATW, where r is a linear bottom resistance parameter, l is the along-shelf wavenumber of the forcing at the shelf edge, f is the Coriolis parameter and s is the bottom slope. Furthermore, the use of quadratic bottom stress accounts for some of the relative increase in the numerical onshore penetration scales, which are predicted to be qquadratic-1 = [-2CD/(lfs)]½ [Ubot]½, where CD is a quadratic bottom friction parameter and Ubot is the near-bottom velocity magnitude. The kind of steady response to periodic deep ocean forcing examined here may provide insight into other continental shelves under the influence of western boundary currents. / Os caminhos e os mecanismos físicos associados ao fenômeno de intrusão da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) na plataforma continental da Bacia do Espírito Santo (BES) ao largo da costa sudeste (18°S-22°S) são investigados nesta dissertação. A abordagem consiste da análise de experimentos numéricos de equações primitivas simplificados, combinados com a análise de um modelo numérico mais completo, e com análise de observações disponíveis. Conclui-se que a circulação na direção perpendicular às isóbatas é fortemente dominada pelo vento, de acordo com resultados pretéritos. Nos experimentos numéricos, a ACAS ingressa na plataforma da BES através de dois caminhos preferenciais de intrusão no Embaiamento de Tubarão (ET, 19,5°S-22°S). Estes caminhos de intrusão coincidem com áreas em que uma Força do Gradiente de Pressão na direção paralela às isóbatas (PGFy∗), com magnitude de ∼2 x 10-6 m s-2, se forma em resposta ao vento. A PGFy∗ se encontra essencialmente em balanço geostrófico, e impulsiona um escoamento na direção da costa. A Corrente do Brasil (CB) induz uma PGFy∗ adicional favorável à intrusão. O balanço de momentum revela que o resíduo ageostrófico da PGFy∗ é balanceado principalmente pela advecção de momentum e pelo atrito de fundo. O mecanismo de desligamento da camada de Ekman de fundo por empuxo (tradução livre de buoyancy arrest) pode ser importante em eventos mais intensos de intrusão de ACAS, em razão das estimativas do número de Burger de inclinação (tradução livre de slope Burger number) observado (0,32-0,92). O efeito de soerguimento da termoclina ligado à CB aparenta diminuir em ∼1,4 °C a temperatura da água que aflora em eventos de ressurgência costeira. A CB também parece produzir intrusões locais na borda da plataforma por efeitos inerciais, de acordo com as estimativas de ∼0,3-0,5 para o número de Rossby ao longo da borda da plataforma. Por fim, o efeito β planetário também é associado a uma PGFy∗ básica na direção do equador. Adicionalmente, a resposta estacionária da plataforma continental a um campo de pressão periódico ao longo da borda da plataforma é comparada com as soluções numéricas. Um simples modelo analítico do tipo Onda Topográfica Aprisionada (OTA, tradução livre de Arrested Topographic Wave) representa as características gerais das soluções numéricas. As escalas de decaimento Neperiano (e) na direção perpendicular à plataforma estimadas a partir das soluções numéricas são comparáveis à escala de penetração q-1 = [-2r/(lfs)]½ = 10 km prevista pela OTA, onde r é um coeficiente linear de atrito de fundo, l é o número de onda da forçante, f é o parâmetro de Coriolis e s é a inclinação do fundo. O uso de uma parametrização quadrática para o atrito de fundo prevê parte da diminuição da e. A escala de penetração quadrática é qquadratic-1 = [-2CD/(lfs)]½[Ubot]½, onde CD é um coeficiente quadrático de atrito de fundo e Ubot é a magnitude da velocidade próxima ao fundo. Este tipo de resposta estacionária da plataforma a uma forçante periódica ligada ao oceano profundo pode ajudar a elucidar processos físicos em outras plataformas continentais que se encontram sob a influência de correntes de limite oeste.

