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The transition between the South Atlantic and the Southern Ocean is marked by a frontal system that includes both the South Atlantic Current and the Antarctic Circumpolar Current (ACC). In the eastern part of the basin the latitudinal position of the fronts that compose this system is thought to control the input of warm waters into the Atlantic basin through the Agulhas Leakage. Changes in the Subtropical and Polar regimes associated with the system that marks the boundary between the Subtropical Gyre and the ACC are investigated using the simulation results of the ocean component of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) Community Earth System Model (CESM), POP2. Sea surface height gradients and specific contours are used to identify and track the ocean fronts position. We compare the Subtropical Front position at the eastern edge of the South Atlantic to changes in temperature and salinity, as well as Agulhas Current transports and the overlying wind field, in order to determine what could be driving frontal variability at this region and its consequences to volume transport from the Indian into the Atlantic. Results suggest that the Subtropical Front is not the southern boundary of the subtropical gyre, but it responds to changes in the \"Supergyre\", especially the Indian Ocean Subtropical Gyre expansion. / A transição entre os oceanos Atlântico Sul e Austral é marcada por um sistema frontal que inclui tanto a Corrente do Atlântico Sul quanto a Corrente Circumpolar Antártica (CCA). Na porção oeste da bacia, acredita-se que a posição meridional das frentes que compõem este sistema controla o aporte de águas quentes para o Atlântico pelo Vazamento das Agulhas. Mudanças nos regimes subtropical e polar associadas ao sistema que marca o limite entre o giro subtropical e a CCA são investigadas através dos resultados da componente oceânica do modelo do National Center for Atmospheric Research (NCAR), o Community Earth System Model (CESM). O gradiente meridional, bem como valores específicos de altura da superfície do mar são usados para identificar e acompanhar a posição destas frentes oceânicas. A comparação da posição da Frente Subtropical no limite leste do Atlântico Sul com as mudanças na temperatura e salinidade, assim como no transporte da Corrente das Agulhas e do campo de ventos sobrejacente, é feita para determinar quais as forçantes da variabilidade frontal nesta região e suas consequências no transporte de volume entre o Índico e o Atlântico. Resultados sugerem que a Frente Subtropical não é o limite sul do giro subtropical, mas responde às mudanças no \"Supergiro\", especialmente à expansão do Giro Subtropical do Oceano Índico.

In the North Pacific Subtropical Gyre, a nearly-annual phytoplankton bloom forms near the subtropical front at ~30° N. Mixed communities of nitrogen-fixing diatom symbioses (diatom-diazotroph associations) increase 10²-10³ fold in these blooms. In July 2008 (31.46˚N 140.49˚W) and August 2009 (25.18 °N 154 °W), two blooms were sampled to determine diatom-diazotroph association species composition, physical, and chemical characteristics of the water column. In both 2008 and 2009, the dominant diatom-diazotroph association was the Hemiaulus hauckii-Richelia intracellularis symbiosis. The 2009 subtropical front bloom was missed; however, another bloom closer to Hawaii was sampled where diatom-diazotroph association abundance was 10-fold lower (10² cells Lˉ¹) than 2008 despite surface chlorophyll a values that were 3 times greater. Both blooms showed substantial changes in phytoplankton size structure with the >10 μm size chlorophyll a fraction increasing from 10 to 40 % in 2008. In the 2009 bloom, the non-symbiotic pennate diatom Mastogloia woodiana numerically dominated (>150,000 cells Lˉ¹) and formed aggregates that resulted in substantially higher % of netplankton chlorophyll a fractions. Summer open ocean blooms from the two years share a common trend of Hemiaulus dominance of the diatom-diazotroph association population and size structure changes. However, non-symbiotic species can dominate the overall bloom, and diatom-diazotroph association species may not be responsible for the chlorophyll a increase. These two years may represent different types of blooms or temporal changes within summer diatom blooms. The increased biomass in the larger-size fraction suggests these blooms are potential sites for carbon export from the surface layer. / text

The transition between the South Atlantic and the Southern Ocean is marked by a frontal system that includes both the South Atlantic Current and the Antarctic Circumpolar Current (ACC). In the eastern part of the basin the latitudinal position of the fronts that compose this system is thought to control the input of warm waters into the Atlantic basin through the Agulhas Leakage. Changes in the Subtropical and Polar regimes associated with the system that marks the boundary between the Subtropical Gyre and the ACC are investigated using the simulation results of the ocean component of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) Community Earth System Model (CESM), POP2. Sea surface height gradients and specific contours are used to identify and track the ocean fronts position. We compare the Subtropical Front position at the eastern edge of the South Atlantic to changes in temperature and salinity, as well as Agulhas Current transports and the overlying wind field, in order to determine what could be driving frontal variability at this region and its consequences to volume transport from the Indian into the Atlantic. Results suggest that the Subtropical Front is not the southern boundary of the subtropical gyre, but it responds to changes in the \"Supergyre\", especially the Indian Ocean Subtropical Gyre expansion. / A transição entre os oceanos Atlântico Sul e Austral é marcada por um sistema frontal que inclui tanto a Corrente do Atlântico Sul quanto a Corrente Circumpolar Antártica (CCA). Na porção oeste da bacia, acredita-se que a posição meridional das frentes que compõem este sistema controla o aporte de águas quentes para o Atlântico pelo Vazamento das Agulhas. Mudanças nos regimes subtropical e polar associadas ao sistema que marca o limite entre o giro subtropical e a CCA são investigadas através dos resultados da componente oceânica do modelo do National Center for Atmospheric Research (NCAR), o Community Earth System Model (CESM). O gradiente meridional, bem como valores específicos de altura da superfície do mar são usados para identificar e acompanhar a posição destas frentes oceânicas. A comparação da posição da Frente Subtropical no limite leste do Atlântico Sul com as mudanças na temperatura e salinidade, assim como no transporte da Corrente das Agulhas e do campo de ventos sobrejacente, é feita para determinar quais as forçantes da variabilidade frontal nesta região e suas consequências no transporte de volume entre o Índico e o Atlântico. Resultados sugerem que a Frente Subtropical não é o limite sul do giro subtropical, mas responde às mudanças no \"Supergiro\", especialmente à expansão do Giro Subtropical do Oceano Índico.

