Submitted by Inácio de Oliveira Lima Neto (inacio.neto@inpa.gov.br) on 2016-08-29T14:31:20Z No. of bitstreams: 1 tese_alexandra.pdf: 36597358 bytes, checksum: 7e911babac6f53c21195f9c65866a6bb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-29T14:31:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_alexandra.pdf: 36597358 bytes, checksum: 7e911babac6f53c21195f9c65866a6bb (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Intra-seasonal and inter-annual oscillations are responsible for part of precipitation ex- tremes during austral summer. In view of this, this study aimed to analyze the intra- seasonal variability modes on time scales of 8-24 days and 30-90 days associated with extreme events of daily precipitation over South America for 14 summer seasons, from 1998 to 2012. To achieve this we used a set of daily rainfall data from TRMM (Tropical Rainfaill Measuring Mission -NASA), stream functions and moisture fluxes obtained by NCEP Reanalysis - 2 (National Center for Environmental Prediction), with analysis of orthogonal functions, which made possible finding the three dominant modes on South America, and the Morlet wavelet transform to check for variations in the scales of 8- 24 and 30-90 days. Composite analyzes were used to assess the possible relation between the variability modes, when they operate separately and simultaneously. In parallel, we investigated possible interactions between intra-seasonal events on scales of 8-24 days during El Niño, La Nina and neutral years. The results indicated the domi- nance of intra-seasonal scales of 8-24 days on the continent compared to 30-90 days scale, especially when the events are in phase. The events operating in different pha- ses showed a weakening of the precipitation anomalies on scales 8-24 (positive) and 30-90 (negative) and when reversing the signs we note a disorganization of convection. The same is true during ENSO years. At the same time, it was found that during ENSO years the intra-seasonal scale is enhanced by the joint action of the extra-tropical and tropical wave-trains, and to the east of South America there is a predominance of intra- seasonal systems, while in the west rainfall anomalies are dominated by inter-annual variability. / As oscilações intrasazonais e interanuais são responsáveis por parte dos extremos de precipitação durante o verão autral. Diante disto, o presente trabalho teve como obje- tivo principal analisar os modos de variabilidade intrasazonais nas escalas de tempo de 8-24 dias e 30-90 dias associados aos eventos extremos de precipitação diária so- bre América do Sul durante 14 estações de verão, no período de 1998 a 2012. Para alcançar esse objetivo utilizou-se um conjunto de dados de diárias de precipitação do TRMM (Tropical Rainfaill Measuring Mission -NASA), função de corrente e fluxos de umidade obtidos pelo Reanálise - 2 do NCEP (National Centers for Environmen- tal Prediction), com análises de funções ortogonais, que possibilitou encontrar os três modos dominantes sobre a América do Sul, e a transformada de Ondeleta (Morlet) para verificar a existência de oscilações nas escalas de 8-24 e 30-90 dias. Análises de composições foram usadas para avaliar as possíveis relações entre as escalas de variabilidade, quando estas atuam isoladamente e simultaneamente. Paralelamente, buscou-se verificar possíveis interações entre os eventos intrasazonais na escala de 8-24 dias durante os anos de El Niño, La Nina e Neutro. Os resultados indicaram a predominância da escala intrasazonal de 8-24 dias sobre o continente em relação a escala de 30-90 dias, principalmente quando os eventos estão em fase. Os eventos atuando em fases diferentes mostraram um enfraquecimento das anomalias de preci- pitação nas escalas 8-24 (positiva) e 30-90 (negativa) e quando os sinais são inverti- dos, nota-se uma desorganização da convecção. O mesmo acontece durante o anos de atuação do ENOS. Ao mesmo tempo, verificou-se que durante os anos de ENOS a escala intrasazonal é intensificada pela ação conjunta do trem de ondas extratropical e tropical, e que ao leste da AS existe uma predominância dos sistemas intrasazonais, enquanto que à oeste as anomalias de precipitação são dominadas pela variabilidade interanual. Palavras-chave: Variabilidade Intrasazonal, Variabilidade Interanual, Oscilação Mad- den Julian, Teleconexão.