The intrusion pathways and physical mechanisms associated with intrusions of cold, nutrient-rich South Atlantic Central Water (SACW) onto the continental shelf of the Espírito Santo Basin (ESB), off southeast Brazil (18°S-22°S), are investigated. The approach consists of analyses of a set of simplified, process-oriented, primitive-equation numerical models supported by the analyses of an independent, more realistic numerical model and available observations. The cross-isobath circulation is found to be strongly dominated by wind-driving, consistent with previous findings. In the model experiments, SACW enters the ESB shelf through two preferential pathways along the Tubarão Bight area (TB, 19.5°S-22°S). These pathways are found to be locations where an equatorward along-isobath pressure gradient force (PGFy∗) of ∼2 x 10-6 m s-2 develops in response to steady wind forcing. This equatorward PGFy∗ is essentially in geostrophic balance, and therefore induces onshore flow across the shelf edge and most of the shelf proper. The Brazil Current (BC) imparts an additional equatorward PGFy∗ on the shelf. The momentum budget reveals that the ageostrophic residue of the PGFy∗ is compensated mostly by momentum advection and bottom friction. Buoyancy arrest might be important under more intense SACW intrusion events, as suggested by the maximum observed values of the slope Burger number (0.32-0.92). Among the deep ocean forcing mechanisms considered, the intrinsic pycnocline uplifting effect of the BC seems to be responsible for ∼1.4°C colder upwelled water under steady, upwelling-favorable wind forcing, relative to a flat stratification scenario. The BC also seems to induce local intrusions by inertially overshooting the shelf edge, consistent with Rossby numbers of ∼0.3-0.5, as estimated for the area along the TB shelf edge. Finally, the planetary β-effect is also related to a background equatorward PGFy∗. In addition, the steady response of the continental shelf to a periodic (in the along-shelf direction) pressure forcing at the shelf edge is compared with the BC-forced primitive-equation numerical solutions. A simple Arrested Topographic Wave (ATW) analytical model is found to be successful in representing the general features of the numerical solutions. The cross-shelf e-folding scales of the cross-shelf velocity estimated from the numerical solutions agree in order of magnitude with the cross-shelf penetration scale q-1 = [-2r/(lfs)]½ = 10 km predicted by the ATW, where r is a linear bottom resistance parameter, l is the along-shelf wavenumber of the forcing at the shelf edge, f is the Coriolis parameter and s is the bottom slope. Furthermore, the use of quadratic bottom stress accounts for some of the relative increase in the numerical onshore penetration scales, which are predicted to be qquadratic-1 = [-2CD/(lfs)]½ [Ubot]½, where CD is a quadratic bottom friction parameter and Ubot is the near-bottom velocity magnitude. The kind of steady response to periodic deep ocean forcing examined here may provide insight into other continental shelves under the influence of western boundary currents. / Os caminhos e os mecanismos físicos associados ao fenômeno de intrusão da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) na plataforma continental da Bacia do Espírito Santo (BES) ao largo da costa sudeste (18°S-22°S) são investigados nesta dissertação. A abordagem consiste da análise de experimentos numéricos de equações primitivas simplificados, combinados com a análise de um modelo numérico mais completo, e com análise de observações disponíveis. Conclui-se que a circulação na direção perpendicular às isóbatas é fortemente dominada pelo vento, de acordo com resultados pretéritos. Nos experimentos numéricos, a ACAS ingressa na plataforma da BES através de dois caminhos preferenciais de intrusão no Embaiamento de Tubarão (ET, 19,5°S-22°S). Estes caminhos de intrusão coincidem com áreas em que uma Força do Gradiente de Pressão na direção paralela às isóbatas (PGFy∗), com magnitude de ∼2 x 10-6 m s-2, se forma em resposta ao vento. A PGFy∗ se encontra essencialmente em balanço geostrófico, e impulsiona um escoamento na direção da costa. A Corrente do Brasil (CB) induz uma PGFy∗ adicional favorável à intrusão. O balanço de momentum revela que o resíduo ageostrófico da PGFy∗ é balanceado principalmente pela advecção de momentum e pelo atrito de fundo. O mecanismo de desligamento da camada de Ekman de fundo por empuxo (tradução livre de buoyancy arrest) pode ser importante em eventos mais intensos de intrusão de ACAS, em razão das estimativas do número de Burger de inclinação (tradução livre de slope Burger number) observado (0,32-0,92). O efeito de soerguimento da termoclina ligado à CB aparenta diminuir em ∼1,4 °C a temperatura da água que aflora em eventos de ressurgência costeira. A CB também parece produzir intrusões locais na borda da plataforma por efeitos inerciais, de acordo com as estimativas de ∼0,3-0,5 para o número de Rossby ao longo da borda da plataforma. Por fim, o efeito β planetário também é associado a uma PGFy∗ básica na direção do equador. Adicionalmente, a resposta estacionária da plataforma continental a um campo de pressão periódico ao longo da borda da plataforma é comparada com as soluções numéricas. Um simples modelo analítico do tipo Onda Topográfica Aprisionada (OTA, tradução livre de Arrested Topographic Wave) representa as características gerais das soluções numéricas. As escalas de decaimento Neperiano (e) na direção perpendicular à plataforma estimadas a partir das soluções numéricas são comparáveis à escala de penetração q-1 = [-2r/(lfs)]½ = 10 km prevista pela OTA, onde r é um coeficiente linear de atrito de fundo, l é o número de onda da forçante, f é o parâmetro de Coriolis e s é a inclinação do fundo. O uso de uma parametrização quadrática para o atrito de fundo prevê parte da diminuição da e. A escala de penetração quadrática é qquadratic-1 = [-2CD/(lfs)]½[Ubot]½, onde CD é um coeficiente quadrático de atrito de fundo e Ubot é a magnitude da velocidade próxima ao fundo. Este tipo de resposta estacionária da plataforma a uma forçante periódica ligada ao oceano profundo pode ajudar a elucidar processos físicos em outras plataformas continentais que se encontram sob a influência de correntes de limite oeste.

