A Corrente do Brasil é formada na bifurcação do ramo sul da Corrente Sul Equatorial e flui meridionalmente para sul ao largo das costas leste, sudeste e sul do Brasil, apresentando intensa atividade de mesoescala entre a Cadeia Vitória-Trindade (20oS) e o Cabo de Santa Marta Grande (28oS). O conhecimento de tal atividade, construído ao longo do tempo, se refere principalmente aos meandros e vórtices frontais, sendo os vórtices de borda na configuração de dipolos vorticais relatados apenas através de imagens AVHRR. Dessa forma, objetivamos caracterizar a estrutura dinâmica de um dipolo vortical, observado na Bacia de Santos, a partir de dados quase-sinóticos de velocidade e hidrográficos oriundos do Cruzeiro Dinâmica do Ecossistema da Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul V. O mapeamento objetivo das estruturas capturadas pela grade amostral quase-sinótica do cruzeiro foi o ponto de partida para a descrição do dipolo e avaliação de sua geostrofia. Os campos de função de corrente apresentaram um padrão clássico de dipolo vortical, com vórtices ciclônico e anticiclônico posicionados em lados opostos ao eixo da corrente, que se enfraquece após a estrutura. Em média, o diâmetro de ambos os vórtices ficou em torno de 110 km, em seus maiores eixos. Em seguida, como o número de Rossby máximo foi de 0,27, para avançar nas questões dinâmicas envolvendo a estrutura, aproximamos o oceano a um modelo quase-geostrófico de 11/2-camadas derivado das observações e dinamicamente calibrado. A análise dos campos modelados, utilizando o número de Burger, revelou que a vorticidade relativa compete com a vorticidade de estiramento pela dinâmica do sistema. Ao compararmos os campos modelados de função de corrente e vorticidade potencial, observamos que o dipolo e o escoamento da CB não se encontram em um cenário estacionário. Finalmente, evidências de retroalimentação mútua entre os vórtices do dipolo foram obtidas através da interação entre o campo de função de corrente de uma estrutura com o campo de vorticidade potencial da outra. Logo, concluímos que o dipolo capturado encontrava-se em processo de crescimento barotrópico. / The Brazil Current (BC) is formed at the bifurcation of the southern branch of the South Equatorial Current and flows south-southeastward off the east, southeast and southern Brazilian continental margin, exhibiting intense meso-scale activity between the Vitória-Trindade Ridge (20oS) and Cape Santa Marta Grande (28oS). The knowledge of such activity, built over time, refers mainly to the frontal meanders and eddies. The edge vortical structures as a dipole configuration are reported only through AVHRR images. Thus, we aimed to characterize the dynamical structure of a BC vortical dipole, observed in the Santos Basin, with a quasi-synoptic velocity (vessel-mounted ADCP) and hydrographic (CTD) dataset from DEPROAS V cruise. The objective mapping of structures captured by the cruise sampling grid was the departing point for the description of the dipole and evaluation of its degree of geostrophy. The fields of the stream function showed a classic pattern of a dipole with cyclonic and anticyclonic eddies positioned on opposite sides of the current axis. On average, the diameter of the two eddies was around 110 km in their largest axes. Then, as the Rossby number was 0.27, we advanced in investigating the issues involving the dynamic structure by we approximating the ocean to a 11/2 layer quasi-geostrofic model derived from the observations and dynamically calibrated. Burger number revealed that both relative and stretching vorticity were competing for the dynamics of the system. The comparison between the modeled stream function and potential vorticity fields showed that both the dipole and the BC flow were not in a stationary state. Finally, evidences of reinforcement between the eddies of the dipole were obtained through the interaction between the field of the stream function of vortical structure with the field of potential vorticity of the other one, and vice-versa. Therefore, we conclude that the dipole were in a barotropic growth process.