As células de recirculação interna dos giros subtropicais oceânicos são definidas por subdividilos em feições de circulação anticiclônicas adjacentes ao contorno oeste. A estrutura de recirculação interna do Giro Subtropical do Atlântico Sul (GSAS) difere daquelas originalmente propostas por Tsuchiya (1985), Reid (1989) e Stramma & Peterson (1991). Encontramos que, em termos médios, a recirculação interna é bi-partida na porção central da Bacia de Santos e confinada zonalmente no contorno oeste do GSAS. A célula de recirculação norte (CRN) se estende desde a Cadeia Vitória-Trindade (20º S) até 25-28º S, e é mais rasa e evidente na circulação do oceano superior. A célula de recirculação sul (CRS) se estende de 30º S até 40º S e é mais espessa verticalmente. Estas estruturas apresentam variações sazonais significativas e diferenças no regime de circulação, sendo a CRN mais baroclínica, e a CRS mais barotrópica. O exame de diferentes conjuntos de dados revelou que a recirculação interna do GSAS apresenta intensa atividade de mesoescala que se reflete na circulação oceânica na região do Pólo Pré-sal da Bacia de Santos. Esta atividade predomina, tanto nos domínios da Corrente do Brasil - Corrente de Contorno Intermediária (CB-CCI) quanto no do fluxo de retorno da CRN. Da análise de séries temporais, detectamos que o desvio padrão desses escoamentos é da mesma magnitude que a média, principalmente na região da CRN onde o seu sinal fica mascarado pela variabilidade. Adjacente ao contorno oeste, o desvio padrão da Topografia Dinâmica Absoluta (std-TDA) revela uma área de cisalhamento e, provavelmente, de instabilidade por conta da posição média do escoamento meandrante da CB para sul-sudoeste, com velocidades máximas superficiais de 0,8 m s-1 em jato cuja base se encontra a 600 m de profundidade; e paralelo a esse, um escoamento médio, também meandrante, para nordeste da borda externa da recirculação interna do GSAS, com velocidades máximas superficiais de 0,5 m s-1 em jato cuja base se encontra a 300 m de profundidade. Em 28º S, porção central da Bacia de Santos, a região de cisalhamento entre os jatos da CB e fluxo de retorno da CRN possui 2,5-3º (ou 277-330 km) de largura. Esta região nos mapas de std-TDA configura um \'Corredor de Vorticidade\', em que uma sucessão de pares vorticais ciclônicos e anti-ciclônicos, paralelos e confinados nesta faixa de maior variabilidade de mesoescala, modulam o comportamento horizontal tanto da CB quanto do relativamente menos intenso e mais raso fluxo de retorno da CRN na Bacia de Santos. Verticalmente, a variabilidade está confinada aos primeiros 400-600 m, sem direção predominante, e é essencialmente baroclínica em 1º modo. Por outro lado, as fracas componentes médias de velocidade (0,1-0,2 m s-1) no centro do corredor indicam que a estrutura vertical é majoritariamente de 2º modo baroclínico ao nível de 83 (64) % para o perfil médio zonal (meridional) de velocidades. Em síntese, a área de estudo, caracterizada por escoamentos médios relativamente fracos, é dominada por vórtices cujo ajustamento geostrófico é amplamente dominado pelo 1º modo baroclínico. Análises no domínio da freqüência mostram que as ondas que se propagam pelo Corredor de Vorticidade, vi possuem variabilidade vertical sem período dominante e energia dispersa, característica de espectro de \'ruído vermelho\'. Já a sua variabilidade horizontal superficial mostra periodicidades intra-sazonais, características de processos de larga e meso escalas. Das razões físicas que podem sustentar dinamicamente o processo de recirculação interna do GSAS, focamos no forçamento mecânico do vento, com base em um modelo analítico linear quase-geostrófico (QG) na configuração de 1½ camadas a partir do clássico modelo de Munk (1950). Conseguimos reproduzir as principais feições médias do GSAS com base em um vento idealizado. O exame de campos de função de corrente (? ) gerados a partir do modelo analítico, forçado por 8 diferentes conjuntos de tensão de cisalhamento do vento (TCV) médio zonal, revelou que existe uma variação inter-sazonal entre 30-40º S, o que sugere que a recirculação desloca-se meridionalmente, segundo a variação sazonal desses campos de TCV. Sob condições realistas de contorno e ventos idealizados em experimentos teóricos, observamos a estrutura de larga escala da recirculação interna do GSAS, meridionalmente alongada e zonalmente confinada no contorno oeste, e também a sua partição em dois subgiros. Os resultados modelados indicam que o forçamento pelo vento, a viscosa camada limite oeste gerada pelo atrito lateral e a geometria realista da quebra de plataforma podem ser os mecanismos de primeira ordem que explicam a recirculação interna do GSAS, em termos médios, com