Trabalhos prévios mostram que a variabilidade do gelo marinho antártico em diversas escalas temporais está intimamente relacionada a mecanismos de teleconexões trópicos-extratrópicos. Com base nesta hipótese, este trabalho pretende estabelecer a resposta da passagem dos trens de ondas em latitudes médias, associados a fenômenos de escala intrasazonal (20-100 dias) como a Oscilação de Madden-Julian (Madden-Julian Oscillation ou MJO), nas camadas superiores do Oceano Austral (OA) e impactos no gelo marinho antártico. O período investigado neste estudo é 19892007, com ênfase no inverno e sobre o mar de Ross, localizado no setor Pacífico austral (região diretamente afetada pela passagem dos trens de ondas de latitudes médias). Composições com defasagens (lag composites) de anomalias intrasazonais da tensão de cisalhamento do vento (zonal e meridional) mostram que correntes oceânicas são geradas em resposta a essa forçante atmosférica sobre o oceano no setor Pacífico austral. O transporte zonal e meridional de massa na camada de Ekman oceânica indica que divergência de massa nessa camada precede os eventos extremos intrasazonais de retração do gelo marinho em Ross (EIR). Em contraste, convergência precede períodos de eventos extremos intrasazonais de expansão do gelo marinho em Ross (EIE). A divergência (convergência) de massa na camada de Ekman associada com anomalias intrasazonais do bombeamento de Ekman resulta em ressurgência (subsidência) que precede a ocorrência de EIR (EIE). Alguns trabalhos mostram que águas intermediárias antárticas, que são relativamente mais quentes no inverno em relação às águas superficiais que estão próximas ao ponto de congelamento (ou congeladas), são dirigidas para a superfície do oceano pelo bombeamento de Ekman e ocasionam o derretimento do gelo marinho. Anomalias do transporte meridional de calor na camada de Ekman oceânica mostram que durante os EIR (EIE), calor é transportado para dentro (fora) do mar de Ross entre 15 e 8 dias (12 e 8 dias) precedentes aos EIR (EIE). Anomalias intrasazonais do fluxo de calor na interface ar-mar mostram que precedendo o dia de observação dos EIR (EIE) o fluxo de calor é direcionado da atmosfera para o oceano (do oceano para a atmosfera), sendo essa configuração associada a um ganho (perda) de calor no oceano superior em Ross. Em todas as composições, observa-se a mudança de fase das anomalias nos dias posteriores (lags positivos) ao dia dos EIG e são consistentes com a propagação do modo conhecido como Pacific-South-American (PSA), identificado nesse trabalho por meio de anomalias intrasazonais da altura geopotencial em 200 hPa. Além disso, uma diferença notada em alguns casos nas lag-composities é que em períodos de MJO ativa, as anomalias parecem estar mais deslocadas para o sul do que em períodos de MJO inativa. Em períodos de MJO inativa foram observados 15 (13) eventos de EIR (EIE), enquanto que, em períodos de MJO ativa observou-se 25 (24) eventos de EIR (EIE). Observa-se ainda que há uma maior quantidade de ciclones quando a MJO está presente. Por exemplo, o número de ciclones com duração a partir de 12 horas para períodos sem MJO foi igual a 146 para os EIR e 130 para os EIE. Já o número de ciclones para períodos com MJO foi igual a 311 para os EIR e 278 para os EIE. Com isso, observa-se claramente o papel da MJO na circulação de latitudes média e possíveis associações com o gelo marinho, pois é sabido que a atividade ciclônica está relacionada à advecção de massas de ar sobre o gelo marinho, além da advecção do próprio gelo marinho. Para investigar em detalhes a interação oceano-atmosfera-gelo marinho foram examinados casos persistentes de EIR e EIE. Os casos mais persistentes de EIR (EIE) tiveram durações de 34 e 30 (26 e 25) dias, sendo esses os casos analisados. Mostra-se que as anomalias intrasazonais da circulação atmosférica em baixos níveis (em 850 hPa) estão associadas a advecções quentes (frias) na proporção de aproximadamente 0,5 1 (0,1 1) m.s-1 em períodos precedentes aos EIR (EIE). No geral, anomalias em latitudes médias da circulação atmosférica ciclônicas (anti-ciclônicas) e