A análise de uma população em longo prazo permite a identificação da ausência ou presença de variações nos padrões de ciclo de vida, de distribuição espaço-temporal e dinâmica populacional. O ciclo de vida do camarão sete-barbas Xiphopenaeus kroyeri foi investigado na Enseada de Ubatuba, litoral norte do Estado de São Paulo (23º25\' - 23º27\'S / 45º00\' - 45º03\' W) ao longo de um intervalo de treze anos. Amostras de material biológico, de água de fundo e de sedimento foram coletadas em quatro pontos de amostragem em três períodos de 12 meses cada: janeiro a dezembro de 1998, julho de 2006 a junho de 2007 e setembro de 2010 a agosto de 2011. Dados obtidos em 1999 foram incluídos para as análises de crescimento individual, de longevidade e de idade de maturação. Altas abundâncias de fêmeas maduras e de jovens foram respectivamente associadas a valores de temperatura da água de fundo acima e abaixo da média da região. Indivíduos adultos predominaram em pontos com variação temporal da composição granulométrica do sedimento enquanto que os jovens se estabeleceram naqueles em que o sedimento permaneceu fino entre os períodos. Em 1998, a abundância de jovens, o peso individual de machos e fêmeas de todas as categorias demográficas, a idade de maturação morfológica e fisiológica e a longevidade foram maiores do que nos outros períodos. Os parâmetros da função de crescimento de machos e fêmeas variaram entre os períodos, sem apresentarem uma tendência temporal clara. Os padrões anuais de reprodução e recrutamento foram bastante semelhantes entre os períodos. As alterações nos fatores ambientais provocadas por variações na dinâmica de massas de água, pela ocorrência de El Niño e alterações na intensidade de pesca foram consideradas como possíveis agentes relacionadas às variações nos padrões do ciclo de vida da espécie na região / Long-term studies on a population provide detection of the presence or absence of interannual variation in patterns of its life cycle, spatio-temporal distribution, and dynamics. This study investigate the population of the seabob shrimp Xiphopenaeus kroyeri within a period of 13 years in Ubatuba Bay, northern coast of São Paulo state, Brazil (23º25\' - 23º27\'S / 45º00\' - 45º03\' W). Shrimp, bottom water and sediment samples were collected from four sampling sites during three 12-month periods: January-December 1998, July 2006-June 2007, and September 2010-August 2011. Monthly data collected in 1999 were included in growth, longevity and maturation age analyses. High abundance of mature females and juveniles were associated to the occurrence of temperature values below and above the region average, respectively. Adults predominated in sites that showed temporal variation of sediment texture while juveniles occurred in sites where sediment remained fine between the study periods. In the 1998 period values of juveniles were more abundant, individual weight of all demographic categories was higher, both morphological and physiological maturity was attained later and lifespan was longer than on the following periods. Growth function parameters of males and females varied between periods with no clear temporal trend. Monthly patterns of reproduction and recruitment were similar between the study periods. Changes in the environmental conditions caused by variations in the dynamics of the local water masses, occurrence of El Niño and fishery intensity were considered as possible factors related to the interannual variations in the life cycle pattern of X. kroyeri in the study region

A análise de uma população em longo prazo permite a identificação da ausência ou presença de variações nos padrões de ciclo de vida, de distribuição espaço-temporal e dinâmica populacional. O ciclo de vida do camarão sete-barbas Xiphopenaeus kroyeri foi investigado na Enseada de Ubatuba, litoral norte do Estado de São Paulo (23º25\' - 23º27\'S / 45º00\' - 45º03\' W) ao longo de um intervalo de treze anos. Amostras de material biológico, de água de fundo e de sedimento foram coletadas em quatro pontos de amostragem em três períodos de 12 meses cada: janeiro a dezembro de 1998, julho de 2006 a junho de 2007 e setembro de 2010 a agosto de 2011. Dados obtidos em 1999 foram incluídos para as análises de crescimento individual, de longevidade e de idade de maturação. Altas abundâncias de fêmeas maduras e de jovens foram respectivamente associadas a valores de temperatura da água de fundo acima e abaixo da média da região. Indivíduos adultos predominaram em pontos com variação temporal da composição granulométrica do sedimento enquanto que os jovens se estabeleceram naqueles em que o sedimento permaneceu fino entre os períodos. Em 1998, a abundância de jovens, o peso individual de machos e fêmeas de todas as categorias demográficas, a idade de maturação morfológica e fisiológica e a longevidade foram maiores do que nos outros períodos. Os parâmetros da função de crescimento de machos e fêmeas variaram entre os períodos, sem apresentarem uma tendência temporal clara. Os padrões anuais de reprodução e recrutamento foram bastante semelhantes entre os períodos. As alterações nos fatores ambientais provocadas por variações na dinâmica de massas de água, pela ocorrência de El Niño e alterações na intensidade de pesca foram consideradas como possíveis agentes relacionadas às variações nos padrões do ciclo de vida da espécie na região / Long-term studies on a population provide detection of the presence or absence of interannual