uma dinâmica linear simples. Entretanto, reconhecemos que outros fatores/fenômenos não abordados quantitativamente neste trabalho podem colaborar para explicar a bi-partição da recirculação interna do GSAS. O cenário proposto para esta interrupção da recirculação em 25-28º S envolveria o processo de acoplamento entre gradientes de TSM e variações na magnitude da TCV, onde se propagam ondas baroclinicamente instáveis. Este acoplamento incrementaria a taxa de crescimento dos meandros mais instáveis, associados a uma corrente de contorno oeste relativamente fraca, a CB (Spall, 2006). Hipotetizamos que estes processos combinados, recorrentes no tempo, explicariam fisicamente a \'interrupção\' da feição média de recirculação interna do GSAS na Bacia de Santos entre 25-28º S. Adicionalmente, o processo de circulação oceânica na área estudada não seria apenas governado pelo vento médio zonal de larga escala, mas também por uma componente termohalina e pelo forçamento de segunda ordem por clivagens/amálgamas entre feições vorticais. A existência da camada limite lateral de Munk pode ser conseqüência da interação média vortical na região do Corredor de Vorticidade. Estes forçantes poderiam explicar o caráter de alta variabilidade da circulação oceânica observada no Pré-sal da Bacia de Santos. / The inner recirculation cells of the subtropical gyres are defined due to their subdivision into anti-cyclonic circulation features near the western boundary. The mean pattern of the inner recirculation structure of the South Atlantic Subtropical Gyre (SASG) differs from those originally proposed by Tsuchiya (1985), Reid (1989) and Stramma & Peterson (1991). We found the inner recirculation double-partitioned and zonally-confined in the SASG western boundary, in the central portion of the Santos Basin. The northern recirculation cell (NRC) spans from Vitória- Trindade Chain (20º S) to 25-28º S, being shallower and more evident in the upper ocean circulation. The southern recirculation cell (SRC) spans from 30º S to 40º S, being vertically thicker. These recirculation structures show important seasonal variations and slant differences on the circulation pattern: the NRC is more baroclinic while the SRC is more barotropic. The analysis based on different data sets revealed intense mesoescale activity in the SASG inner recirculation that influences the oceanic circulation in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin. The mesoescale features prevail on the Brazil Current - Intermediate Western Boundary Current (BC-IWBC) domain as long as on the NRC\'s return flux. The standard-deviation and the mean of these flows have similar magnitudes, respectively. Indeed, the variability of the flow masks the recirculation signal in the NRC area. Maps of standard-deviation from Absolute Dynamic Topography (std-TDA) showed a region adjacent to the western boundary, attributed to the mean flows horizontally sheared and probably their flux instability. The southsouthwestern meandering BC flow has maximum surface velocity of 0,8 m s-1 and 600 m deep base jet. Parallel to it, the north-northeastern meandering NRC return flux of the inner recirculation of the SASG has 0,5 m s-1 maximum surface velocity and 300 m deep base jet. This shearing region between the BC and the NRC return flux jets has 2,5-3º (or 277-330 km) width in the central portion of the Santos Basin at 28º S. Pairs of cyclonic and anti-cyclonic eddies succeed flowing paralleled and confined within it configuring a \'Vorticity Corridor\' likestructure. Therefore, this variability region modules the horizontal behavior of the BC and the relative weaker and shallower NRC return flows in the Santos Basin. Vertically, the variability is essentially of 1st baroclinic mode. Great part of it occupies the first 400-600 m water depth, with no predominant direction. We found seasonal stratification, which the geostrophic adjustment is mainly of 2nd baroclinic mode, with 83 (64) % adjust for the zonal (meridional) mean profile. Albeit of relative weaker mean flows (0,1-0,2 m s-1), the study area is eddy dominated wich are geostrophically adjusted to the 1st baroclinic mode. On the frequency domain, we found that the waves that propagate on the corridor have vertical variability with no dominant period and disperse energy (\'red noise\'), while horizontal surface variability showed intra-seasonal periods characteristic from large and mesoescale processes. Based on the physical reasons that could dynamically support the inner recirculation process, we focused on the mechanical forcing of the wind, by developing a linear quasi-geostrophic viii (QG) 1½ layer analytical model. We followed the classical Munk (1950) wind-driven model. We succeeded