divergência (convergência) das correntes oceânicas superficiais aparecem relacionadas à ressurgência (subsidência) da ordem de 0,1 0,3 m2.s-1 em algumas pêntadas anteriores a pêntada que corresponde ao início dos supercasos de EIR (EIE). Os padrões mudam de fase com o tempo, o que sugere a propagação de um padrão de onda em escala intrasazonal. Estas anomalias mostram-se abrangendo dimensões espaciais que compreendem grande parte do setor Pacífico austral, incluindo o mar de Ross. Impactos associados a estas anomalias podem ser verificados diretamente no mar de Ross através das análises da concentração do gelo marinho em Ross. Anomalias intrasazonais negativas (positivas) da concentração do gelo marinho predominam sobre o campo do gelo marinho do mar de Ross nas primeiras pêntadas a partir daquela que indica o início dos casos persistentes de EIR (EIE). Durante os períodos de EIR, as anomalias intrasazonais negativas da concentração do gelo mostram-se da ordem de aproximadamente 5% a 10% no interior do mar de Ross e entre 15% a 30% nas bordas do gelo marinho de Ross. Já durante os períodos de EIE, as anomalias intrasazonais positivas da concentração do gelo marinho em Ross mostram-se da ordem de 10% a 30% nas bordas do gelo marinho do mar de Ross. Esse resultado mostra que a resposta do gelo marinho aos padrões atmosféricos e oceânicos em escala intrasazonal possui uma defasagem entre 5 e 1 pêntada(s). No geral, este trabalho cumpriu o objetivo de verificar as respostas do oceano às anomalias da circulação atmosférica e impactos associados no gelo marinho, em escala intrasazonal. / Previous works show that antarctic sea ice variability on several time-scales is close related to tropics-extratropics teleconections mechanisms. Based on this hyphotesis, this work intend to verify the responses in oceanic upper layers of Austral Ocean on intraseasonal time-scale (20-100 days) phenomenom and impacts on sea ice due to anomalous atmospheric circulation associated to the Madden-Julian Oscillation (MJO). The period analysed in this study is from 1989 to 2007, with emphasis on winter season and on Ross Sea (located at austral Pacific sector). Lag composities of zonal and meridional intraseasonal wind stress anomalies show that oceanic currents are generated as a response of these atmospheric forcings on austral Pacific sector. Zonal and meridional mass transport on oceanic Ekman layer, which are perpendicular and to the left of wind stress at Southern Hemisphere (SH), indicate that Ekman mass divergence precedes intraseasonal Ross sea ice extreme retraction (EIR). In contrast, convergence precedes the periods of extreme intraseasonal Ross sea ice expantion (EIE). Divergence (convergence) on oceanic Ekman layer associated to intraseasonal Ekman pumping anomalies results in upwelling (downwelling) wich precedes the occurrence of EIR (EIE). Some works have already shown that intermediate antarctic waters, wich are relatively warmer in the wintertime when compared to superficial waters that are next to the freezing point (or freezed), are headed to ocean surface due to Ekman pumping, generating sea ice melt. Intraseasonal anomalies of sea-air heat flux show that days before EIR (EIE) occurrences, the flux is headed from atmosphere to the ocean (from ocean to the atmosphere), which configuration is associated to the earn (loss) of heat at Ross upper ocean. In all compositions, the change of anomalies phase on the days before EI occurrence (positive lags) is clearly noticed and is consistent to the propagations of the mode known as Pacific South American (PSA), revealed in intraseasonal anomalies of geopotencial height at 200 hPa. Furthermore, in some cases (as in the case of Ekman pumping and Sverdrup transport) the anomalies seem to be deplaced southward in active MJO periods than in inactive MJO periods. In inactive MJO periods were observed 15 (13) EIR (EIE) events, while in active MJO periods were observed 25 (24) EIR (EIE) events. Furthermore, the number of cyclones during EIR periods was bigger than during EIE periods. In addiction, more cyclones were observed