Cette thèse concerne l'étude de l'interaction air-mer, due aux échanges de mouvements, avec un modèle idéalisé mais consistant. Les études sont réalisées à partir d'un modèle shallow-water bicouches (une pour l'océan et une pour l'atmosphère), avec une fine résolution spatiale et temporelle. L'interaction est uniquement due à la friction de surface entre les deux couches.Elle est implémentée par une loi de friction quadratique. La force appliquée à l'océan est calculée en utilisant la différence de vitesse entre les vents et les courants. Pour la force appliquée à l'atmosphère on distingue deux cas l'interaction ``1way'' et ``2way''. Pour la première, la friction appliquée à l'atmosphère néglige la dynamique de l'océan; elle est calculée en utilisant uniquement les vents. Pour l'interaction ``2W'', la friction appliquée à l'atmosphère est l'opposée de celle appliquée à l'océan.Trois configurations idéalisées sont explorées ici.La première configuration explique la génération d'une instabilité barotrope dans l'océan due à la force de friction quadratique et la dissipation visqueuse horizontale de l'atmosphère. Dans le cas 1W le cisaillement entraîne une instabilité barotrope dans l'océan. Dans le cas 2W, l'instabilité est amplifiée en amplitude et en dimension et est transférée à l'atmosphère. L'échelle principale de cette instabilité correspond à celle du rayon de Rossby dans l'océan. Elle est uniquement visible dans les modèles numériques, lorsque la dynamique est résolue à cette échelle à la fois dans l'océan mais aussi dans l'atmosphère.Dans la deuxième configuration, des expériences pour différentes valeurs du coefficient de traînée de surface sont réalisées. Le forçage diffère de la première configuration, et permet d'avoir une dynamique turbulente dans l'océan et l'atmosphère. L'énergie perdue par l'atmosphère et gagnée par l'océan par cisaillement à l'interface sont déterminées et comparées aux estimations basées sur les vitesses moyennes. La corrélations entre la vorticité océanique et atmosphérique est déterminée à l'échelle synoptique et méso-échelle de l'atmosphère. L'océan a un rôle passif, et absorbe l'énergie cinétique à quasiment tout les instants et tous les lieux. Les résultats différent des études réalisées à l'échelle du bassin. De par les faibles vitesses de l'océan, le transfert d'énergie dépend que faiblement des courants. La dynamique de l'océan laisse cependant son empreinte dans la dynamique de l'atmosphère conduisant à un état `quenched disorder' du système océan-atmosphère, pour le plus fort coefficient de friction utilisé.La dernière configuration, considère l'échange de mouvements entre l'océan et l'atmosphère autour d'une île circulaire. Dans les simulations actuelles de la dynamique océanique, le champs du forçage atmosphérique est généralement trop grossier pour inclure la présence de petites îles (<100km). Dans les calculs présentés ici, l'île est représenté dans la couche atmosphérique par un coefficient de traînée cent fois plus fort au dessus de l'île que l'océan. Cela engendre de la vorticité dans l'atmosphère , autour et près du sillage de l'île. L'influence de la vorticité atmosphérique sur la vorticité de l'océan, l'upwelling, la turbulence et le transfert d'énergieest considéré en utilisant des simulations couplées océan-atmosphère.Les résultats sont comparés avec des simulations ayant un forçage atmosphérique constant dans le temps et l'espace (pas de sillage) et des simulations "1W" (pour lesquelles les courants n'ont pas d'influence sur l'atmosphère).Les résultats des simulations sont en accords avec les travaux et les observations précédemment réalisés, et confirment que le sillage atmosphérique est le principal processus générant des tourbillons océanique dans le lit de l'île. Il est aussi montré que la vorticité est injectée directement par le rotationel du vent, mais aussi par la force du vent perpendiculaireau gradient d'épaisseur de la couche de surface océanique. / This thesis considers air-sea interaction, due to momentum exchange, in an idealized but consistent model. Two superposed one-layer fine-resolution shallow-water models are numerically integrated. The upper layer represents the atmosphere and the lower layer the ocean. The interaction is only due to the shear between the two layers. The shear applied to the ocean is calculated using the velocity difference between the ocean and the atmosphere.The frictional force between the two-layers is implemented using the quadratic drag law. Three idealized configurations are explored.First, a new mechanism that induces barotropic instability in the ocean is discussed. It is due to air-sea interaction with a quadratic drag law and horizontal viscous dissipation in the atmosphere. I show that the instability spreads to the atmosphere. The preferred spatial scale of the instability is that of the oceanic baroclinic Rossby radius of deformation.It can only be represented in numerical models, when the dynamics at this scale is resolved in the atmosphere and the ocean.In one-way interaction the shear applied to the atmosphere neglectsthe ocean dynamics, it is calculated using the atmospheric wind, only. In two-way interaction it is opposite to the shear applied to the ocean.In the one-way interaction the atmospheric shear leads to a barotropic instability in the ocean. The instability in the ocean is amplified, in amplitude and scale, in two-way interaction and also triggers an instability in the atmosphere.Second, the air-sea interaction at the atmospheric synoptic and mesoscale due to momentum transfer, only, is considered. Experiments with different values of the surface friction drag coefficient are performed, with a different atmospheric forcing from the first configuration, that leads to a turbulent dynamics in the atmosphere and the ocean. The actual energy loss of the atmosphere and the energy gain by the ocean, due to the inter-facial shear,is determined and compared to the estimates based on average speeds.The correlation