As ondas de Rossby são o mecanismo de ajuste às perturbações de grande escala dos fluidos geofísicos. Elas podem ser geradas localmente, forçadas pelo rotacional da tensão de cisalhamento do vento, ou remotamente, devido às perturbações na altura da picnoclina na borda leste. Medidas altimétricas da anomalia da altura do mar tem fornecido evidências robustas da existência destas ondas. Estudos recentes mostram que vórtices não lineares de mesoescala são responsáveis por uma grande parte da variabilidade dos registros altimétricos, tendo sido observados propagando juntamente com as ondas de Rossby. Os objetivos deste estudo são identificar (1) as regiões onde as ondas de Rossby longas lineares explicam as observações, (2) qual mecanismo de geração é dominante e (3) se as ondas propagam-se de forma contínua em condições de não linearidade. Um modelo linear de 1½ camada de ondas de Rossby forçado por dados de tensão de cisalhamento do vento de escaterômetros é utilizado para reproduzir as anomalia da altura do mar. As correlações entre os resultados do modelo linear e os dados altimétricos são de até 0,88. Os resultados sugerem que a dinâmica linear de ondas de Rossby longas explica uma parte significativa da variabilidade anual da anomalia da altura do mar nas regiões tropicais. A oscilação da picnoclina na borda leste é o principal mecanismo gerador de ondas de Rossby nos oceanos Atlântico e Índico, enquanto no Pacífico a fonte dominante das ondas é a forçante atmosférica local. Um modelo quase-geostrófico não linear é utilizado para analisar como as ondas de Rossby geradas na borda leste propagam-se e dissipam-se em condições idealizadas. Em latitudes mais baixas que 32°S, as ondas atravessam toda a bacia oceânica até adentrar a região de meandramento da corrente de borda oeste. Nesta região, a energia é espalhada em todas as bandas de frequência. As ondas de Rossby que estão na latitude crítica tem um papel intermediário na cascata de energia. Em latitudes mais altas que 32°S, as ondas de Rossby não cruzam a totalidade da bacia oceânica, tendo sua energia transferida para outros períodos em uma distância de pelo menos 1000 km da borda oeste. / Rossby waves are the large scale mechanism of adjustment to perturbations of geophysical fluids. They can be generated locally, due to forcing by wind stress curl, or remotely, due to perturbations in the pycnocline level at the eastern boundary. Altimetric measurements of sea level anomaly have been providing sturdy evidences of the existence of these waves. Recent studies argue that mesoscale eddies are responsible for a substantial amount of the variability of the altimeter records. Eddies have been shown to propagate along with Rossby waves. The purposes of this study are (1) to identify the regions where linear long Rossby waves explain the observations, (2) to determine which generation mechanism is dominant, and (3) to verify if these waves can continuously propagate in nonlinearity conditions. A linear 1½ layer model forced by scatterometer wind stress data has been used to reproduce the sea level anomaly. Correlations between the results of the linear model and the altimetric data are up to 0.88. Results suggest that the linear long Rossby wave dynamics explain a significant part of the sea level anomaly annual variability in the tropical oceans. The pycnocline fluctuations at the eastern boundary are the main mechanism of generation of Rossby waves in the Atlantic and Indian oceans. The local atmospheric forcing is the principal source of the waves in the Pacific Ocean. A quasi-geostrophic nonlinear model has been used to analyze how the Rossby waves generated at the eastern boundary propagate and dissipate in idealized conditions. In latitudes lower than 32°S, the waves cross all the ocean basin until entering the region where the western boundary current meanders. In this region, energy is scattered throughout the spectrum. The Rossby waves that are in their critical latitude have an intermediate role in the energy cascade. In latitudes higher than 32°S, the Rossby waves fail to completely cross the ocean basin. Their energy is transfered to other periods in a distance of at least 1000 km from the western boundary.