when MJO is active. For example, the number of cyclones with duration of 6 (12) hours without MJO was equal to 174 (146) during EIR events and 169 (130) during EIE events. However, the number of cyclones with active MJO was equal to 393 (311) in EIR events and 364 (278) in EIE events. In order to investigate in details the interaction between ocean-atmosphere-sea ice, it was examinated persistents cases of EIR and EIE events. The cases more persistents of EIR (EIE) events had durations of 34 and 30 (26 and 25) days, which were the analised cases. It was observed that intraseasonal anomalies of atmospheric circulation at lower levels (in 850 hPa) and intraseasonal anomalies of superficial ocean currents were associates to hot (cold) advection during periods before EIR (EIR) events. In general, the medium latitude cyclonic (anticyclonic) anomalies of atmospheric circulation and divergence (convergence) of superficial ocean currents seem to be linked to upwelling (downwelling) in some pentads before the pentad which is correspondent to the beggining of EIR (EIE) supercases. The patterns observed change their phases along the time, suggesting the propagation of extratropical intraseasonal wave train pattern. Negatives (positives) intraseasonal anomalies of sea ice concentration were observed above Ross Sea in the first pentads after the beggining of EIR (EIE) persistents cases. This result shows that sea ice response to atmospheric and to oceanic patterns on intraseasonal time-scales has a lag between 5 and 1 pentad(s). In general, this work contributed to better understand the oceanic responses due to anomalies in atmospheric circulation and related impacts on sea ice, on intraseasonal time-scale.

VILLELA, FRANCO N. J. Análise decadal do fluxo de CO2 entre o oceano e a atmosfera na passagem de Drake, Oceano Austral. 2011. 148 f. Dissertação (mestrado) Programa de Pós-Graduação em Ciência Ambiental (PROCAM), Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011. Para a área delimitada pelos paralelos 60ºS e 62,5ºS e pelos meridianos 60ºW e 65ºW, localizada no sul da Passagem de Drake, no Oceano Austral, próximo à Península Antártica, foram calculadas as distribuições médias de 2000 a 2009, sazonais e anual, do fluxo de CO2 na interface oceano-atmosfera e de suas variáveis associadas: a pressão parcial de CO2 na superfície marinha (PCO2sw), a pressão parcial de CO2 na atmosfera (PCO2ar), a diferença da pressão parcial de CO2 entre o oceano e a atmosfera (PCO2) e a taxa de transferência gasosa (TR), que é produto do coeficiente solubilidade do CO2 na água do mar pela velocidade de transferência gasosa. A parametrização utilizada no cálculo dos fluxos foi a de Takahashi et al. (2009) com TR dependente da velocidade do vento ao quadrado multiplicada por um fator de escala 0,26. A área de estudo tem cerca de 75 mil km2 e foi dividida em uma grade espacial de 0,5º x 0,5º, resultando em 50 quadrículas. Foram utilizados mais de 46 mil medições de PCO2sw, que na média espacial variou de 362,7 ±11,2 a 371,9 ±17,5 µatm, no verão e primavera respectivamente. A PCO2 variou de -0,4 a 5,7 µatm no outono e primavera, respectivamente. A TR variou de 0,065 ±0,04 a 0,088 ±0,002 gC.mês-1.m-2.µatm-1, no verão e inverno, respectivamente. O fluxo líquido, se tomando a concentração de gelo como negligenciável, variou de -0,039 ±0,865 a 0,456 ±1,221 gC.m-2.mês-1, no outono e inverno, respectivamente. O fluxo total anual de carbono, estimado através da média espacial por quadrícula, foi de 95 GgC.ano-1. Dessa maneira, na estimativa anual, a superfície do mar se comporta como fonte de CO2 para a atmosfera, principalmente devido à região da plataforma continental com PCO2sw consideravelmente maior que o da atmosfera. Sazonalmente sugere-se que no verão a maior disponibilidade de radiação solar, a temperatura da superfície do mar (TSM) mais elevada e os ventos mais fracos favorecem a produção de biomassa fitoplanctônica, fazendo com que a bomba biológica seja o processo dominante na diminuição da PCO2sw e na absorção de CO2 atmosférico pela superfície marinha. Já no inverno, os