variation in patterns of its life cycle, spatio-temporal distribution, and dynamics. This study investigate the population of the seabob shrimp Xiphopenaeus kroyeri within a period of 13 years in Ubatuba Bay, northern coast of São Paulo state, Brazil (23º25\' - 23º27\'S / 45º00\' - 45º03\' W). Shrimp, bottom water and sediment samples were collected from four sampling sites during three 12-month periods: January-December 1998, July 2006-June 2007, and September 2010-August 2011. Monthly data collected in 1999 were included in growth, longevity and maturation age analyses. High abundance of mature females and juveniles were associated to the occurrence of temperature values below and above the region average, respectively. Adults predominated in sites that showed temporal variation of sediment texture while juveniles occurred in sites where sediment remained fine between the study periods. In the 1998 period values of juveniles were more abundant, individual weight of all demographic categories was higher, both morphological and physiological maturity was attained later and lifespan was longer than on the following periods. Growth function parameters of males and females varied between periods with no clear temporal trend. Monthly patterns of reproduction and recruitment were similar between the study periods. Changes in the environmental conditions caused by variations in the dynamics of the local water masses, occurrence of El Niño and fishery intensity were considered as possible factors related to the interannual variations in the life cycle pattern of X. kroyeri in the study region

Magíster en Meteorología y Climatología / La temperatura en terrenos complejos está controlada por elementos fisiográficos y por flujos que modifican los balances locales de energía, generando fuertes contrastes de temperatura. En esta investigación se analizó un contraste de temperatura entre estaciones ubicadas a similar altitud y un contraste entre laderas, observados sobre la cordillera de Nahuelbuta, centro-sur de Chile. Para esto, se utilizaron datos de temperatura registrados por la red de estaciones AFEX, imágenes MODIS y reanálisis. Además se modelaron las condiciones de mesoescala con el modelo WRF. Los resultados indican que WRF no captura totalmente la diferencia de temperatura entre estaciones ubicadas a similar altitud, pero sí el contraste de temperatura entre el sector sur y norte de la cordillera. Este contraste se originaría por la actividad ondulatoria, resultado de la interacción entre el viento sureste y la montaña. Esta onda está asociada a subsidencia, que sumado al contraste térmico tierra-mar, produce una diferencia de temperatura del aire entre el sector norte, más cálido y el sector sur, más frío. Esta diferencia de temperatura en altura se manifiesta en superficie por el flujo de calor desde estas capas superiores, que se ve favorecido por una intensificación del viento producido por la actividad ondulatoria.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-01-15T14:36:00Z No. of bitstreams: 1 WashingtonLuizFelixCorreiaFilho_TESE.pdf: 1284178 bytes, checksum: 828e65ac066df616cd79dbeb9443edfe (MD5) / Approved for entry into archive by Elisangela Moura (lilaalves@gmail.com) on 2016-01-25T13:43:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 WashingtonLuizFelixCorreiaFilho_TESE.pdf: 1284178 bytes, checksum: 828e65ac066df616cd79dbeb9443edfe (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T13:43:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WashingtonLuizFelixCorreiaFilho_TESE.pdf: 1284178 bytes, checksum: 828e65ac066df616cd79dbeb9443edfe (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Nesta tese foram utilizados tr?s diferentes modelos de regress?o, os Modelos Lineares Generalizados via regress?o log?stica e de Poisson e os Modelos Vetoriais Lineares Generalizados via distribui??o generalizada de valores extremos (MVLG-GEV) com o objetivo de detectar os extremos de precipita??o no Nordeste do Brasil. Inicialmente aplicaram-se os modelos de regress?o log?stica e de Poisson para identificar as intera??es entre os extremos de precipita??o e as demais vari?veis a partir das raz?es de chances e de riscos relativos. Constatou-se que a vari?vel indicadora da ocorr?ncia de extremos de precipita??o ? a radia??o de onda longa, verificada nas regi?es leste, norte e semi?rido do NEB, e a umidade relativa foi verificada no sul do NEB, em ambos os modelos. Os resultados apresentados pelos modelos de regress?o log?stica e de Poisson mostram evid?ncias de que estes extremos de precipita??o s?o impulsionados pela Oscila??o Madden-Julian, que ao interagir com os outros sistemas meteorol?gicos locais, regionais e grande escala podem ocasionar a ocorr?ncia destes extremos. O terceiro modelo, MVLG-GEV, avaliou os extremos a partir dos m?ximos anuais de precipita??o de forma m?ltipla (a partir de um conjunto de vari?veis) e constatou-se que as vari?veis que subsidiaram a ocorr?ncia dos extremos de precipita??o foram: as componentes zonal e meridional do vento, evapora??o e TSM (Atl?ntico e Pac?fico). Este artigo mostra evid?ncias de que a variabilidade da TSM vistas no Atl?ntico como no Pac?fico (El Ni?o-Oscila??o Sul) interfera na variabilidade interanual da precipita??o, modificando o padr?o de circula??o atmosf?rica na regi?o, resultando na intensifica??o ou inibi??o da ocorr?ncia dos extremos de precipita??o. Os coeficientes de regress?o log?stica, de Poisson e de MVLG-GEV demonstraram