between the vorticity in the atmosphere and the ocean is determined. Results differ from previous investigations where the exchange of momentum was considered at basin scale. It is shown that the ocean has a passive role, absorbing kinetic energy at nearly all times and locations.Due to the feeble velocities in the ocean, the energy transfer depends only weakly on the ocean velocity. The ocean dynamics leaves nevertheless its imprint in the atmospheric dynamics leading to a quenched disordered state of the atmosphere-ocean system, for the highest value of the friction coefficient considered. This finding questions the ergodic hypothesis, which is at the basis of a large number of experimental, observational and numericalresults in ocean, atmosphere and climate dynamics.The last configuration considers the air-sea interaction, due to momentum exchange, around a circular island. In todays simulations of the ocean dynamics, the atmospheric forcing fields are usually too coarse to include the presence of smaller islands (typically $<$ 100km).In the calculations presented here, the island is represented in the atmospheric layer by a hundred fold increased drag coefficient above the island as compared to the ocean. It leads to an increased atmospheric vorticity in the vicinity and in the wake of the island. The influence of the atmospheric vorticity on the ocean vorticity, upwelling, turbulence and energy transfer is considered by performing fully coupled simulations of the atmosphere-oceandynamics. The results are compared to simulations with a constant, in space and time, atmospheric forcing (no wake) and simulations with one-waycoupling only (where the ocean velocity has no influence on the atmosphere).Results of our simulations agree with previous published work and observations, and confirm that the wind-wake is the main process leading to mesoscale oceanic eddies in the lee of an island.

A Corrente do Brasil é formada na bifurcação do ramo sul da Corrente Sul Equatorial e flui meridionalmente para sul ao largo das costas leste, sudeste e sul do Brasil, apresentando intensa atividade de mesoescala entre a Cadeia Vitória-Trindade (20oS) e o Cabo de Santa Marta Grande (28oS). O conhecimento de tal atividade, construído ao longo do tempo, se refere principalmente aos meandros e vórtices frontais, sendo os vórtices de borda na configuração de dipolos vorticais relatados apenas através de imagens AVHRR. Dessa forma, objetivamos caracterizar a estrutura dinâmica de um dipolo vortical, observado na Bacia de Santos, a partir de dados quase-sinóticos de velocidade e hidrográficos oriundos do Cruzeiro Dinâmica do Ecossistema da Plataforma da Região Oeste do Atlântico Sul V. O mapeamento objetivo das estruturas capturadas pela grade amostral quase-sinótica do cruzeiro foi o ponto de partida para a descrição do dipolo e avaliação de sua geostrofia. Os campos de função de corrente apresentaram um padrão clássico de dipolo vortical, com vórtices ciclônico e anticiclônico posicionados em lados opostos ao eixo da corrente, que se enfraquece após a estrutura. Em média, o diâmetro de ambos os vórtices ficou em torno de 110 km, em seus maiores eixos. Em seguida, como o número de Rossby máximo foi de 0,27, para avançar nas questões dinâmicas envolvendo a estrutura, aproximamos o oceano a um modelo quase-geostrófico de 11/2-camadas derivado das observações e dinamicamente calibrado. A análise dos campos modelados, utilizando o número de Burger, revelou que a vorticidade relativa compete com a vorticidade de estiramento pela dinâmica do sistema. Ao compararmos os campos modelados de função de corrente e vorticidade potencial, observamos que o dipolo e o escoamento da CB não se encontram em um cenário estacionário. Finalmente, evidências de retroalimentação mútua entre os vórtices do dipolo foram obtidas através da interação entre o campo de função de corrente de uma estrutura com o campo de vorticidade potencial da outra. Logo, concluímos que o dipolo capturado encontrava-se em processo de crescimento barotrópico. / The Brazil Current (BC) is formed at the bifurcation of the southern branch of the South Equatorial Current and flows south-southeastward off the east, southeast and southern Brazilian continental margin, exhibiting intense meso-scale activity between the Vitória-Trindade Ridge (20oS) and Cape Santa Marta Grande (28oS). The knowledge of such activity, built over time, refers mainly to the frontal meanders and eddies. The edge vortical structures as a dipole configuration are reported only through AVHRR images. Thus, we aimed to characterize the dynamical structure of a BC vortical dipole, observed in the Santos Basin, with a quasi-synoptic velocity (vessel-mounted ADCP) and hydrographic (CTD) dataset from DEPROAS V cruise. The objective mapping of structures captured by the cruise sampling grid was the departing point for the description of the dipole and evaluation of its degree of geostrophy. The fields of the stream function showed a classic pattern of a dipole with cyclonic and anticyclonic eddies positioned on opposite sides of the current axis. On average, the diameter of the two eddies was around 110 km in their largest axes. Then, as the Rossby number was 0.27, we advanced in investigating the issues involving the dynamic structure by we approximating the ocean to a 11/2 layer quasi-geostrofic model derived from the observations and dynamically calibrated. Burger number revealed that both relative and stretching vorticity were competing for the dynamics of the system. The comparison between the modeled stream function and potential vorticity fields showed that both the dipole and the BC flow were not in a stationary state. Finally, evidences of reinforcement between the eddies of the dipole were obtained through the interaction between the field of the stream function of vortical structure with the field of potential vorticity of the other one, and vice-versa. Therefore, we conclude that the dipole were in a barotropic growth process.