As ondas de Rossby são o mecanismo de ajuste às perturbações de grande escala dos fluidos geofísicos. Elas podem ser geradas localmente, forçadas pelo rotacional da tensão de cisalhamento do vento, ou remotamente, devido às perturbações na altura da picnoclina na borda leste. Medidas altimétricas da anomalia da altura do mar tem fornecido evidências robustas da existência destas ondas. Estudos recentes mostram que vórtices não lineares de mesoescala são responsáveis por uma grande parte da variabilidade dos registros altimétricos, tendo sido observados propagando juntamente com as ondas de Rossby. Os objetivos deste estudo são identificar (1) as regiões onde as ondas de Rossby longas lineares explicam as observações, (2) qual mecanismo de geração é dominante e (3) se as ondas propagam-se de forma contínua em condições de não linearidade. Um modelo linear de 1½ camada de ondas de Rossby forçado por dados de tensão de cisalhamento do vento de escaterômetros é utilizado para reproduzir as anomalia da altura do mar. As correlações entre os resultados do modelo linear e os dados altimétricos são de até 0,88. Os resultados sugerem que a dinâmica linear de ondas de Rossby longas explica uma parte significativa da variabilidade anual da anomalia da altura do mar nas regiões tropicais. A oscilação da picnoclina na borda leste é o principal mecanismo gerador de ondas de Rossby nos oceanos Atlântico e Índico, enquanto no Pacífico a fonte dominante das ondas é a forçante atmosférica local. Um modelo quase-geostrófico não linear é utilizado para analisar como as ondas de Rossby geradas na borda leste propagam-se e dissipam-se em condições idealizadas. Em latitudes mais baixas que 32°S, as ondas atravessam toda a bacia oceânica até adentrar a região de meandramento da corrente de borda oeste. Nesta região, a energia é espalhada em todas as bandas de frequência. As ondas de Rossby que estão na latitude crítica tem um papel intermediário na cascata de energia. Em latitudes mais altas que 32°S, as ondas de Rossby não cruzam a totalidade da bacia oceânica, tendo sua energia transferida para outros períodos em uma distância de pelo menos 1000 km da borda oeste. / Rossby waves are the large scale mechanism of adjustment to perturbations of geophysical fluids. They can be generated locally, due to forcing by wind stress curl, or remotely, due to perturbations in the pycnocline level at the eastern boundary. Altimetric measurements of sea level anomaly have been providing sturdy evidences of the existence of these waves. Recent studies argue that mesoscale eddies are responsible for a substantial amount of the variability of the altimeter records. Eddies have been shown to propagate along with Rossby waves. The purposes of this study are (1) to identify the regions where linear long Rossby waves explain the observations, (2) to determine which generation mechanism is dominant, and (3) to verify if these waves can continuously propagate in nonlinearity conditions. A linear 1½ layer model forced by scatterometer wind stress data has been used to reproduce the sea level anomaly. Correlations between the results of the linear model and the altimetric data are up to 0.88. Results suggest that the linear long Rossby wave dynamics explain a significant part of the sea level anomaly annual variability in the tropical oceans. The pycnocline fluctuations at the eastern boundary are the main mechanism of generation of Rossby waves in the Atlantic and Indian oceans. The local atmospheric forcing is the principal source of the waves in the Pacific Ocean. A quasi-geostrophic nonlinear model has been used to analyze how the Rossby waves generated at the eastern boundary propagate and dissipate in idealized conditions. In latitudes lower than 32°S, the waves cross all the ocean basin until entering the region where the western boundary current meanders. In this region, energy is scattered throughout the spectrum. The Rossby waves that are in their critical latitude have an intermediate role in the energy cascade. In latitudes higher than 32°S, the Rossby waves fail to completely cross the ocean basin. Their energy is transfered to other periods in a distance of at least 1000 km from the western boundary.