signific?ncia estat?stica, inferiores a 5%. Em rela??o aos n?veis de retorno para os pr?ximos 30 anos pelos MVLG-GEV, o menor n?vel foi de 91,62mm no sul da Bahia, enquanto o maior foi de 185,72mm no norte do Cear?. / In this thesis used four different methods in order to diagnose the precipitation extremes on Northeastern Brazil (NEB): Generalized Linear Model s via logistic regression and Poisson, extreme value theory analysis via generalized extre me value (GEV) and generalized Pareto (GPD) distributions and Vectorial Generalized Linea r Models via GEV (MVLG GEV). The logistic regression and Poisson models were used to identify the interactions between the precipitation extremes and other variables based on the odds ratios and relative risks. It was found that the outgoing longwave radiation was the indicator variable for the occurrence of extreme precipitation on eastern, northern and semi arid NEB, and the relative humidity was verified on southern NEB. The GEV and GPD distribut ions (based on the 95th percentile) showed that the location and scale parameters were presented the maximum on the eastern and northern coast NEB, the GEV verified a maximum core on western of Pernambuco influenced by weather systems and topography. The GEV and GPD shape parameter, for most regions the data fitted by Weibull negative an d Beta distributions (? < 0) , respectively. The levels and return periods of GEV (GPD) on north ern Maranh?o (centerrn of Bahia) may occur at least an extreme precipitation event excee ding over of 160.9 mm /day (192.3 mm / day) on next 30 years. The MVLG GEV model found tha t the zonal and meridional wind components, evaporation and Atlantic and Pacific se a surface temperature boost the precipitation extremes. The GEV parameters show the following results: a) location ( ), the highest value was 88.26 ? 6.42 mm on northern Maran h?o; b) scale ( ? ), most regions showed positive values, except on southern of Maranh?o; an d c) shape ( ? ), most of the selected regions were adjusted by the Weibull negative distr ibution ( ? < 0 ). The southern Maranh?o and southern Bahia have greater accuracy. The level period, it was estimated that the centern of Bahia may occur at least an extreme precipitatio n event equal to or exceeding over 571.2 mm/day on next 30 years.

A habilidade de prever mudanças morfológicas nas regiões costeiras é restringida pela falta de dados observacionais com suficiente resolução espacial e temporal. Com o desenvolvimento do sensoriamento remoto, esse problema pode ser minimizado, especialmente com o uso de câmeras de vídeo para o estudo de regiões costeiras. Os objetivos dessa tese são, através do uso de imagens de vídeo, (1) desenvolver um método robusto para extrair a localização da linha de costa; (2) analisar um conjunto de dados inéditos de 26 anos de imagens diárias; (3) caracterizar as escalas espaciais e temporais da variação da linha de costa em um local representativo, a praia de Duck, NC; (4) testar esse método em uma praia reflectiva e com cúspides, a praia de Massaguaçu localizada no litoral brasileiro; (5) descrever recentes observações de feições morfológicas de meso-escalas associadas a um canal de marés usando uma técnica óptica inovadora e documentar as taxas e padrões de migração dessas feições morfológicas em New River Inlet, NC. Um modelo foi desenvolvido, chamado ASLIM (Augmented ShoreLine Intensity Maxima) para extrair as posições da linha de costa baseado na intensidade máxima observada nas imagens de exposição (timex) através de um ajuste Gaussiano com um subsequente filtro Kalman filtro, este para reduzir incertezas e ruídos. O ASLIM quando comparado com dados do levantamentos batimétricos mostrou um boa correlação com coeficiente de 0.85, estatisticamente significativo). As ondas foram caracterizadas em termos da altura significativa e os componentes longitudinal e transversal do fluxo de energia da onda (Px e Py, respectivamente). Menos de 2\\% da altura da onda é explicada por escalas maiores do que um ano. 66\\% da variância foi explicada por períodos maiores do que o ciclo anual, apesar do fato das forçantes (ondas) serem dominadas por períodos curtos (menores que 20 dias). O primeiro modo da EOF para a variação da linha de costa contém 49\\% da variância e representou o movimento transversal da linha de costa. O segundo modo (26\\% da variância) está associado com a alternância de sinais de acresção em cada lado píer, enquanto que os modos mais altos (7\\% e 5.6\\%) descrevem os efeitos locais do píer. O píer apresentou uma influência significativa no comportamento da linha de costa, à qual estende-se a 500 metros ao norte e sul do píer, duas vezes mais do que os valores assumidos por estudos anteriores. O píer restringe o transporte longitudinal sazonal entre a parte sul (verão) e a parte norte (inverno), resultando em uma acumulação de sedimentos sazonalmente reversa no lado up-drift da deriva. Sinais de erosão foram encontrados ao lado down-drift do píer e que propagam-se 1200 m/ano para longe do píer. A linha de costa apresentou uma tendência à erosão apenas no lado norte do píer, esta erosão pode estar relacionada com a tendência de aumento do transporte longitudinal para o norte, que é bloqueado devido ao píer, gerando uma acumulação na parte sul do píer e erosão na parte norte. O método ASLIM também foi testado na Praia de Massaguaçu e mostrou ser uma valiosa ferramenta para investigar variabilidade da linha de costa. Nossas observações em New River Inlet (NC), revelaram um complexo de bancos de espraiamento e feições arenosas de meso-escalas que migraram em um padrão coerente horário onde nas regiões offshore migraram em direção contrária a desembocadura do rio enquanto que as feições na região próxima a costa, migraram em direção ao canal. Para quantificar de forma objetiva as taxas e padrões de migração um algoritmo foi desenvolvido (LLSA - Lagged Least Square Algorithm) usando sequências de imagens de exposição (timex). Esse método compara diferentes imagens que possuem diferentes intervalos de tempo, e encontra o intervalo (lag) onde essas imagens são similares. A taxa média de migração encontrada foi de 1.53 m/dia (com desvio padrão de 0.76 m/dia). 