We use hydrographic and direct velocity observations from two quasi-synoptic cruises in conjunction with a primitive equation linear instability model, to investigate the Brazil Current (BC) downstream change effect between 23°S-30°S on the temporal mixed instabilities properties. The quasi-synoptic data revealed that the BC is &#8764;400-500 m deep to the north of the so-called Santos Bifurcation (26°S-28°S) and extends down to 1000 m to the south of it. We estimated that the BC receives at least 7 Sv from the Santos Bifurcation, which drastically alters the BC\'s velocity vertical structure and meanders characteristics as it flows poleward. Based on direct velocity measurements, we computed the mixed-instability properties at three different latitudes (24°S, 26°S and 30°S). The instability analysis revealed unstable current systems to mesoscale perturbations with maximum growth rates of 0.12, 0.19 and 0.06 day-1 at 24°S, 26°S and 30°S respectively. The corresponding downstream phase speeds are -0.19, -0.24 and -0.26 m s-1. The analysis of the mean-to-eddy energy conversion terms show that the barotropic instability drains 60-90% less energy from the background state than the baroclinic instability. Nevertheless, the maximum growth rates are at least the double in magnitude when both instabilities occur simultaneously. The topography presents a stabilizing effect for both kind of instabilities along all the BC path. At the vicinities of the Cape Santa Marta (28°S), we explored the the recurrent cyclonic meanders of the BC. Combining a wide range of observations, we provided a overview of such features and the relations between its velocity patterns, the water properties (temperature, salinity, nutrients), chlorophyll-a distribution and the BC variability. The top-bottom quasi-synoptic velocity measurements depicted cyclonic meanders over the continental slope with diameters larger than 100 km and vertically extending to approximately 1500 m depth. Moreover, the observed eddies seems to trap and recirculate a small portion (&#8764;1.5 to 4 Sv) of the BC main flow (-13.16 to -17.89 Sv), which is consisted of Tropical Water (TW), South Atlantic Central Water (SACW), Antarctic Intermediate Water (AAIW) and Upper Circumpolar Deep Water (UCDW). Additionally, we presented observational evidence that the meanders actively influence the transport of nutrient-rich shelf waters to the open ocean enhancing the primary productivity at the photic zone over the continental slope. Satellite imagery show that these cyclonic events occur 5-6 times per year and are generally associated with wave-like perturbations on the flow with mean wavelength of &#8764;219 km. Finally, Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis computed from an array of mooring lines show that more than half of the along-isobath velocity variance on the continental slope is explained by the BC mesoscale activity. / As propriedades de instabilidade temporal mista da Corrente do Brasil (CB), entre 23°S-30°S, foram investigadas combinando dados hidrográficos e medições diretas de velocide com modelagem numérica. As observações revelaram uma CB com &#8764;400-500 m de profundidade ao norte da Bifurcação de Santos (26°S-28°S). Em contrapartida, a CB ao sul da bifurcação se mostrou muito mais profunda (> 1000 m) devido ao aporte de aproximadamente 7 Sv de águas em profundidades intermediárias (&#8764;500-1500 m) oriundas do ramo sul da Bifurcação de Santos. Baseado-se nas observações, experimentos numéricos foram conduzidos em três latitudes (24°S, 26°S and 30°S), com o intuito de se estudar as propriedades da instabilidade geofísica da CB. Tais experimentos mostraram que o sistema de correntes é instável para perturbações de mesoescala com taxas de crescimento máximas de 0,12, 0,19 and 0,06 dia-1 nas latitudes de 24°S, 26°S and 30°S, respectivamente. A análise das taxas de transferências de energia das correntes médias para as pertubações revelou que a instabilidade barotrópica é de 60 a 90% menor que a instabilidade baroclínica. No entanto observou-se que as propriedades das instabilidades da BC são altamente sensíveis à presença de instabilidade barotrópica. A topografia demonstrou possuir um efeito estabilizador ao longo de toda trajetória da CB. Ao largo do Cabo de Santa Marta (28°S) os meandros ciclônicos da CB tiveram suas características exploradas do ponto de vista observacional. Combinando uma grande variedade de observações, foi obtido uma visão geral de tais feições, assim como as relações entre seus padrões de velocidade, propriedades da água do mar (temperatura, salinidade, nutrientes), distribuição de clorofila A e a variabilidade da BC. As observações quasi-sinóticas de velocidade em toda a coluna mostraram que os meandros possuem diâmetro superiores à 100 km e extensão vertical de aproximadamente 1500 m. Desta forma, observou-se feições que recirculam uma pequena parte (&#8764;1.5 à 4 Sv) do eixo principal da CB (-13.16 à -17.8 Sv) composta por Água Tropical, Água Central do Atlântico Sul, Água Intermediária Antártica e Água Circumpolar Superior. Além disso, evidências de que tais meandros influenciam ativamente no transporte de águas da Plataforma Continental, ricas em nutrientes, para regiões profundas do Talude Continental foram encontradas. A análise de imagens de satelitárias indicaram que essas feições são efetivamente recorrentes na região e ocorrrem entre 5 a 6 vezes por ano. Para concluir, registros correntográficos indicaram que aproximadamente metade da variância da componente da velocidade ao logo das isóbatas, sobre o talude continental, é devido à atividade de mesoescala da CB.