Les variations du champ magnétique terrestre sont documentées par les observatoires au sol et les satellites en orbite basse, pour des échelles de temps de l'année au siècle.Sur ces périodes, la dynamique du noyau externe -- là où est principalement généré le champ magnétique -- est fortement influencée par la rotation terrestre, qui tend à imposer une invariance dans la direction parallèle à l'axe de rotation.Dans cette thèse, j'étudie un modèle s'appuyant sur cette hypothèse de bidimensionnalité du champ de vitesse, le modèle quasi-géostrophique.Je présente une nouvelle dérivation de ce modèle par une approche variationnelle, plus adaptée aux fortes pentes des frontières du domaine sphérique.Je présente une étude modale des ondes hydro-magnétiques, qui pour la première fois prend en compte l'impact d'un champ magnétique imposé non-zonal.Deux groupes d'ondes magnéto-hydrodynamiques apparaissent alors : les ondes magnéto-Coriolis (centennales) et les ondes d'Alfvéen de torsion (interannuelle).Je décris l'évolution des ondes à mesure que l'on intensifie l'effet de la rotation, jusqu'à atteindre des paramètres géophysiques.Je discute également dans quel mesure une version du modèle quasi-géostrophique où la force de Lorentz est représentée par des produits quadratiques du champ magnétique est adapté pour l'interprétation de calculs numériques tridimensionnels de la dynamo. J'observe que pour les paramètres aujourd'hui accessibles à ces calculs, les forces magnétiques sont faibles. À long terme, nous espérons utiliser le modèle quasi-géostrophique dans le contexte de l'assimilation de données satellitaires. / Variations of the Earth's magnetic field are documented by ground observatories and low-orbiting satellites, for time scales from year to century.On such periods, dynamics of the outer core -- where the creation of the magnetic field takes place -- is strongly influenced by the Earth rotation, which tends to impose invariance of the flow in the direction parallel to the rotation axis.In this thesis report, I study a model based on this bi-dimensional velocity field hypothesis, the quasi-geostrophic model.I present a new mathematical formulation of this model through a variational approach, better suited to steep slopes on the boundaries of the spherical domain.I present a modal study of hydromagnetic waves, taking into account for the first time the impact of a non-zonal imposed magnetic field.Two groups of hydromagnetic waves are present : centennial magneto-Coriolis waves and interannual torsional Alfvén waves.I describe evolution of those waves as the effect of rotation is intensified until Earth-like parameters are reached.I also discuss in what measure an other version of the quasi-geostrophic model, where Lorentz force is represented by quadratic products of the magnetic field, can be adapted to understand tridimensional dynamo numerical simulations.I observe that for parameters available today, magnetic forces are weak.In the future, we hope to use the Quasi-geostrophic model in the context of satellite data assimilation.

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 Subcorrente Norte do Brasil (SNB) é a corrente de contorno oeste que fecha o Giro Equatorial do Oceano Atlantico em sua porc¸ ao austral. É uma corrente vigorosa, com núcleo atingindo 1ms1 em profundidades de 150ma 250 m. Trabalhos pretéritos reportam que esta corrente transporta mais de 20 Sv (1 Sv = 106 m3 s1). Ao receber o aporte de volume de ramos da Corrente Sul Equatorial (CSE), em torno de 4 S 5 S, a SNB adquire núucleo em superfície e passa a ser denominada Corrente Norte do Brasil (CNB). Entretanto, nao há relato do padrao contínuo da SNB entre 11 S e as proximidades da linha do equador, por observacões de velocidade, na literatura. O objetivo desta dissertação é justamente o mapeamento sinótico e descrição da SNB e das estruturas de mesoescala associadas na faixa latitudinal supracitada. Para tanto, combinamos dados de ADCP de casco e de hidrografia. Os dados sao oriundos das comissoes OCEANO NORDESTE I (ONEI, verao 2002) e OCEANO NORDESTE II (ONEII, primavera 2004), realizadas a bordo do NOc Antares da Marinha do Brasil. Através de cálculo de velocidades geostróficas relativas a 1.150 m, análise dos dados de velocidades perfiladas pelo ADCP de casco e cálculo de velocidades geostróficas absolutas referenciadas pelos dados de ADCP a 160 m, obtivemos uma descrição da SNB que confirma e estende esforços anteriores de pesquisa. A