on reproducing the main features of the SASG based on an idealized wind. The stream-function (? ) output maps we computed from this model, based on 8 different zonal mean wind shear stress (WSS) climatology data sets, revealed us an inter-seasonal variation between 30-40º S. This suggests that the inner recirculation would dislocate meridionally according to seasonal variations of the WSS fields. Under realistic boundary conditions and by using three theoretical winds we found the inner large-scale recirculation feature of the SASG, meridionally-elongated and zonally-confined in the western boundary, as well as its doublepartition. The modeled results implies that the wind forcing, the western boundary viscous layer, and the realistic geometry of the continental shelf break are the mechanisms that explains in first order the inner recirculation of the SASG in mean terms, by a simple and linear dynamics. However, we recognize that other process not quantitatively evaluated would help to explain the partition of the inner recirculation of the SASG. The proposed scenario for this interruption of the recirculation at 25-28º S would involve the coupling process between sea surface temperature (SST) gradients and changes on the WSS magnitudes, in a baroclinically unstable wave propagation area. This coupling would enhance the most unstable meanders growth rate, which are associated to a weaker western boundary current, the BC (Spall, 2006). We hypothesized that these combined processes, recurring in a time frame, could physically explain the interruption of the inner recirculation of the SASG mean feature in the Santos Basin at 25-28º S. Additionally, the oceanic circulation process in the study area would not only be large scale wind-driven, but also driven by a thermohaline component and by a second order eddy-forcing due to cleavages/amalgams among eddy features. The existence of a Munk boundary layer can be consequence of the mean eddy interaction in the Vorticity Corridor region. These aspects could explain the high variability characteristic on the oceanic circulation we observed in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin.

Through analysis of large-scale ocean gyre dynamics from simulation results of the ocean component of the Community Earth System Model version 1 - the Parallel Ocean Program version 2 (CESM1-POP2) - this study builds upon existing research suggesting recent changes in the circulation of global subtropical gyres with respect to the South Atlantic Ocean. Results all point to an increase in the total counterclockwise circulation and a southward displacement of the sub- tropical gyre system. The northern boundary of the South Atlantic Subtropical Gyre (SASG) is represented by the bifurcation of the southern branch of the South Equatorial Current (sSEC) into the North Brazil Undercurrent/Current (NBUC/NBC) to the north and the Brazil Current (BC) to the south. The sSEC Bifurcation Latitude (SBL) dictates the partition between waters flowing poleward and those flowing equatorward. Although a northward migration of the SBL would be expected with the gyre spin up and associated poleward transport increase, the SBL migrates southwards at a rate of 0.051o/yr, in conjunction to a substantial increase in the equatorward advection of waters within the sSEC-SBL-NBUC system, which is included in the upper-branch of the Atlantic Meridional Overturning Circulation. / Através de análises da dinâmica de grande-escala do giro oceânico, proveniente dos resultados de simulação da componente oceânica do Community Earth System Model versão 1 - o Parallel Ocean Program versão 2 (CESM1-POP2) - este estudo se baseia em estudos prévios sugerindo mudanças recentes na circulação dos giros subtropicais globais, com respeito ao oceano Atlântico Sul. Os resultados apontam para uma intensificação da circulação anti-horária e um deslocamento para sul de todo o sistema do giro subtropical. A borda norte do Giro Subtropical do Atlântico Sul (GSAS) é representada pela bifurcação do ramo sul da Corrente Sul Equatorial (CSEs) em Subcorrente/Corrente Norte do Brasil (SCNB/CNB) para norte e Corrente do Brasil (CB) para sul. A Latitude da Bifurcação da CSEs (LBC) determina a partição entre as águas fluindo em direção ao pólo e aquelas fluindo em direção ao equador. Embora seja esperada uma migração para norte da LBC com a aceleração da circulação do giro e consequente aumento do transporte em direção ao pólo, a LBC migra para sul a uma taxa de 0.051o/ano. Esta migração ocorre em conjunto à um aumento substancial na advecção de águas em direção ao equador com o sistema CSEs-LBC-SCNB, o qual está incluso no ramo superior da Circulação de Revolvimento Meridional do Atlântico.