ventos se intensificam e, associados com o forte resfriamento da TSM, promovem a mistura com águas profundas ricas em carbono inorgânico dissolvido, levando a superfície marinha a um estado de supersaturação de CO2 em relação à atmosfera. Ventos circumpolares de oeste mais intensos e deslocados para sul tem sido apontados como a causa do aumento da PCO2sw em igual ou maior taxa do que ocorre na atmosfera. Na área de estudo foi levantada uma tendência média da intensidade do vento de 0,23 ±0,03 m.s-1.década-1 e um aumento na freqüência da componente zonal de oeste (positiva) de 1,47 ± 1,13 % .década-1. Sugere-se que estas tendências estejam relacionadas com o Modo Anular Austral (SAM). Entretanto, a tendência decadal estimada para a PCO2sw foi menor que para a atmosfera, apesar de ambas indicarem tendência de aumento. Acredita-se que a grande variabilidade e distribuição esparsa de dados tenham mascarado a magnitude da estimativa da tendência de PCO2sw. / VILLELA, FRANCO N. J. Decadal analysis of the CO2 sea-air flux in the Drake Passage, Southern Ocean 2011. 148 f. Dissertação (mestrado) Programa de Pós-Graduação em Ciência Ambiental (PROCAM), Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011. For the area bounded by parallels 60°S and 62.5°S and meridians 60°W and 65°W, located in the southern Drake Passage in the Southern Ocean, near the Antarctic Peninsula, mean seasonal and annual distributions of CO2 flux at the ocean-atmosphere interface, from 2000 to 2009, have been computed, as well as their associated variables: the CO2 partial pressure at sea surface (PCO2sw), the CO2 partial pressure in atmosphere (PCO2ar), the CO2 pressure difference between ocean and atmosphere (PCO2), and the gas transfer rate (TR), which is the product of the CO2 solubility coefficient in sea water by the gas transfer velocity. The parameterization used to calculate fluxes was that of Takahashi et al. (2009) with TR depending on the squared wind speed multiplied by a scale factor 0.26. The study area has about 75,000 km2 and was divided into a grid of 0.5° x 0.5°, resulting in 50 area boxes. Over 46,000 PCO2sw measurements were used, which in the spatial mean varied from 362.7±11.2 to 371.9±17.5 µatm, in summer and spring, respectively. The PCO2 varied from 0.4 to 5.7 µatm in autumn and spring, respectively. TR varied from 0.065±0.04 to 0,088±0.002 gC.month-1.m-2.µatm-1, in summer and winter, respectively. The net flux, taking ice concentration as negligible, varied from 0.039±0.865 to 0.456±1.221 gC.month-1.m-2, in autumn and winter, respectively. The total annual carbon flux, estimated through the spatial mean per square, was 95 GgC.y-1. Thus, in the annual estimate the region acts as a source to the atmosphere, mainly due to the continental shelf having PCO2sw considerably greater than that of the atmosphere. Seasonally, it is suggested that in summer the greater availability of solar radiation, warmer sea surface temperature (SST), and weaker winds favor the production of phytoplanktonic mass, making the biological pump the dominating process in lowering the PCO2sw and the absorption of atmospheric CO2 by the sea surface. On the other hand, in winter winds intensify and, in association with the strong cooling of the SST, promote mixing with deep waters rich in dissolved inorganic carbon, leading the sea surface to a state of supersaturation in CO2 relative to the atmosphere. Stronger circumpolar west winds and displaced to the south have been pointed as the cause for the increase of PCO2sw at a rate equal to or greater than that occurring in the atmosphere. In the study area it has been detected a mean trend of wind intensity 0.23±0.03 m.s-1.decade-1 and an increase in the western zonal component of 1.47±1.3%.decade-1. It is suggested that these trends are related to the Southern Annular Mode (SAM). However, the decadal trend estimated for the PCO2sw was smaller than for the atmosphere, in spite of both indicating increasing tendencies. It is believed that the great variability and scatter distribution of the data have masked the magnitude of the PCO2SW trend estimate.