SNB aparece como uma corrente robusta e presente ao longo de todas as radiais analisadas. Entre 11 S e as proximidades do Cabo Calcanhar (RN), o comportamento da corrente revela pouco meandramento, seguindo o talude continental nordestino. A exceção é um ramo ciclonico em torno de 4 S que cede volume para originar a Subcorrente Sul Equatorial (SSE) em nível subpicnoclínico. A SNB, provalvemente tentando conservar vorticidade potencial, frente à abrupta mudança de orientação da margem continental em 5 S, também desenvolve vii um meandro anticiclonico frontal centrado na longitude da cidade de Macau (RN) e com cerca de 150 km de raio. Como há evidencia do anticiclone nas duas comissões, especulamos tratar-se de uma estrutura semipermanente. Por tratar-se de um relato original, decidimos denominá-lo Vórtice de Macau (VM). Outro resultado relevante foi a documentação do processo de transformação da SNB em CNB, com avaliação do núcleo se tornando mais raso em direção ao equador. No cenário da ONEII, observamos a retroflexao picnoclínica da CNB, ocorrida no hemisfério boreal e a origem da Subcorrente Equatorial (SE) na área de estudo. Também como resultado inédito, os dados de velocidade observada mostraram que também há cessao de volume pela SNB para SE em torno de 1 S. / The North Brazil Undercurrent (NBUC) is the western boundary current that closes the Equatorial Gyre of the Atlantic Ocean in its austral portion. The NBC is a vigorous current with a core that reaches 1 m s1 at depth of 150 m to 250 m. Previous works reported that this current transports more than 20 Sv (1 Sv = 106 m3 s1). As branches of the South Equatorial Current (SEC) reaches the western boundary at around 4 S 5 S, the NBUC core surfaces and the new current is referred as the North Brazil Current (NBC). However, there is no report in the literature about a continuous pattern of the NBUC in the latitude range between 11 S and the vicinities of the equator from observed velocities. The main goal of this thesis is just to obtain a synoptic map of NBUC and the associated mesoscale features in the latitude range mentioned above. In order to do so, we combined vessel-mount ADCP and hydrographic data from two cruises conducted by the R/V Antares of the Brazilian Navy: the OCEANO NORDESTE I (ONEI, summer 2002) and the OCEANO NORDESTE II (ONEII, spring 2004). We calculated geostrophic velocities relative to 1.150 m, analyzed ADCP observed velocity data as well computed absolute geostrophic velocities, referenced by the ADCP data at 160 m. Hence, we were able to obtain a NBC description that corroborated and extended the findings of previous research in the area. The NBUC was depicted as a robust nearly non-meandering current between 11 S and Cape Calcanhar (RN) present in all transects of both cruises. At 4 S, the NBUC develops a cyclonic branch and originates the South Equatorial Undercurrent (SEUC). Possibly as an attempt to conserve potential vorticity as the NBUC faces the abrupt change in the continental margin orientation at 5 S, the current develops a 150 km radius anticyclonic frontal meander. As there are evidence of the anticyclone ix in both cruises, we speculate that it can be a semipermanent feature. As it is a original description, we named it the Macau Eddy. Another result that deserves to be mentioned is that the process of the transformation of the NBUC in NBC was well documented for the first time through a continuous surfacing process of the current core. Finally, in the ONEII scenario, we observed the pycnoclinic retroflection of the NBC that occurs in northern hemisphere and returns to the equator to originate the Equatorial Undercurrent (EUC). We also depicted that the NBUC feeds the forming EUC from the southern hemisphere from a cyclonic branch around 1 S.

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 (22º-28ºS). 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 (23ºS) 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 22º e 28ºS). 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 (23ºS) 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 (22º-28ºS). 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 (23ºS) 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 22º e 28ºS). 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 (23ºS) contam com o fato de dipolos vorticais e rua de vórtices serem frequentemente observados dentro da Bacia de Santos.

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.