72\\% das taxas estimadas foram maiores que 1.0 m/dia, 31\\% foram maiores que 2 m/dia, e as taxas máximas encontradas foram 3.5 m/day, em 23 dias. As taxas de migração média longitudinais mostraram um nó em 110 metros da linha de costa que separa as feições que migram para longe do canal (offshore) e para a linha de costa. O padrão circular pareceu ser consistente com o fluxo residual esperado em um delta de maré vazante. Em conclusão, nossos resultados mostraram que o uso de câmeras de vídeo são uma ótima ferramenta para fornecer informações sobre a dinâmica de morfologias costeiras com alta resolução temporal e espacial, de curto à longo-prazo. / The ability to predict changes of the coastal morphology has been restricted by the lack of observational data in a sufficient spatial and temporal coverage. With the advent of remote sensing, the low spatial and temporal resolution could be overcome, especially with the development of video cameras to study nearshore environments. The goals of this thesis are, using remote sensing techniques, to (1) develop a robust method for extracting shoreline locations; (2) analyze a unique 16 and 26-year record of daily to hourly video images; (3) characterize the space-time scales of shoreline variability at a representative site at Duck, NC; (4) test this method at a reflective and cuspy beach at Massaguaçu Beach located at Brazilian coast; (5) describe recent observations of meso-scales morphology associated with tidal inlets using an innovative optical method and document rates and patterns of migration of these features at New River Inlet, NC. A model was developed, called ASLIM (Augmented ShoreLine Intensity Maxima) to extract the shoreline positions based on fitting the band of high light intensity in time exposure images to a local Gaussian fit with a subsequent Kalman filter to reduce noise and uncertainty. The ASLIM model showed good agreement with survey data (correlation coefficient of 0.85, significant at 95\\% confidence level). Wave forcing was characterized in terms of the significant wave height and the cross-shore and longshore components of wave energy flux. 66\\% of the shoreline variability was explained by periods longer than the annual cycle, despite the fact that wave forcing is dominated by shorter periods. The first EOF mode of shoreline variability contained 49\\% of the variance and represented the cross-shore movement (landward- seaward) of the shoreline. The second mode (26\\% of the variance) is associated with alternating accretion signals on either side of the pier, while the next two higher EOFs (7\\% and 5.6\\%) describe the local pier effects. The pier was found to have a significant influence on shoreline behavior that extends out to 500 meters, nearly twice the length scales assumed by previous studies. The pier restricts seasonal longshore transport from the south (summer) and north (winter) sides, resulting in a seasonally-reversing sediment accumulation on the up-drift side. Erosion signals on the down-drift side of the pier were found propagate away from the pier at 1200 m/year. A shoreline erosion trend that was found only on the north side of the pier may be related to the trend found in the alongshore transport, that it is increasing toward the north and is being blocked by the pier. The ASLIM method was also tested at Massaguaçu Beach and showed to be a valuable tool to investigate shoreline variability processes. Our observations, at New Rivet Inlet (NC), revealed a complex set of swash bars and meso-scale sand banks that migrated in a coherent clockwise pattern with movement in offshore regions being away from the inlet mouth while nearshore migration was back toward the inlet. To quantify migration rates and patterns objectively based on sequences of time exposure images, a Lagged Least Squares Algorithm (LLSA) was developed that found the vector migration rate for which the suite of lagged images were most similar, computed on a tile-by-tile basis. The mean migration rate was found to be 1.53 m/day (standard deviation of 0.76 m/day). 72\\% percent of estimated rates were greater than 1.0 m/day, 31\\% percent were larger than 2.0 m/day, and the maximum rate round was 3.5 m/day, averaged over 23 days. Alongshore averages of cross-shore migration rates showed a node at 110 m from the shoreline that separates migration away from the inlet (offshore) from migration toward the inlet near the shore. The circular pattern of migration appeared to be consistent with expected residual flow on an ebb delta. In conclusion, our results showed that the use of video cameras are a useful tool for providing information about the dynamics of coastal morphologies with a high temporal and spatial resolution, from short to long-term.