As células de recirculação interna dos giros subtropicais oceânicos são definidas por subdividilos em feições de circulação anticiclônicas adjacentes ao contorno oeste. A estrutura de recirculação interna do Giro Subtropical do Atlântico Sul (GSAS) difere daquelas originalmente propostas por Tsuchiya (1985), Reid (1989) e Stramma & Peterson (1991). Encontramos que, em termos médios, a recirculação interna é bi-partida na porção central da Bacia de Santos e confinada zonalmente no contorno oeste do GSAS. A célula de recirculação norte (CRN) se estende desde a Cadeia Vitória-Trindade (20º S) até 25-28º S, e é mais rasa e evidente na circulação do oceano superior. A célula de recirculação sul (CRS) se estende de 30º S até 40º S e é mais espessa verticalmente. Estas estruturas apresentam variações sazonais significativas e diferenças no regime de circulação, sendo a CRN mais baroclínica, e a CRS mais barotrópica. O exame de diferentes conjuntos de dados revelou que a recirculação interna do GSAS apresenta intensa atividade de mesoescala que se reflete na circulação oceânica na região do Pólo Pré-sal da Bacia de Santos. Esta atividade predomina, tanto nos domínios da Corrente do Brasil - Corrente de Contorno Intermediária (CB-CCI) quanto no do fluxo de retorno da CRN. Da análise de séries temporais, detectamos que o desvio padrão desses escoamentos é da mesma magnitude que a média, principalmente na região da CRN onde o seu sinal fica mascarado pela variabilidade. Adjacente ao contorno oeste, o desvio padrão da Topografia Dinâmica Absoluta (std-TDA) revela uma área de cisalhamento e, provavelmente, de instabilidade por conta da posição média do escoamento meandrante da CB para sul-sudoeste, com velocidades máximas superficiais de 0,8 m s-1 em jato cuja base se encontra a 600 m de profundidade; e paralelo a esse, um escoamento médio, também meandrante, para nordeste da borda externa da recirculação interna do GSAS, com velocidades máximas superficiais de 0,5 m s-1 em jato cuja base se encontra a 300 m de profundidade. Em 28º S, porção central da Bacia de Santos, a região de cisalhamento entre os jatos da CB e fluxo de retorno da CRN possui 2,5-3º (ou 277-330 km) de largura. Esta região nos mapas de std-TDA configura um \'Corredor de Vorticidade\', em que uma sucessão de pares vorticais ciclônicos e anti-ciclônicos, paralelos e confinados nesta faixa de maior variabilidade de mesoescala, modulam o comportamento horizontal tanto da CB quanto do relativamente menos intenso e mais raso fluxo de retorno da CRN na Bacia de Santos. Verticalmente, a variabilidade está confinada aos primeiros 400-600 m, sem direção predominante, e é essencialmente baroclínica em 1º modo. Por outro lado, as fracas componentes médias de velocidade (0,1-0,2 m s-1) no centro do corredor indicam que a estrutura vertical é majoritariamente de 2º modo baroclínico ao nível de 83 (64) % para o perfil médio zonal (meridional) de velocidades. Em síntese, a área de estudo, caracterizada por escoamentos médios relativamente fracos, é dominada por vórtices cujo ajustamento geostrófico é amplamente dominado pelo 1º modo baroclínico. Análises no domínio da freqüência mostram que as ondas que se propagam pelo Corredor de Vorticidade, vi possuem variabilidade vertical sem período dominante e energia dispersa, característica de espectro de \'ruído vermelho\'. Já a sua variabilidade horizontal superficial mostra periodicidades intra-sazonais, características de processos de larga e meso escalas. Das razões físicas que podem sustentar dinamicamente o processo de recirculação interna do GSAS, focamos no forçamento mecânico do vento, com base em um modelo analítico linear quase-geostrófico (QG) na configuração de 1½ camadas a partir do clássico modelo de Munk (1950). Conseguimos reproduzir as principais feições médias do GSAS com base em um vento idealizado. O exame de campos de função de corrente (? ) gerados a partir do modelo analítico, forçado por 8 diferentes conjuntos de tensão de cisalhamento do vento (TCV) médio zonal, revelou que existe uma variação inter-sazonal entre 30-40º S, o que sugere que a recirculação desloca-se meridionalmente, segundo a variação sazonal desses campos de TCV. Sob condições realistas de contorno e ventos idealizados em experimentos teóricos, observamos a estrutura de larga escala da recirculação interna do GSAS, meridionalmente alongada e zonalmente confinada no contorno oeste, e também a sua partição em dois subgiros. Os resultados modelados indicam que o forçamento pelo vento, a viscosa camada limite oeste gerada pelo atrito lateral e a geometria realista da quebra de plataforma podem ser os mecanismos de primeira ordem que explicam a recirculação interna do GSAS, em termos médios, com uma dinâmica linear simples. Entretanto, reconhecemos que outros fatores/fenômenos não abordados quantitativamente neste trabalho podem colaborar para explicar a bi-partição da recirculação interna do GSAS. O cenário proposto para esta interrupção da recirculação em 25-28º S envolveria o processo de acoplamento entre gradientes de TSM e variações na magnitude da TCV, onde se propagam ondas baroclinicamente instáveis. Este acoplamento incrementaria a taxa de crescimento dos meandros mais instáveis, associados a uma corrente de contorno oeste relativamente fraca, a CB (Spall, 2006). Hipotetizamos que estes processos combinados, recorrentes no tempo, explicariam fisicamente a \'interrupção\' da feição média de recirculação interna do GSAS na Bacia de Santos entre 25-28º S. Adicionalmente, o processo de circulação oceânica na área estudada não seria apenas governado pelo vento médio zonal de larga escala, mas também por uma componente termohalina e pelo forçamento de segunda ordem por clivagens/amálgamas entre feições vorticais. A existência da camada limite lateral de Munk