L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer la contribution d'une méthode d'interpolation dynamique pour améliorer la représentation des processus océaniques à petite échelle dans les cartes altimétriques. La résolution actuelle de ces cartes construites par interpolation statistique optimale, est bien adaptée à l'étude de la variabilité mésoéchelle mais ne permet pas d'observer des structures de taille inférieures à 150-200 km, en grande partie à cause de l'échantillonnage spatio-temporel des données. La méthode d'interpolation dynamique est basée sur un modèle de propagation quasi-géostrophique (QG) à une couche et demie, dont le but est de recréer une partie de l'évolution temporelle des petites structures océaniques en utilisant la dynamique locale. Dans cette étude, nous appliquons cette méthode à la Méditerranée occidentale. En premier lieu nous avons évalué la capacité du propagateur QG à représenter la dynamique dans cette région. Nous avons ensuite utilisé ce propagateur pour réaliser l'interpolation dynamique dans un cas idéalisé spatialement, en comparant les champs reconstruits avec un modèle numérique à haute résolution. Les résultats ont montré une amélioration générale par rapport à une interpolation linéaire sur une période de 5-10 jours. La performance de la méthode à montré une disparité spatiale et temporelle, avec une amélioration plus importante pour les régions de forte variabilité et en période hivernale. Nous avons exploité deux pistes de complexification du propagateur afin de mieux modéliser la dynamique de la région, fortement influencée par les forçages atmosphériques locaux intenses, la géométrie du bassin et sa bathymétrie. Dans une seconde étude, nous avons évalué la contribution de cette méthode d'interpolation dynamique pour cartographier les données altimétriques réelles le long des traces. Pour cette étude, les structures de covariance dérivées de l'évolution du modèle QG ont été intégrées dans un schéma d'interpolation optimal. Les cartes dynamiques interpolées résultantes ont été comparées aux cartes altimétriques actuelles. Cette étude, qui participe à la préparation de l'exploitation des futures données haute résolution de la mission SWOT, a démontré l'efficacité d'un modèle relativement simple pour améliorer la résolution des cartes altimétriques. Néanmoins, tous ces résultats ont révèlé la difficulté de paramétrer de façon optimale cette méthode de cartographie pour caractériser la dynamique dans une région qui présente une forte variabilité spatiale et temporelle. Ce travail souligne aussi le besoin de mieux exploiter les différents jeux de mesures indépendantes pour évaluer rigoureusement l'amélioration des petites échelles, qui ont un impact non négligeable sur la dynamique de mésoéchelle, notamment sur les transferts énergétiques au sein de l'océan et sur les interactions physico-biologiques. / The main objectif of this thesis is to evaluate the contribution of a dynamic interpolation method to improve the representation of small scale ocean processes in altimetric maps. The current resolution of these maps constructed by a statistical optimal interpolation technique, is well adapted to the study of the mesoscale variability but does not allow us to observe structures of sizes smaller than 150-200km, largely due to the spatio-temporal sampling of the data. The dynamic interpolation method is based on a one-and-a-half layer quasi-geostrophic (QG) propagation model, aims to recreate part of the temporal evolution of small oceanic structures using the local dynamics. In this study, we apply this method to the western Mediterranean Sea. First we evaluate the QG propagator's capacity to represent the dynamics in this region. We then use this propagator to perform the dynamic interpolation in a spatially idealized case, comparing the reconstructed fields with a fine-resolution numerical model. The results show a general improvement compared to a linear interpolation over a period of 5-10 days. There is spatial and temporal disparity in the performance of the method, with a greater improvement for the regions of high variability and during the winter period. We explored ways of complexifying the QG propagator to better represent the dynamics of the region, influenced by the strong local atmospheric forcing, the geometry of the bassin and its bathymetry. In a second study, we evaluated the contribution of this dynamical interpolation method for mapping real alongtrack altimetric data. For this study, covariance structures derived from the QG model's evolution are integrated into an optimal interpolation scheme. The resulting dynamical interpolated maps are compared to the current altimetric maps. This study, which participates in the preparation of the exploitation of the future high resolution data of the SWOT mission, demonstrates the effectiveness of a relatively simple model to improve the resolution of the altimetric maps. Nevertheless, all of these results reveal the difficulty to optimally parameterize this mapping method to caracterize the dynamics in a region which presents a strong spatial and temporal variability. This work also highlights the need to better exploit the independant data to rigorously evaluate the improvement at small scales, which have significant impacts on the dynamics of the mesoscale, particularly on energy transfers within the ocean and on physico-biological interactions.

