During the last 21,000 years, the planet underwent major changes. The atmospheric CO2 concentration increased ∼50% (Monnin et al., 2001) and the mean global temperature increased 4.0±0.8°C until pre-industrial times (Annan and Hargreaves, 2013). As a consequence of this warming, the huge ice sheets that covered North America, Northern Europe and part of Eurasia melted and the polar and subpolar ocean surface received a large amount of freshwater from these retracting ice sheets. The input of freshwater alters pressure gradients on the sea surface and also the density of water masses. Since the ocean circulation is partially driven by density differences, the deglacial meltwater has the potential to affect the ocean circulation. In this PhD thesis, the impacts of meltwater input since the Last Glacial Maximum into the high latitudes, especially of the Atlantic Ocean, are studied using the results of a transient simulation of the last 22 thousand years with NCAR-CCSM3. The main results show that: (1) the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) slowed down during freshwater discharge events near dense water formation regions; (2) North Atlantic Deep Water (NADW) was absent in the beginning of the deglaciation, while its intermediate version -- Glacial North Atlantic Intermediate Water (GNAIW) -- was being formed; (3) GNAIW was a fresh and cold water mass, very similar to the Antarctic Intermediate Water (AAIW) in the thermohaline domain; (4) the deep and abyssal Atlantic basin was dominated by AABW in the first half of the simulation; (5) the transition from GNAIW to NADW occurred after the Heinrich Stadial 1; (6) when the NADW appeared, around 12 thousand years ago (ka), AABW retracted and was constrained to lie near the bottom; (7) the presence of a low-salinity layer in the Southern Ocean surface around ∼14,000 years ago prevented the release of heat from deep waters to the atmosphere, warming the AABW; (8) the Antarctic Coastal Current (ACoC) was reinforced by the meltwater discharge from the Antarctic ice sheet. Using the Indian Ocean as a comparison, it was observed that the North Atlantic affected the western tropical Indian through atmosphere, while climatic variations associated with the Southern Hemisphere were transmitted via ocean -- especially through intermediate waters. Although the initial conditions in the glacial and modern ocean are different, this study may be used to foresee the possible responses of the ocean to the accelerated melting of glaciers and ice sheets, which are associated with dramatic climate changes. / Durante os últimos 21.000 anos, o planeta sofreu grandes mudanças. A concentração de CO2 atmosférico aumentou cerca de ∼50% (Monnin et al., 2001) e a temperatura média global aumentou 4,0±0,8°C até a época pré industrial (Annan and Hargreaves, 2013). Como consequência deste aquecimento, os grandes mantos de gelo que cobriam a América do Norte, o norte da Europa e parte da Eurásia derreteram e o oceano polar e subpolar recebeu grandes quantidades de água doce destes mantos em retração. A entrada de água doce altera gradientes de pressão na superfície do mar e também a densidade de massas de água. Como a circulação oceânica é parcialmente forçada por diferenças de densidade, a água de degelo tem o potencial de afetar esta circulação. Nesta tese de Doutorado, os impactos da entrada de água de degelo no oceano desde o Último Máximo Glacial em altas latitudes, especialmente do Oceano Atlântico, são estudados usando os resultados de uma simulação transiente dos últimos 22 mil anos com o modelo NCAR-CCSM3. Os principais resultados mostram que: (1) a circulação de revolvimento meridional do Atlântico enfraqueceu durante eventos de descarga de água doce próxima a regiões de formação de água densa; (2) a Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) estava ausente no começo da deglaciação, enquanto sua versão intermediária -- Água Glacial Intermediária do Atlântico Norte (AGIAN) -- era formada; (3) AGIAN era uma massa d\'água doce e fria, semelhante à Água Intermediária Antártica (AIA) no domínio termohalino; (4) as camadas profundas e de fundo da bacia do Atlântico eram dominadas pela Água de Fundo Antártica (AFA) na primeira metade da simulação; (5) a transição de AGIAN para APAN ocorreu após o Heinrich Stadial 1; (6) quando a APAN apareceu, cerca de 12 mil anos atrás (ka), a AFA retraiu e ficou limitada às camadas de fundo; (7) a presença de uma camada de baixa salinidade na superfície do Oceano Austral há ∼14 mil anos impedia a liberação de calor das águas profundas para a atmosfera, aquecendo a AFA; (8) a Corrente Costeira Antártica foi intensificada pela descarga de água de degelo proveniente do manto de gelo Antártico. Usando o Oceano Índico como comparação, foi observado que o Atlântico Norte afetou o Índico oeste tropical através de processos atmosféricos, enquanto variações climáticas associadas ao Hemisfério Sul foram transmitidas via oceano -- especialmente através das camadas intermediárias. Embora as condições iniciais dos oceanos glacial e moderno sejam diferentes, este estudo pode ser usado para prever as possíveis respostas do oceano ao presente derretimento acelerado de geleiras e mantos de gelo associado a mudanças climáticas abruptas.