pode ser conseqüência da interação média vortical na região do Corredor de Vorticidade. Estes forçantes poderiam explicar o caráter de alta variabilidade da circulação oceânica observada no Pré-sal da Bacia de Santos. / The inner recirculation cells of the subtropical gyres are defined due to their subdivision into anti-cyclonic circulation features near the western boundary. The mean pattern of the inner recirculation structure of the South Atlantic Subtropical Gyre (SASG) differs from those originally proposed by Tsuchiya (1985), Reid (1989) and Stramma & Peterson (1991). We found the inner recirculation double-partitioned and zonally-confined in the SASG western boundary, in the central portion of the Santos Basin. The northern recirculation cell (NRC) spans from Vitória- Trindade Chain (20º S) to 25-28º S, being shallower and more evident in the upper ocean circulation. The southern recirculation cell (SRC) spans from 30º S to 40º S, being vertically thicker. These recirculation structures show important seasonal variations and slant differences on the circulation pattern: the NRC is more baroclinic while the SRC is more barotropic. The analysis based on different data sets revealed intense mesoescale activity in the SASG inner recirculation that influences the oceanic circulation in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin. The mesoescale features prevail on the Brazil Current - Intermediate Western Boundary Current (BC-IWBC) domain as long as on the NRC\'s return flux. The standard-deviation and the mean of these flows have similar magnitudes, respectively. Indeed, the variability of the flow masks the recirculation signal in the NRC area. Maps of standard-deviation from Absolute Dynamic Topography (std-TDA) showed a region adjacent to the western boundary, attributed to the mean flows horizontally sheared and probably their flux instability. The southsouthwestern meandering BC flow has maximum surface velocity of 0,8 m s-1 and 600 m deep base jet. Parallel to it, the north-northeastern meandering NRC return flux of the inner recirculation of the SASG has 0,5 m s-1 maximum surface velocity and 300 m deep base jet. This shearing region between the BC and the NRC return flux jets has 2,5-3º (or 277-330 km) width in the central portion of the Santos Basin at 28º S. Pairs of cyclonic and anti-cyclonic eddies succeed flowing paralleled and confined within it configuring a \'Vorticity Corridor\' likestructure. Therefore, this variability region modules the horizontal behavior of the BC and the relative weaker and shallower NRC return flows in the Santos Basin. Vertically, the variability is essentially of 1st baroclinic mode. Great part of it occupies the first 400-600 m water depth, with no predominant direction. We found seasonal stratification, which the geostrophic adjustment is mainly of 2nd baroclinic mode, with 83 (64) % adjust for the zonal (meridional) mean profile. Albeit of relative weaker mean flows (0,1-0,2 m s-1), the study area is eddy dominated wich are geostrophically adjusted to the 1st baroclinic mode. On the frequency domain, we found that the waves that propagate on the corridor have vertical variability with no dominant period and disperse energy (\'red noise\'), while horizontal surface variability showed intra-seasonal periods characteristic from large and mesoescale processes. Based on the physical reasons that could dynamically support the inner recirculation process, we focused on the mechanical forcing of the wind, by developing a linear quasi-geostrophic viii (QG) 1½ layer analytical model. We followed the classical Munk (1950) wind-driven model. We succeeded on reproducing the main features of the SASG based on an idealized wind. The stream-function (? ) output maps we computed from this model, based on 8 different zonal mean wind shear stress (WSS) climatology data sets, revealed us an inter-seasonal variation between 30-40º S. This suggests that the inner recirculation would dislocate meridionally according to seasonal variations of the WSS fields. Under realistic boundary conditions and by using three theoretical winds we found the inner large-scale recirculation feature of the SASG, meridionally-elongated and zonally-confined in the western boundary, as well as its doublepartition. The modeled results implies that the wind forcing, the western boundary viscous layer, and the realistic geometry of the continental shelf break are the mechanisms that explains in first order the inner recirculation of the SASG in mean terms, by a simple and linear dynamics. However, we recognize that other process not quantitatively evaluated would help to explain the partition of the inner recirculation of the SASG. The proposed scenario for this interruption of the recirculation at 25-28º S would involve the coupling process between sea surface temperature (SST) gradients and changes on the WSS magnitudes, in a baroclinically unstable wave propagation area. This coupling would enhance the most unstable meanders growth rate, which are associated to a weaker western boundary current, the BC (Spall, 2006). We hypothesized that these combined processes, recurring in a time frame, could physically explain the interruption of the inner recirculation of the SASG mean feature in the Santos Basin at 25-28º S. Additionally, the oceanic circulation process in the study area would not only be large scale wind-driven, but also driven by a thermohaline component and by a second order eddy-forcing due to cleavages/amalgams among eddy features. The existence of a Munk boundary layer can be consequence of the mean eddy interaction in the Vorticity Corridor region. These aspects could explain the high variability characteristic on the oceanic circulation we observed in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin.