We use hydrographic and direct velocity observations from two quasi-synoptic cruises in conjunction with a primitive equation linear instability model, to investigate the Brazil Current (BC) downstream change effect between 23°S-30°S on the temporal mixed instabilities properties. The quasi-synoptic data revealed that the BC is &#8764;400-500 m deep to the north of the so-called Santos Bifurcation (26°S-28°S) and extends down to 1000 m to the south of it. We estimated that the BC receives at least 7 Sv from the Santos Bifurcation, which drastically alters the BC\'s velocity vertical structure and meanders characteristics as it flows poleward. Based on direct velocity measurements, we computed the mixed-instability properties at three different latitudes (24°S, 26°S and 30°S). The instability analysis revealed unstable current systems to mesoscale perturbations with maximum growth rates of 0.12, 0.19 and 0.06 day-1 at 24°S, 26°S and 30°S respectively. The corresponding downstream phase speeds are -0.19, -0.24 and -0.26 m s-1. The analysis of the mean-to-eddy energy conversion terms show that the barotropic instability drains 60-90% less energy from the background state than the baroclinic instability. Nevertheless, the maximum growth rates are at least the double in magnitude when both instabilities occur simultaneously. The topography presents a stabilizing effect for both kind of instabilities along all the BC path. At the vicinities of the Cape Santa Marta (28°S), we explored the the recurrent cyclonic meanders of the BC. Combining a wide range of observations, we provided a overview of such features and the relations between its velocity patterns, the water properties (temperature, salinity, nutrients), chlorophyll-a distribution and the BC variability. The top-bottom quasi-synoptic velocity measurements depicted cyclonic meanders over the continental slope with diameters larger than 100 km and vertically extending to approximately 1500 m depth. Moreover, the observed eddies seems to trap and recirculate a small portion (&#8764;1.5 to 4 Sv) of the BC main flow (-13.16 to -17.89 Sv), which is consisted of Tropical Water (TW), South Atlantic Central Water (SACW), Antarctic Intermediate Water (AAIW) and Upper Circumpolar Deep Water (UCDW). Additionally, we presented observational evidence that the meanders actively influence the transport of nutrient-rich shelf waters to the open ocean enhancing the primary productivity at the photic zone over the continental slope. Satellite imagery show that these cyclonic events occur 5-6 times per year and are generally associated with wave-like perturbations on the flow with mean wavelength of &#8764;219 km. Finally, Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis computed from an array of mooring lines show that more than half of the along-isobath velocity variance on the continental slope is explained by the BC mesoscale activity. / As propriedades de instabilidade temporal mista da Corrente do Brasil (CB), entre 23°S-30°S, foram investigadas combinando dados hidrográficos e medições diretas de velocide com modelagem numérica. As observações revelaram uma CB com &#8764;400-500 m de profundidade ao norte da Bifurcação de Santos (26°S-28°S). Em contrapartida, a CB ao sul da bifurcação se mostrou muito mais profunda (> 1000 m) devido ao aporte de aproximadamente 7 Sv de águas em profundidades intermediárias (&#8764;500-1500 m) oriundas do ramo sul da Bifurcação de Santos. Baseado-se nas observações, experimentos numéricos foram conduzidos em três latitudes (24°S, 26°S and 30°S), com o intuito de se estudar as propriedades da instabilidade geofísica da CB. Tais experimentos mostraram que o sistema de correntes é instável para perturbações de mesoescala com taxas de crescimento máximas de 0,12, 0,19 and 0,06 dia-1 nas latitudes de 24°S, 26°S and 30°S, respectivamente. A análise das taxas de transferências de energia das correntes médias para as pertubações revelou que a instabilidade barotrópica é de 60 a 90% menor que a instabilidade baroclínica. No entanto observou-se que as propriedades das instabilidades da BC são altamente sensíveis à presença de instabilidade barotrópica. A topografia demonstrou possuir um efeito estabilizador ao longo de toda trajetória da CB. Ao largo do Cabo de Santa Marta (28°S) os meandros ciclônicos da CB tiveram suas características exploradas do ponto de vista observacional. Combinando uma grande variedade de observações, foi obtido uma visão geral de tais feições, assim como as relações entre seus padrões de velocidade, propriedades da água do mar (temperatura, salinidade, nutrientes), distribuição de clorofila A e a variabilidade da BC. As observações quasi-sinóticas de velocidade em toda a coluna mostraram que os meandros possuem diâmetro superiores à 100 km e extensão vertical de aproximadamente 1500 m. Desta forma, observou-se feições que recirculam uma pequena parte (&#8764;1.5 à 4 Sv) do eixo principal da CB (-13.16 à -17.8 Sv) composta por Água Tropical, Água Central do Atlântico Sul, Água Intermediária Antártica e Água Circumpolar Superior. Além disso, evidências de que tais meandros influenciam ativamente no transporte de águas da Plataforma Continental, ricas em nutrientes, para regiões profundas do Talude Continental foram encontradas. A análise de imagens de satelitárias indicaram que essas feições são efetivamente recorrentes na região e ocorrrem entre 5 a 6 vezes por ano. Para concluir, registros correntográficos indicaram que aproximadamente metade da variância da componente da velocidade ao logo das isóbatas, sobre o talude continental, é devido à atividade de mesoescala da CB.