During the last 21,000 years, the planet underwent major changes. The atmospheric CO2 concentration increased ∼50% (Monnin et al., 2001) and the mean global temperature increased 4.0±0.8°C until pre-industrial times (Annan and Hargreaves, 2013). As a consequence of this warming, the huge ice sheets that covered North America, Northern Europe and part of Eurasia melted and the polar and subpolar ocean surface received a large amount of freshwater from these retracting ice sheets. The input of freshwater alters pressure gradients on the sea surface and also the density of water masses. Since the ocean circulation is partially driven by density differences, the deglacial meltwater has the potential to affect the ocean circulation. In this PhD thesis, the impacts of meltwater input since the Last Glacial Maximum into the high latitudes, especially of the Atlantic Ocean, are studied using the results of a transient simulation of the last 22 thousand years with NCAR-CCSM3. The main results show that: (1) the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) slowed down during freshwater discharge events near dense water formation regions; (2) North Atlantic Deep Water (NADW) was absent in the beginning of the deglaciation, while its intermediate version -- Glacial North Atlantic Intermediate Water (GNAIW) -- was being formed; (3) GNAIW was a fresh and cold water mass, very similar to the Antarctic Intermediate Water (AAIW) in the thermohaline domain; (4) the deep and abyssal Atlantic basin was dominated by AABW in the first half of the simulation; (5) the transition from GNAIW to NADW occurred after the Heinrich Stadial 1; (6) when the NADW appeared, around 12 thousand years ago (ka), AABW retracted and was constrained to lie near the bottom; (7) the presence of a low-salinity layer in the Southern Ocean surface around ∼14,000 years ago prevented the release of heat from deep waters to the atmosphere, warming the AABW; (8) the Antarctic Coastal Current (ACoC) was reinforced by the meltwater discharge from the Antarctic ice sheet. Using the Indian Ocean as a comparison, it was observed that the North Atlantic affected the western tropical Indian through atmosphere, while climatic variations associated with the Southern Hemisphere were transmitted via ocean -- especially through intermediate waters. Although the initial conditions in the glacial and modern ocean are different, this study may be used to foresee the possible responses of the ocean to the accelerated melting of glaciers and ice sheets, which are associated with dramatic climate changes. / Durante os últimos 21.000 anos, o planeta sofreu grandes mudanças. A concentração de CO2 atmosférico aumentou cerca de ∼50% (Monnin et al., 2001) e a temperatura média global aumentou 4,0±0,8°C até a época pré industrial (Annan and Hargreaves, 2013). Como consequência deste aquecimento, os grandes mantos de gelo que cobriam a América do Norte, o norte da Europa e parte da Eurásia derreteram e o oceano polar e subpolar recebeu grandes quantidades de água doce destes mantos em retração. A entrada de água doce altera gradientes de pressão na superfície do mar e também a densidade de massas de água. Como a circulação oceânica é parcialmente forçada por diferenças de densidade, a água de degelo tem o potencial de afetar esta circulação. Nesta tese de Doutorado, os impactos da entrada de água de degelo no oceano desde o Último Máximo Glacial em altas latitudes, especialmente do Oceano Atlântico, são estudados usando os resultados de uma simulação transiente dos últimos 22 mil anos com o modelo NCAR-CCSM3. Os principais resultados mostram que: (1) a circulação de revolvimento meridional do Atlântico enfraqueceu durante eventos de descarga de água doce próxima a regiões de formação de água densa; (2) a Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) estava ausente no começo da deglaciação, enquanto sua versão intermediária -- Água Glacial Intermediária do Atlântico Norte (AGIAN) -- era formada; (3) AGIAN era uma massa d\'água doce e fria, semelhante à Água Intermediária Antártica (AIA) no domínio termohalino; (4) as camadas profundas e de fundo da bacia do Atlântico eram dominadas pela Água de Fundo Antártica (AFA) na primeira metade da simulação; (5) a transição de AGIAN para APAN ocorreu após o Heinrich Stadial 1; (6) quando a APAN apareceu, cerca