A Subcorrente Norte do Brasil (SNB) é a corrente de contorno oeste que fecha o Giro Equatorial do Oceano Atlantico em sua porc¸ ao austral. É uma corrente vigorosa, com núcleo atingindo 1ms1 em profundidades de 150ma 250 m. Trabalhos pretéritos reportam que esta corrente transporta mais de 20 Sv (1 Sv = 106 m3 s1). Ao receber o aporte de volume de ramos da Corrente Sul Equatorial (CSE), em torno de 4 S 5 S, a SNB adquire núucleo em superfície e passa a ser denominada Corrente Norte do Brasil (CNB). Entretanto, nao há relato do padrao contínuo da SNB entre 11 S e as proximidades da linha do equador, por observacões de velocidade, na literatura. O objetivo desta dissertação é justamente o mapeamento sinótico e descrição da SNB e das estruturas de mesoescala associadas na faixa latitudinal supracitada. Para tanto, combinamos dados de ADCP de casco e de hidrografia. Os dados sao oriundos das comissoes OCEANO NORDESTE I (ONEI, verao 2002) e OCEANO NORDESTE II (ONEII, primavera 2004), realizadas a bordo do NOc Antares da Marinha do Brasil. Através de cálculo de velocidades geostróficas relativas a 1.150 m, análise dos dados de velocidades perfiladas pelo ADCP de casco e cálculo de velocidades geostróficas absolutas referenciadas pelos dados de ADCP a 160 m, obtivemos uma descrição da SNB que confirma e estende esforços anteriores de pesquisa. A SNB aparece como uma corrente robusta e presente ao longo de todas as radiais analisadas. Entre 11 S e as proximidades do Cabo Calcanhar (RN), o comportamento da corrente revela pouco meandramento, seguindo o talude continental nordestino. A exceção é um ramo ciclonico em torno de 4 S que cede volume para originar a Subcorrente Sul Equatorial (SSE) em nível subpicnoclínico. A SNB, provalvemente tentando conservar vorticidade potencial, frente à abrupta mudança de orientação da margem continental em 5 S, também desenvolve vii um meandro anticiclonico frontal centrado na longitude da cidade de Macau (RN) e com cerca de 150 km de raio. Como há evidencia do anticiclone nas duas comissões, especulamos tratar-se de uma estrutura semipermanente. Por tratar-se de um relato original, decidimos denominá-lo Vórtice de Macau (VM). Outro resultado relevante foi a documentação do processo de transformação da SNB em CNB, com avaliação do núcleo se tornando mais raso em direção ao equador. No cenário da ONEII, observamos a retroflexao picnoclínica da CNB, ocorrida no hemisfério boreal e a origem da Subcorrente Equatorial (SE) na área de estudo. Também como resultado inédito, os dados de velocidade observada mostraram que também há cessao de volume pela SNB para SE em torno de 1 S. / The North Brazil Undercurrent (NBUC) is the western boundary current that closes the Equatorial Gyre of the Atlantic Ocean in its austral portion. The NBC is a vigorous current with a core that reaches 1 m s1 at depth of 150 m to 250 m. Previous works reported that this current transports more than 20 Sv (1 Sv = 106 m3 s1). As branches of the South Equatorial Current (SEC) reaches the western boundary at around 4 S 5 S, the NBUC core surfaces and the new current is referred as the North Brazil Current (NBC). However, there is no report in the literature about a continuous pattern of the NBUC in the latitude range between 11 S and the vicinities of the equator from observed velocities. The main goal of this thesis is just to obtain a synoptic map of NBUC and the associated mesoscale features in the latitude range mentioned above. In order to do so, we combined vessel-mount ADCP and hydrographic data from two cruises conducted by the R/V Antares of the Brazilian Navy: the OCEANO NORDESTE I (ONEI, summer 2002) and the OCEANO NORDESTE II (ONEII, spring 2004). We calculated geostrophic velocities relative to 1.150 m, analyzed ADCP observed velocity data as well computed absolute geostrophic velocities, referenced by the ADCP data at 160 m. Hence, we were able to obtain a NBC description that corroborated and extended the findings of previous research in the area. The NBUC was depicted as a robust nearly non-meandering current between 11 S and Cape Calcanhar (RN) present in all transects of both cruises. At 4 S, the NBUC develops a cyclonic branch and originates the South Equatorial Undercurrent (SEUC). Possibly as an attempt to conserve potential vorticity as the NBUC faces the abrupt change in the continental margin orientation at 5 S, the current develops a 150 km radius anticyclonic frontal meander. As there are evidence of the anticyclone ix in both cruises, we speculate that it can be a semipermanent feature. As it is a original description, we named it the Macau Eddy. Another result that deserves to be mentioned is that the process of the transformation of the NBUC in NBC was well documented for the first time through a continuous surfacing process of the current core. Finally, in the ONEII scenario, we observed the pycnoclinic retroflection of the NBC that occurs in northern hemisphere and returns to the equator to originate the Equatorial Undercurrent (EUC). We also depicted that the NBUC feeds the forming EUC from the southern hemisphere from a cyclonic branch around 1 S.