This dissertation examines the nature of jet-boundary interactions and the role of barotropic instabilities in the Brazil Current system while still attached to the western boundary. The motivation was due to the frequent observation of bipolar features associated to the Brazil Current flow south of Cape Frio (RJ) and off Santos Bight (22&#186;-28&#186;S). Such observations were mainly obtained from sea surface temperature images, and also from few \"in situ\" hydrographic and direct velocity measurements data. Therefore, our main focus is on the formation of bipolar features associated with the flow, and the main hypothesis is that barotropic instability is responsible for the generation of such dipoles along the western boundary current jet, while it has to deal with topographic variations along its path poleward. We address the system dynamics from a semi-theoretical perspective, and also through the application of numerical modeling on a process study approach. So it includes semi-theoretical studies of jet-lateral boundary interactions in idealized configurations relevant to the Brazil Current system off Cape Frio, considering the quasi-geostrophic theory as an appropriate approximation of the system we want to investigate. Additionally, numerical modeling is used through the construction of idealized scenarios where we simplify the physics in order to isolate the dynamical process of interest. All the dynamical analyzes were initialized from synoptic hydrographic data set which comprised the Brazil Current system off Cape Frio region. We validated the quasi-geostrophic theory we assumed and obtained the kinematics characteristics of the jet. In the dynamical analyses, we started the investigation from the simplest framework applied here, where we evaluate a piecewise constant potential vorticity field in a quasi-geostrophic contour dynamics model. It dealt with a meridionally-oriented jet flowing southward along a straight western boundary. Next, in a second model, we added more complexity in the system, idealizing western boundary coastline scenarios considering a quasi-continuous potential vorticity field in a quasi-geostrophic numerical model. Finally, in a third model, we constructed a more complex scenario for the Brazil Current jet that incorporated real topography and stratification of the water column in a primitive equation numerical model. Among our main finds, we verified that purely barotropic instability is able to generate vortex dipoles. Moreover, variations in the western boundary can indeed trigger perturbations in the jet and dipoles form. Therefore, sites with abrupt change in bathymetry and coastline orientation are preferred to the formation of the BC vortical dipoles. Vortex streets and instability trains can also develop downstream of such locations as consequence of perturbing a potentially batropically unstable jet. Hence, the horizontal shear is key to the generation of vortex dipoles. A weak shear does not allow these features to form, instead, frontal eddies are possibly generated, with the predominance of anticyclones. Although the three different model strategies applied here differ in dynamical configurations and approximations, they still kept nearly the same regime for the Brazil Current vortex-dipole formation. Topographic variations such as those associated with the change of coastline orientation near Cape Frio (23&#186;S) account for those vortex dipoles and streets be dominantly observed within the Santos Bight. / A presente tese examina a natureza das interações entre jato e contorno e o papel de instabilidades barotrópicas no sistema Corrente do Brasil (CB) quando este ainda se encontra fluindo junto à margem continental oeste. A motivação se deu através da frequente observação de feições bipolares associadas ao escoamento da CB ao sul de Cabo Frio (RJ) e ao largo da Bacia de Santos (entre 22&#186; e 28&#186;S). Tais observações se devem principalmente a imagens termais de temperatura da superfície do mar, a algumas raras observações \"in situ\" através de dados hidrográficos e medições diretas de velocidade. Assim, o principal foco é na formação de feições bipolares associadas ao fluxo médio, sendo a principal hipótese a de que instabilidade barotrópica é responsável pela formação destes dipolos ao longo da corrente quando esta tem que lidar com variações da topografia. Este estudo tenta