de 12 mil anos atrás (ka), a AFA retraiu e ficou limitada às camadas de fundo; (7) a presença de uma camada de baixa salinidade na superfície do Oceano Austral há ∼14 mil anos impedia a liberação de calor das águas profundas para a atmosfera, aquecendo a AFA; (8) a Corrente Costeira Antártica foi intensificada pela descarga de água de degelo proveniente do manto de gelo Antártico. Usando o Oceano Índico como comparação, foi observado que o Atlântico Norte afetou o Índico oeste tropical através de processos atmosféricos, enquanto variações climáticas associadas ao Hemisfério Sul foram transmitidas via oceano -- especialmente através das camadas intermediárias. Embora as condições iniciais dos oceanos glacial e moderno sejam diferentes, este estudo pode ser usado para prever as possíveis respostas do oceano ao presente derretimento acelerado de geleiras e mantos de gelo associado a mudanças climáticas abruptas.

A Corrente de Contorno Oeste Profunda (CCP) é um dos principais componentes da Célula de Revolvimento Meridional do Atlântico e, portanto, é determinante para a manutenção do clima global. Ela é gerada nas regiões subpolares do Atlântico Norte e transporta as águas formadas neste sítio para o Hemisfério Sul. A sua trajetória bem como a sua variabilidade têm sido estudada ao longo dos tempos, mas informações acerva desta corrente no Atlântico Sul ainda são escassas. Estudos recentes mostram que ao sul da latitude de 8ºS a CCP se quebra em vórtices anticiclônicos e se propagam para sul. Reunimos um amplo conjunto de dados observacionais de cruzeiros oceanográficos e os utilizamos para observar estas feições ao largo da costa leste brasileira. Utilizamos o cálculo geostrófico referenciado em 4000 dbar a partir dos dados hidrográficos destes. Os resultados do cálculo geostrófico confirmam os achados na literatura, identificando estruturas vorticais com diâmetros entre 162 e 220 m e velocidades azimutais máximas ultrapassando 25 cm s-1. Um fundeio correntográfico instalado nas imediações da latitude 11ºS pela Universidade de Kiel no inicio do século foi utilizado para avaliar a regularidade e sazonalidade na formação dos anticiclones. Foi conferido que a formação de vórtices possui uma modulação sazonal, ocorrendo predominantemente em períodos que se observa uma maior intensidade da CCP, ou seja, de abril a setembro. Os resultados de simulação global do modelo HYCOM nos permitiram analisar a região de estudo de forma mais ampla, tanto espacial como temporalmente. A análise dos resultados de modelo sugere que a ocorrência de vórtices anticiclônicos da CCP entre 11ºS e 20ºS é bem regular e se propaga com velocidade velocidade de translação média de 5 cm s-1, porém é severamente interrompido ao se deparar com a complexa topografia ao sul de 17ºS. Entre os obstáculos topográficos, podemos destacar a Cadeia de Abrolhos (principalmente), o Monte Submarino Hot Spur e a Cadeia Vitoria Trindade, sendo que este último deflete para leste o escoamento associado provavelmente a uma CCP restabelecida. Embora os anticiclones da CCP tenham sido descritos há mais de uma década, acreditamos ser este o trabalho que primeiro mostra o destino e a destruição dessas feições ao largo da margem continental leste brasileira. / The Deep Western Boundary Current (DWBC) is one of the main components of the Atlantic Meridional Overturning Circulation and is therefor determinant in the maintainance of the global climate. This current has its origins in the subpolar region of the North Atlantic and transports the water mass formed at deep levels to the Southern Hemisphere. Its path as well as its variability have been studied in the last twenty years but information about the DWBC in the South Atlantic are still sparse. Recent investigations showed that the DWBC breaks into large anticyclonic eddies at around 8ºS. In this wrok, we gathered an ample observation data set of oceanographic cruises and used them to describe the vortical rings off the Eastern Brazilian coast. We emplyed the classic dynamics method referenced to 4,000 dbar to infer geostrophic velocity patterns from the data set. We indentify vortical structures of typically 162-220 km of diameter and azimuthal velocities higher than 25 cm s-1. A currentmeter mooring deployed by the University of Kiel in the begining of the century was used to investigate