Biogeochemical changes across oceanic interfaces, and method development to study such changes, are described in this work. The interfaces studied include the Subtropical Front in the Pacific Ocean and the boundary at the base of the euphotic zone. Both interfaces are characterized by accumulations of phytoplankton, although the forcing functions that result in increased biomass are distinctly different. The Subtropical Front, located at approximately 30°N in the Pacific Ocean, was detected during a cruise in the summer of 2002 by its diagnostic 34.8 salinity outcrop, in spite of the absence of its associated temperature signature. The front displayed elevated concentrations of large diatoms; Rhizosolenia and Hemiaulus, with concentrations penetrating deeper in the water column south of the front. Rhizosolenia species were dominant on the warmer, high salinity side of the front, while Hemiaulus prevailed on the cooler, low salinity side. While high cell counts were enumerated by net tows, the elevated biomass was not visible in satellite color imagery. Size fractionated chlorophyll data revealed > 10 um cells were found below 200 m, indicating export of large cells out of the euphotic zone. This confirms observations by other investigators that fronts represent important regions of episodic export, although such export may go undetected if the biomass is not visible in ocean color images. Another region of interest was the narrow layer at the base of the euphotic zone. During stratified conditions, the layer was characterized by a fluorescence maximum, a primary nitrite maximum, and a nutricline. While fluorescence maxima have proven easy to detect using commercial fluorometers, nutrient distributions have proven more difficult. The Spectrophotometric Elemental Analysis System (SEAS) permitted detection of low concentrations of nitrite, nitrate, and phosphate with nanomolar sensitivity and 1 Hz or better sampling frequency. Using multiple wavelength spectroscopy, the range of nitrate concentrations from 2 nM to 20 uM have been detected. Profiles of nitrite obtained across the North Pacific Subtropical Gyre revealed the close correlation between nitrite and chlorophyll fluorescence maxima, suggesting that the nitrite maximum is formed by phytoplankton when insufficient light is available to permit reduction of nitrite to ammonia.

Through analysis of large-scale ocean gyre dynamics from simulation results of the ocean component of the Community Earth System Model version 1 - the Parallel Ocean Program version 2 (CESM1-POP2) - this study builds upon existing research suggesting recent changes in the circulation of global subtropical gyres with respect to the South Atlantic Ocean. Results all point to an increase in the total counterclockwise circulation and a southward displacement of the sub- tropical gyre system. The northern boundary of the South Atlantic Subtropical Gyre (SASG) is represented by the bifurcation of the southern branch of the South Equatorial Current (sSEC) into the North Brazil Undercurrent/Current (NBUC/NBC) to the north and the Brazil Current (BC) to the south. The sSEC Bifurcation Latitude (SBL) dictates the partition between waters flowing poleward and those flowing equatorward. Although a northward migration of the SBL would be expected with the gyre spin up and associated poleward transport increase, the SBL migrates southwards at a rate of 0.051o/yr, in conjunction to a substantial increase in the equatorward advection of waters within the sSEC-SBL-NBUC system, which is included in the upper-branch of the Atlantic Meridional Overturning Circulation. / Através de análises da dinâmica de grande-escala do giro oceânico, proveniente dos resultados de simulação da componente oceânica do Community Earth System Model versão 1 - o Parallel Ocean Program versão 2 (CESM1-POP2) - este estudo se baseia em estudos prévios sugerindo mudanças recentes na circulação dos giros subtropicais globais, com respeito ao oceano Atlântico Sul. Os resultados apontam para uma intensificação da circulação anti-horária e um deslocamento para sul de todo o sistema do giro subtropical. A borda norte do Giro Subtropical do Atlântico Sul (GSAS) é representada pela bifurcação do ramo sul da Corrente Sul Equatorial (CSEs) em Subcorrente/Corrente Norte do Brasil (SCNB/CNB) para norte e Corrente do Brasil (CB) para sul. A Latitude da Bifurcação da CSEs (LBC) determina a partição entre as águas fluindo em direção ao pólo e aquelas fluindo em direção ao equador. Embora seja esperada uma migração para norte da LBC com a aceleração da circulação do giro e consequente aumento do transporte em direção ao pólo, a LBC migra para sul a uma taxa de 0.051o/ano. Esta migração ocorre em conjunto à um aumento substancial na advecção de águas em direção ao equador com o sistema CSEs-LBC-SCNB, o qual está incluso no ramo superior da Circulação de Revolvimento Meridional do Atlântico.