abordar os problemas em uma perspectiva semi-teórica, e também através de modelagem numérica em uma abordagem de estudos de processo. Assim, inclui estudos semi-teóricos em configurações idealizadas relevantes para o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio, considerando a teoria quase-geostrófica como a aproximação apropriada para a dinâmica do sistema que queremos avaliar. Adicionalmente, a modelagem numérica é usada através da construção de cenários idealizados onde simplificamos a física a fim de isolar os processos que queremos investigar. Toda a análise dinâmica partiu de um conjunto de dados que compreendeu o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio. Validamos a teoria quase-geostrófica que estamos considerando e obtivemos as características cinemáticas do jato. Nas análises dinâmicas, começamos a investigação do problema partindo do cenário mais simples utilizado aqui, onde consideramos um campo de vorticidade potencial discretizado em camadas horizontais em um modelo quase-geostrófico de dinâmica de contornos. O modelo incorporou a presença de uma linha de costa retilínea orientada meridionalmente no contorno oeste. Posteriormente, incluímos mais complexidade no sistema, idealizando diferentes cenários de linha de costa e considerando um campo de vorticidade potencial quase-contínuo em um modelo numérico quase-geostrófico. Finalmente, construímos um cenário ainda mais complexo para a Corrente do Brasil, o qual incorporou a topografia real da região e a estratificação da coluna de água em um modelo numérico de equações primitivas. Dentre as principais conclusões, pudemos comprovar que instabilidade barotrópica pode promover a formação de dipolos. Além disso, variações no contorno podem consequentemente ser gatilhos para gerar perturbações no jato e dipolos se formam. Assim, locais de mudança abrupta de batimetria e orientação de linha de costa são preferidos para a formação de dipolos vorticais. Rua de vórtices e trens de instabilidade também podem se desenvolver à juzante de tais locais como consequência de se perturbar um jato potencialmente barotropicamente instável. Consequentemente, um cisalhamento horizontal é chave para a geração de dipolos vorticais. Um cisalhamento relativamente fraco não permite a formação de tais feições, e em vez disso, vórtices frontais são possivelmente gerados, com a predominância de anticiclones. Apesar de as três diferentes estratégias aplicadas aqui diferirem em termos de configurações dinâmicas e aproximações, estas ainda mantiveram aproximadamente o mesmo regime para a formação de dipolos. Variações na topografia tais como aquelas associadas com mudanças de orientação de costa próximo a Cabo Frio (23&#186;S) contam com o fato de dipolos vorticais e rua de vórtices serem frequentemente observados dentro da Bacia de Santos.

This dissertation examines the nature of jet-boundary interactions and the role of barotropic instabilities in the Brazil Current system while still attached to the western boundary. The motivation was due to the frequent observation of bipolar features associated to the Brazil Current flow south of Cape Frio (RJ) and off Santos Bight (22&#186;-28&#186;S). Such observations were mainly obtained from sea surface temperature images, and also from few \"in situ\" hydrographic and direct velocity measurements data. Therefore, our main focus is on the formation of bipolar features associated with the flow, and the main hypothesis is that barotropic instability is responsible for the generation of such dipoles along the western boundary current jet, while it has to deal with topographic variations along its path poleward. We address the system dynamics from a semi-theoretical perspective, and also through the application of numerical modeling on a process study approach. So it includes semi-theoretical studies of jet-lateral boundary interactions in idealized configurations relevant to the Brazil Current system off Cape Frio, considering the quasi-geostrophic theory as an appropriate approximation of the system we want to investigate. Additionally, numerical modeling is used through the construction of idealized scenarios where we simplify the physics in order to isolate the dynamical process of interest. All the dynamical analyzes were initialized from synoptic hydrographic data set which comprised the Brazil Current system off Cape Frio region. We validated the quasi-geostrophic theory we assumed and obtained the kinematics characteristics of the jet. In the dynamical analyses, we started the investigation from the simplest framework applied here, where we evaluate a piecewise constant potential vorticity field in a quasi-geostrophic contour dynamics model. It dealt with a meridionally-oriented jet flowing southward along a straight western boundary. Next, in a second model, we added more complexity in the system, idealizing western boundary coastline scenarios considering a quasi-continuous potential vorticity field in a quasi-geostrophic numerical model. Finally, in a