In the Tropical Atlantic Ocean, the main mode of SST variability is the Atlantic Equatorial Mode or Atlantic Niño, which is strongly associated with rainfall patterns in northeastern Brazil and the West Africa Monsoon. The region of largest interannual variability, where the Atlantic Cold Tongue forms, is also a region of consistent biases in climate models. In this study, we investigate the interannual variability of the Tropical Atlantic and its changes in the recent decades in terms of the Bjerknes Feedback Index in a set of seven ocean reanalyses for the periods 1980-1999 and 2000-2010 and for an XX century ocean reanalysis for 1950-2010. Warming trends are observed in SSTs in the cold tongue region, as well as a decrease interannual variability. These in turn are associated with a weakening in the Bjerknes Feedback in the early XXI century, resulting from a stronger thermal damping and weaker thermocline feedback, associated with a weaker response of equatorial zonal thermocline slope to equatorial zonal wind stress. However, the spread among the reanalysis products is large, which makes necessary the use of multiple products and an ensemble analysis to minimize errors and obtain more robust results. This is further reinforced as no significant shifts in the Bjerknes Feedback Index were found for the period previous to 1980, since only one reanalysis product covers this period and its individual errors are large. / No Atlântico Tropical, o principal modo de variabilidade da temperatura da superfície do mar é o modo equatorial, ou El Niño do Atlântico, que está fortemente associado aos padrões de precipitação no Nordeste do Brasil e à Monção Oeste-Africana. A região de maior variabilidade interanual, onde se forma a Língua Fria do Atlântico, é também uma região de consistente discordância entre modelos climáticos. Neste estudo, são investigadas a variabilidade interanual do Atlântico Tropical e suas mudanças nas últimas décadas por meio do Índice do Feedback de Bjerknes considerando um grupo de sete reanálises oceânicas para os períodos de 1980-1999 e 2000-2010 e uma reanálise do século XX para 1950-2010. Um aquecimento é observado na região da língua fria, assim como uma diminuição na variabilidade interanual. Essas mudanças estão ligadas a um enfraquecimento do Feedback de Bjerknes no início do século XXI, como resultado de um amortecimento térmico mais intenso e um enfraquecimento do feedback da termoclina, associado a uma resposta mais fraca do gradiente zonal da termoclina equatorial à tensão de cisalhamento do vento. Contudo, a dispersão entre as reanálises é alta, o que torna necessária a análise comparativa de múltiplos produtos, visando obter resultados mais robustos. Da mesma forma, não foi possível tirar conclusões sobre mudanças no Feedback de Bjerknes no período anterior a 1980, uma vez que somente uma reanálise cobria este período e os erros individuais são grandes.