La circulation méridienne de retournement (MOC) de l’Atlantique Nord est une composante clé du système climatique global, via son rôle dans la redistribution de chaleur, d’eau douce et de propriétés chimiques entre hautes et basses latitudes. Aux moyennes et hautes latitudes, le Courant Nord-Atlantique(NAC) forme la branche haute de la MOC. Il s’écoule vers le nord-est à la frontière des gyres subpolaire et subtropical, et se divise en deux branches principales dans l’est du gyre subpolaire : une branche nord qui recircule vers l’ouest dans le gyre subpolaire et une branche sud qui alimente les mers Nordiques.Une simulation réaliste haute résolution (ORCA025-G70, 1/4°) est combinée à un outil d’analyse Lagrangienne pour étudier la variabilité de la MOC (1965-2004) à travers la section A25-Ovide qui joint le Portugal au Groenland. Deux cellules de retournement vertical sont identifiées : une cellule subtropicale connectant les hautes et basses latitudes et une cellule interne aux régions subpolaires. La variabilité décennale de la MOC est associée à des changements synchronisés des apports subtropical et subpolaire dans la NAC. Ce dernier subit d’importantes restructurations horizontales caractérisées par la variabilité opposée de ses deux branches. Ces modifications de la distribution horizontale du transport sont principalement régies par la variabilité de l’afflux subtropical.Les variations du transport de chaleur à travers A25-Ovide sont la cause principale de la variabilité du contenu de chaleur observée dans l’est du gyre subpolaire (1965-2004). La variabilité du transport de chaleur résulte d’un déséquilibre entre des changements opposés de ses composantes « vitesse » et « température ». Les anomalies de vitesse et température sont en partie reflétées dans des déplacements verticaux d’isopycnes, potentiellement associés à la proportion changeante de masses d’eau subtropicales et subpolaires transportées par la branche nord du NAC.Enfin, une circulation surface-fond moyenne calculée depuis des mesures hydrographiques répétées et des mesures altimétriques indique une contribution mineure de la mer du Labrador pour la MOC global. Cependant, l’intensité du retournement diapycnal à AR7W a presque diminué de moitié entres les 1990’s et les 2000’s, confirmant l’importance de la région pour la variabilité basse-fréquence de la MOC. / The meridional Overturning Circulation (MOC) of the North Atlantic ocean is a key component of the global climate system, through its role in redistributing heat, freshwater end chemical properties between low and high latitude regions. In mid-high latitude regions, the North Atlantic Current (NAC) forms the upper limb of the MOC. It flows northeastward at the subtropical/subpolar boundary, and splits into two main branches in the eastern subpolar gyre: a northern branch that recirculates within the subpolar region and a southern branch that feed the Nordic Seas.A realistic eddy-permitting simulation (ORCA025-G70, 1/4°) is combined with a Lagrangian analysis tool (ARIANE) to investigate the MOC variability (1965-2004) across the A25-Ovide line, which joins Greenland to Portugal. Two vertical overturning cells are identified: a subtropical cell connecting low and high latitudes (12Sv) and a cell internal to the subpolar gyre (4Sv). The decadal MOC variability is associated with synchronized transport changes of the subtropical and subpolar inflow within the NAC. The latter undergoes important horizontal restructuring with opposed transport changes of its northern and southern branches. Those horizontal transport changes are largely induced by the horizontal variability of the subtropical inflow.Changes in oceanic heat transport across A25-Ovide are largely responsible for the observed heat content changes in the eastern subpolar gyre (1965-2004). Heat transport variability at A25-Ovide results from an imbalance between opposed changes in its velocity and temperature components. Both temperature and velocity anomalies are partly reflected in large scale heaves of isopycnals, and potentially relate to the varying proportion of warm subtropical waters and cold subpolar waters advected within the northern NAC branch.A 2000’s mean full-depth circulation computed along the merged AR7W/A25-Ovide line from repeated hydrographic profile and altimetry data indicates a minor contribution of the Labrador Sea to the basin wide mean MOC. However, the strength of the diapycnal overturning at AR7W has almost halved between the 1990’s and the 2000’s, confirming the importance of the region for the low-frequency MOC Variability.