regularity and sazonality of the eddy formation and their passing of the 11ºS paralell. We found by inspecting the 5-year time series that there are about 3,7 events/year and a seasonal modulation dictated by the strength of the DWBC. More rings are shed during the April-September season when the DWBC is more intense and transports more. We also analyzed the output of a assimilative global simulation by the Hybrid Ocean Circulation Model (HYCOM) Consortium after validating it with our observational data set. Our results indicate that the anticyclones propagate at a characteristic speed of about 5cm s-1 until interacts with complex seamount topography at 17ºS. The topography is formed by th Abrolhos Ridge (17ºS), the Seamount Hot Sput (18ºS) and the Vitória-Trindade Ridge (20ºS). Moreover, it seems that the vast majority of the vortical features are destroted on the northernmost obstacle - the Abrolhos Ridge. Only a few survive and are destructed south. It seems from the analysis that a recoalesced DWBC existis nearby 20ºS, where it veers east and flows toward the interior of the Atlantic Ocean basin. We should emphasize that despite the DWBC anticyclones original description is more than a decade old, this is the first work to describe the fate of these large rings off the Eastern Brazil Continental Margin.

A Corrente de Contorno Oeste Profunda (CCP) é um dos principais componentes da Célula de Revolvimento Meridional do Atlântico e, portanto, é determinante para a manutenção do clima global. Ela é gerada nas regiões subpolares do Atlântico Norte e transporta as águas formadas neste sítio para o Hemisfério Sul. A sua trajetória bem como a sua variabilidade têm sido estudada ao longo dos tempos, mas informações acerva desta corrente no Atlântico Sul ainda são escassas. Estudos recentes mostram que ao sul da latitude de 8ºS a CCP se quebra em vórtices anticiclônicos e se propagam para sul. Reunimos um amplo conjunto de dados observacionais de cruzeiros oceanográficos e os utilizamos para observar estas feições ao largo da costa leste brasileira. Utilizamos o cálculo geostrófico referenciado em 4000 dbar a partir dos dados hidrográficos destes. Os resultados do cálculo geostrófico confirmam os achados na literatura, identificando estruturas vorticais com diâmetros entre 162 e 220 m e velocidades azimutais máximas ultrapassando 25 cm s-1. Um fundeio correntográfico instalado nas imediações da latitude 11ºS pela Universidade de Kiel no inicio do século foi utilizado para avaliar a regularidade e sazonalidade na formação dos anticiclones. Foi conferido que a formação de vórtices possui uma modulação sazonal, ocorrendo predominantemente em períodos que se observa uma maior intensidade da CCP, ou seja, de abril a setembro. Os resultados de simulação global do modelo HYCOM nos permitiram analisar a região de estudo de forma mais ampla, tanto espacial como temporalmente. A análise dos resultados de modelo sugere que a ocorrência de vórtices anticiclônicos da CCP entre 11ºS e 20ºS é bem regular e se propaga com velocidade velocidade de translação média de 5 cm s-1, porém é severamente interrompido ao se deparar com a complexa topografia ao sul de 17ºS. Entre os obstáculos topográficos, podemos destacar a Cadeia de Abrolhos (principalmente), o Monte Submarino Hot Spur e a Cadeia Vitoria Trindade, sendo que este último deflete para leste o escoamento associado provavelmente a uma CCP restabelecida. Embora os anticiclones da CCP tenham sido descritos há mais de uma década, acreditamos ser este o trabalho que primeiro mostra o destino e a destruição dessas feições ao largo da margem continental leste brasileira. / The Deep Western Boundary Current (DWBC) is one of the main components of the Atlantic Meridional Overturning Circulation and is therefor determinant in the maintainance of the global climate. This current has its origins in the subpolar region of the North Atlantic and transports the water mass formed at deep levels to the Southern Hemisphere. Its path as well as its variability have been studied in the last twenty years but information about the DWBC in the South Atlantic are still sparse. Recent investigations showed that the DWBC breaks into large anticyclonic eddies at around 8ºS. In this wrok, we gathered an ample observation data set of oceanographic cruises and used them to describe