A habilidade de prever mudanças morfológicas nas regiões costeiras é restringida pela falta de dados observacionais com suficiente resolução espacial e temporal. Com o desenvolvimento do sensoriamento remoto, esse problema pode ser minimizado, especialmente com o uso de câmeras de vídeo para o estudo de regiões costeiras. Os objetivos dessa tese são, através do uso de imagens de vídeo, (1) desenvolver um método robusto para extrair a localização da linha de costa; (2) analisar um conjunto de dados inéditos de 26 anos de imagens diárias; (3) caracterizar as escalas espaciais e temporais da variação da linha de costa em um local representativo, a praia de Duck, NC; (4) testar esse método em uma praia reflectiva e com cúspides, a praia de Massaguaçu localizada no litoral brasileiro; (5) descrever recentes observações de feições morfológicas de meso-escalas associadas a um canal de marés usando uma técnica óptica inovadora e documentar as taxas e padrões de migração dessas feições morfológicas em New River Inlet, NC. Um modelo foi desenvolvido, chamado ASLIM (Augmented ShoreLine Intensity Maxima) para extrair as posições da linha de costa baseado na intensidade máxima observada nas imagens de exposição (timex) através de um ajuste Gaussiano com um subsequente filtro Kalman filtro, este para reduzir incertezas e ruídos. O ASLIM quando comparado com dados do levantamentos batimétricos mostrou um boa correlação com coeficiente de 0.85, estatisticamente significativo). As ondas foram caracterizadas em termos da altura significativa e os componentes longitudinal e transversal do fluxo de energia da onda (Px e Py, respectivamente). Menos de 2\\% da altura da onda é explicada por escalas maiores do que um ano. 66\\% da variância foi explicada por períodos maiores do que o ciclo anual, apesar do fato das forçantes (ondas) serem dominadas por períodos curtos (menores que 20 dias). O primeiro modo da EOF para a variação da linha de costa contém 49\\% da variância e representou o movimento transversal da linha de costa. O segundo modo (26\\% da variância) está associado com a alternância de sinais de acresção em cada lado píer, enquanto que os modos mais altos (7\\% e 5.6\\%) descrevem os efeitos locais do píer. O píer apresentou uma influência significativa no comportamento da linha de costa, à qual estende-se a 500 metros ao norte e sul do píer, duas vezes mais do que os valores assumidos por estudos anteriores. O píer restringe o transporte longitudinal sazonal entre a parte sul (verão) e a parte norte (inverno), resultando em uma acumulação de sedimentos sazonalmente reversa no lado up-drift da deriva. Sinais de erosão foram encontrados ao lado down-drift do píer e que propagam-se 1200 m/ano para longe do píer. A linha de costa apresentou uma tendência à erosão apenas no lado norte do píer, esta erosão pode estar relacionada com a tendência de aumento do transporte longitudinal para o norte, que é bloqueado devido ao píer, gerando uma acumulação na parte sul do píer e erosão na parte norte. O método ASLIM também foi testado na Praia de Massaguaçu e mostrou ser uma valiosa ferramenta para investigar variabilidade da linha de costa. Nossas observações em New River Inlet (NC), revelaram um complexo de bancos de espraiamento e feições arenosas de meso-escalas que migraram em um padrão coerente horário onde nas regiões offshore migraram em direção contrária a desembocadura do rio enquanto que as feições na região próxima a costa, migraram em direção ao canal. Para quantificar de forma objetiva as taxas e padrões de migração um algoritmo foi desenvolvido (LLSA - Lagged Least Square Algorithm) usando sequências de imagens de exposição (timex). Esse método compara diferentes imagens que possuem diferentes intervalos de tempo, e encontra o intervalo (lag) onde essas imagens são similares. A taxa média de migração encontrada foi de 1.53 m/dia (com desvio padrão de 0.76 m/dia). 72\\% das taxas estimadas foram maiores que 1.0 m/dia, 31\\% foram maiores que 2 m/dia, e as taxas máximas encontradas foram 3.5 m/day, em 23 dias. As taxas de migração média longitudinais mostraram um nó em 110 metros da linha de costa que separa as feições que migram para longe do canal (offshore) e para a linha de costa. O padrão circular pareceu ser consistente com o fluxo residual esperado em um delta de maré vazante. Em conclusão, nossos resultados mostraram que o uso de câmeras de vídeo são uma ótima ferramenta para fornecer informações sobre a dinâmica de morfologias costeiras com alta resolução temporal e espacial, de curto à longo-prazo. / The ability to predict changes of the coastal morphology has been restricted by the lack of observational data in a sufficient spatial and temporal coverage. With the advent of remote sensing, the low spatial and temporal resolution could be overcome, especially with the development of video cameras to study nearshore environments. The goals of this thesis are, using remote sensing techniques, to (1) develop a robust method for extracting shoreline locations; (2) analyze a unique 16 and 26-year record of daily to hourly video images; (3) characterize the space-time scales of shoreline variability at a representative site at Duck, NC; (4) test this method at a reflective and cuspy beach at Massaguaçu Beach located at Brazilian coast; (5) describe recent observations of meso-scales morphology associated with tidal inlets using an innovative optical method and document rates and patterns of migration of these features at New River Inlet, NC. A model was developed, called ASLIM (Augmented ShoreLine Intensity Maxima) to extract the shoreline positions based on fitting the band of high light intensity in time exposure