third model, we constructed a more complex scenario for the Brazil Current jet that incorporated real topography and stratification of the water column in a primitive equation numerical model. Among our main finds, we verified that purely barotropic instability is able to generate vortex dipoles. Moreover, variations in the western boundary can indeed trigger perturbations in the jet and dipoles form. Therefore, sites with abrupt change in bathymetry and coastline orientation are preferred to the formation of the BC vortical dipoles. Vortex streets and instability trains can also develop downstream of such locations as consequence of perturbing a potentially batropically unstable jet. Hence, the horizontal shear is key to the generation of vortex dipoles. A weak shear does not allow these features to form, instead, frontal eddies are possibly generated, with the predominance of anticyclones. Although the three different model strategies applied here differ in dynamical configurations and approximations, they still kept nearly the same regime for the Brazil Current vortex-dipole formation. Topographic variations such as those associated with the change of coastline orientation near Cape Frio (23&#186;S) account for those vortex dipoles and streets be dominantly observed within the Santos Bight. / A presente tese examina a natureza das interações entre jato e contorno e o papel de instabilidades barotrópicas no sistema Corrente do Brasil (CB) quando este ainda se encontra fluindo junto à margem continental oeste. A motivação se deu através da frequente observação de feições bipolares associadas ao escoamento da CB ao sul de Cabo Frio (RJ) e ao largo da Bacia de Santos (entre 22&#186; e 28&#186;S). Tais observações se devem principalmente a imagens termais de temperatura da superfície do mar, a algumas raras observações \"in situ\" através de dados hidrográficos e medições diretas de velocidade. Assim, o principal foco é na formação de feições bipolares associadas ao fluxo médio, sendo a principal hipótese a de que instabilidade barotrópica é responsável pela formação destes dipolos ao longo da corrente quando esta tem que lidar com variações da topografia. Este estudo tenta abordar os problemas em uma perspectiva semi-teórica, e também através de modelagem numérica em uma abordagem de estudos de processo. Assim, inclui estudos semi-teóricos em configurações idealizadas relevantes para o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio, considerando a teoria quase-geostrófica como a aproximação apropriada para a dinâmica do sistema que queremos avaliar. Adicionalmente, a modelagem numérica é usada através da construção de cenários idealizados onde simplificamos a física a fim de isolar os processos que queremos investigar. Toda a análise dinâmica partiu de um conjunto de dados que compreendeu o sistema Corrente do Brasil ao largo de Cabo Frio. Validamos a teoria quase-geostrófica que estamos considerando e obtivemos as características cinemáticas do jato. Nas análises dinâmicas, começamos a investigação do problema partindo do cenário mais simples utilizado aqui, onde consideramos um campo de vorticidade potencial discretizado em camadas horizontais em um modelo quase-geostrófico de dinâmica de contornos. O modelo incorporou a presença de uma linha de costa retilínea orientada meridionalmente no contorno oeste. Posteriormente, incluímos mais complexidade no sistema, idealizando diferentes cenários de linha de costa e considerando um campo de vorticidade potencial quase-contínuo em um modelo numérico quase-geostrófico. Finalmente, construímos um cenário ainda mais complexo para a Corrente do Brasil, o qual incorporou a topografia real da região e a estratificação da coluna de água em um modelo numérico de equações primitivas. Dentre as principais conclusões, pudemos comprovar que instabilidade barotrópica pode promover a formação de dipolos. Além disso, variações no contorno podem consequentemente ser gatilhos para gerar perturbações no jato e dipolos se formam. Assim, locais de mudança abrupta de batimetria e orientação de linha de costa são preferidos para a formação de dipolos vorticais. Rua de vórtices e trens de instabilidade também podem se desenvolver à juzante de tais locais como consequência de se perturbar um jato potencialmente barotropicamente instável. Consequentemente, um cisalhamento horizontal é chave para a geração de dipolos vorticais. Um cisalhamento relativamente fraco não permite a formação de tais feições, e em vez disso, vórtices frontais são possivelmente gerados, com a predominância de anticiclones. Apesar de as três diferentes estratégias aplicadas aqui diferirem em termos de configurações dinâmicas e aproximações, estas ainda mantiveram aproximadamente o mesmo regime para a formação de dipolos. Variações na topografia tais como aquelas associadas com mudanças de orientação de costa próximo a Cabo Frio (23&#186;S) contam com o fato de dipolos vorticais e rua de vórtices serem frequentemente observados dentro da Bacia de Santos.