the vortical rings off the Eastern Brazilian coast. We emplyed the classic dynamics method referenced to 4,000 dbar to infer geostrophic velocity patterns from the data set. We indentify vortical structures of typically 162-220 km of diameter and azimuthal velocities higher than 25 cm s-1. A currentmeter mooring deployed by the University of Kiel in the begining of the century was used to investigate regularity and sazonality of the eddy formation and their passing of the 11ºS paralell. We found by inspecting the 5-year time series that there are about 3,7 events/year and a seasonal modulation dictated by the strength of the DWBC. More rings are shed during the April-September season when the DWBC is more intense and transports more. We also analyzed the output of a assimilative global simulation by the Hybrid Ocean Circulation Model (HYCOM) Consortium after validating it with our observational data set. Our results indicate that the anticyclones propagate at a characteristic speed of about 5cm s-1 until interacts with complex seamount topography at 17ºS. The topography is formed by th Abrolhos Ridge (17ºS), the Seamount Hot Sput (18ºS) and the Vitória-Trindade Ridge (20ºS). Moreover, it seems that the vast majority of the vortical features are destroted on the northernmost obstacle - the Abrolhos Ridge. Only a few survive and are destructed south. It seems from the analysis that a recoalesced DWBC existis nearby 20ºS, where it veers east and flows toward the interior of the Atlantic Ocean basin. We should emphasize that despite the DWBC anticyclones original description is more than a decade old, this is the first work to describe the fate of these large rings off the Eastern Brazil Continental Margin.

Em escalas interanuais a advecção de calor, sal e nutrientes pode afetar a produtividade primária. Pode-se citar a Circulação de Revolvimento Meridional (MOC) no impacto da concentração de clorofila. Neste estudo, a partir do método Multidimensional Empirical Mode Decomposition foram obtidos tendências decadais de PAR, nitrato integrado na coluna d\'água, concentração de clorofila e fluxo de volume da MOC. Em variações de baixa frequência há uma relação entre o transporte de volume da MOC com o nitrato integrado na coluna d\'água no Atlântico Sul, e consequentemente, na concentração de clorofila. Dois possíveis cenários foram identificados sobre o efeito da MOC no nitrato integrado e na concentração de clorofila. O cenário 1 apresenta uma relação direta no sistema MOC-nitrato integrado-concentração de clorofila, enquanto o efeito do cenário 2 é indireto, com a MOC afetando outras variáveis que perturbam o sistema. Neste estudo também foi analisado a influência de teleconexões atmosféricas na MOC do Atlântico Sul. Foi achado indícios da influência da Oscilação Antártica na MOC do Atlântico Sul em escalas decadais. Conclui-se que variações de baixa frequência no fluxo de volume da MOC alteram o padrão espaço-temporal da concentração de clorofila no Atlântico Sul. / On interannual timescales the advection of heat, salt and nutrients can affect the primary production. The influence of the Meridional Overturning Circulation (MOC) over the chlorophyll concentration can be mentioned. In this study, decadal trends of PAR, integrated nitrate over the water column, chlorophyll and volume flux of the MOC were obtained using the Multidimensional Empirical Mode Decomposition method. On low frequency variations there is a relationship between the MOC volume transport with integrated nitrate over the water column in the South Atlantic, and therefore, on chlorophyll concentration. Two scenarios were identified as possible mechanisms of influence of the MOC over integrated nitrate and chlorophyll concentrations. Scenario 1 presents a direct relationship on the system MOC-integrated nitrate-chlorophyll concentration, while scenario 2 has an indirect effect, with the MOC affecting other variables that disturb the system. In this study the influence of atmospheric teleconnections on the South Atlantic MOC were also investigated. It was found evidence that the Antarctic Oscillation can affect the South Atlantic MOC on decadal timescales. It was concluded that low frequency variability on the volume flux of the MOC can alter the spatiotemporal pattern of the chlorophyll concentration on the South Atlantic.