images to a local Gaussian fit with a subsequent Kalman filter to reduce noise and uncertainty. The ASLIM model showed good agreement with survey data (correlation coefficient of 0.85, significant at 95\\% confidence level). Wave forcing was characterized in terms of the significant wave height and the cross-shore and longshore components of wave energy flux. 66\\% of the shoreline variability was explained by periods longer than the annual cycle, despite the fact that wave forcing is dominated by shorter periods. The first EOF mode of shoreline variability contained 49\\% of the variance and represented the cross-shore movement (landward- seaward) of the shoreline. The second mode (26\\% of the variance) is associated with alternating accretion signals on either side of the pier, while the next two higher EOFs (7\\% and 5.6\\%) describe the local pier effects. The pier was found to have a significant influence on shoreline behavior that extends out to 500 meters, nearly twice the length scales assumed by previous studies. The pier restricts seasonal longshore transport from the south (summer) and north (winter) sides, resulting in a seasonally-reversing sediment accumulation on the up-drift side. Erosion signals on the down-drift side of the pier were found propagate away from the pier at 1200 m/year. A shoreline erosion trend that was found only on the north side of the pier may be related to the trend found in the alongshore transport, that it is increasing toward the north and is being blocked by the pier. The ASLIM method was also tested at Massaguaçu Beach and showed to be a valuable tool to investigate shoreline variability processes. Our observations, at New Rivet Inlet (NC), revealed a complex set of swash bars and meso-scale sand banks that migrated in a coherent clockwise pattern with movement in offshore regions being away from the inlet mouth while nearshore migration was back toward the inlet. To quantify migration rates and patterns objectively based on sequences of time exposure images, a Lagged Least Squares Algorithm (LLSA) was developed that found the vector migration rate for which the suite of lagged images were most similar, computed on a tile-by-tile basis. The mean migration rate was found to be 1.53 m/day (standard deviation of 0.76 m/day). 72\\% percent of estimated rates were greater than 1.0 m/day, 31\\% percent were larger than 2.0 m/day, and the maximum rate round was 3.5 m/day, averaged over 23 days. Alongshore averages of cross-shore migration rates showed a node at 110 m from the shoreline that separates migration away from the inlet (offshore) from migration toward the inlet near the shore. The circular pattern of migration appeared to be consistent with expected residual flow on an ebb delta. In conclusion, our results showed that the use of video cameras are a useful tool for providing information about the dynamics of coastal morphologies with a high temporal and spatial resolution, from short to long-term.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:47:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Almeida Magris.pdf: 1237040 bytes, checksum: 07bea7179db169152f53f5f9f64662ff (MD5) Previous issue date: 2008-03-24 / A variabilidade interanual, sazonal e entre as fases da maré da comunidade de Copepoda no estuário do rio Mucuri (Bahia, Brasil) foi estudada. Foram coletadas amostras de plâncton em cada estação do ano por um período de cinco anos (2002-2006) em três pontos de amostragem; sendo que em um deles, as amostragens aconteceram de acordo com o ciclo de marés (duas na enchente e duas na vazante). Dados de temperatura, salinidade, pluviosidade e vazão do rio foram obtidos. O inverno e o verão se destacaram por representarem o período seco e o chuvoso, respectivamente. A representatividade de Copepoda na comunidade zooplanctônica variou entre 40 e 63% da abundância total de espécies, e foi composta por 46 taxa, sendo dominada por espécies comuns nos ecossistemas estuarinos (Temora turbinata, Parvocalanus crassirostris, Acartia lilljeborgi, Oithona hebes, dentre outras). Foram encontrados indivíduos em todos os estágios do ciclo de vida, exemplificando o papel do estuário na reprodução e crescimento das espécies. Para espécies estenohalinas (e.g. Notodiaptomus sp. e Thermocyclops minutus), as variações interanuais e sazonais parecem ser mais importantes enquanto as espécies eurihalinas (a maioria das espécies dominantes) tiveram suas densidades controladas pela variabilidade entre as fases de maré. / Copepod community variability among years, seasons and tidal fluctuations at the Mucuri River estuary (Bahia, Brasil) were studied. Zooplankton samples were collected in each season for a period of five years (2002-2006) at three sampling stations; with one of the stations sampled at each tidal cycle (two neap and two flood tides). Temperature, salinity, river flow and rainfall data were obtained. Winter and summer represented the dry and wet seasons, respectively. Copepods abundance ranged from 40 to 63% of the total zooplankton community and was composed of 46 taxa, dominated by common estuarine species such as Temora turbinata, Parvocalanus crassirostris, Acartia lilljeborgi, Oithona hebes, among others). Individuals in all of the life stages were found, exemplifying the role of the estuary in the reproduction and growth of several species. For the stenohaline species (e.g. Notodiaptomus sp. and Thermocyclops minutus), interannual and seasonal variations seems to be more important while for the euryhaline species (the majority of the dominant ones) had their densities controlled by tidal variability.

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.