Ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico em médias latitudes foram observadas em dados de anomalia da altura da superfície do mar dos radares altimétrico TOPEX/Jason-1 na última década. Entretanto, sinais similares são observados em dados de concentração de clorofila a obtidos através de dados na faixa espectral visível através do sensor SeaWiFs. Anomalias na concentração de clorofila que se propagam para oeste com períodos e comprimentos de onda característicos de ondas de Rossby, indicam que estas ondas induzem parte da variabilidade da produtividade primária em oceano aberto. O foco deste trabalho é o mecanismo de acoplamento físico-biológico causado pela passagem de ondas de Rossby e evidenciado pelos padrões regulares de aumento e diminuição de algas clorofiladas. Levamos em conta dois mecanismos principais: advecção vertical de nutrientes e/ou clorofila a e advecção horizontal de gradientes meridionais de clorofila a. No presente trabalho, nós investigamos esta influência através da correlação entre a anomalia da altura da superfície do mar (AASM) e do logaritmo da concentração de clorofila a (CChl). Foram estimados também a amplitude e a relação de fase entre ambos conjuntos de dados. Para tal, os dois conjuntos de dados foram interpolados numa grade regular de 1° X 1° X 9.9156 dias e selecionados com base numa máscara de continentes que exclui a presença de regiões com menos de 1000 metros de profundidade, ilhas e mares zonalmente fechados para permitir o uso de filtros digitais. Os mapas globais de ambas variáveis foram reorganizados em diagramas zonais-temporais (ou de Hovmöller) para cada grau de latitude. A cada um destes diagramas foi aplicada uma série de filtros bidimensionais de resposta impulsiva finita (FIR-2D). Estes decompõem o sinal de cada variável em bandas espectrais associadas a ondas de Rossby de período aproximado de 24, 12 e 6 meses. A estimativa da velocidade de fase (cp) é baseada no método da transformada Radon; a do período (T) e do comprimento de onda (L) é baseada no ajuste de mínimos quadrados de uma função senoidal. Correlação, fase e amplitude foram obtidas ao longo da extensão zonal das três principais bacias oceânicas (Atlântico, Índico e Pacífico) para cada grau de latitude. As latitudes selecionadas para análise apresentam diferenças nas estimativas de cp24, cp12 e cp6 baseadas na AASM e CChl estatísticamente similares com um intervalo de confiança de 95%. Foram escolhidas latitudes entre os giros subpolar e subtropical e na região central do giro subtropical em ambos hemisférios. Os resultados indicam que nas regiões entre giros oceânicos o processo de advecção horizontal de gradientes meridionais de clorofila predomina em relação ao de advecção vertical de nutrientes e/ou clorofila. Nas regiões centrais dos giros subtropicais a advecção vertical é mais propensa a acontecer em detrimento da advecção horizontal. Os resultados aqui apresentados indicam que as ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico tem influência sobre a biomassa fitoplanctônica. Esta influência se dá por advecção horizontal ou vertical, dependendo da região oceânica. / Rossby waves of first baroclinic mode in midlatitudes were observed in sea surface height anomaly data from the TOPEX/Jason-1 radar altimeter in the past decade. Nevertheless, similar signals are observed in clorophyll a concentration estimates based on the visible part of the spectrum collected by the SeaWiFS satellite sensor. Westward propagating anomalies with periods and wavelengths characteristic of first mode baroclinic Rossby waves are evident in satellite--borne chlorophyll a concentration data and suggest that these waves are partially responsible for the primary productivity variability in open ocean. The focus of this study is the physical-biological coupling caused by the passage of Rossby waves, evident in the regular patterns of increase and decrease of chlorophyll--rich algae. We took into account two main mechanisms: vertical advection of nutrients and/or chlorophyll a and horizontal advection of the background gradient of meridional chlorophyll concentration. In this work, these mechanisms were investigated through the correlation between sea surface height anomaly (AASM) and the logarithm of the chlorophyll a concentration (CChl). The amplitude and phase relation between data sets were estimated. To this end, both data sets were gridded to a 1° X 1° X 9.9156 days mesh. A continental maks that excludes areas less than 1000 meters deep, islands, and zonally enclosed seas was applied to allow the use of digital filters. The global maps of both variables were rearranged into zonal-temporal (or Hovmöller) diagrams for each degree of latitude. To each one of these diagrams a series of bidimensional finite impulsive response filters (FIR-2D) was applied. These decompose the signal of each variable in spectral bands associated with Rossby waves with periods of approximately 24, 12 and 6 months. Phase speeds (cp) were estimated based on the Radon transform method; periods (T) and wavelengths (L) were obtained by least squares fit of a sinusoidal function. Correlation, phase and amplitude were obtained along the zonal extension of the three basins (Atlantic, Indian and Pacific) at each degree of latitude. The analyzed latitudes present cp24, cp12 and cp6 estimates based on AASM and CChl that are within the 95% confidence interval of each other. Latitudes between the subtropical and subpolar gyres and in the central region of the subtropical gyre were chosen for further analysis in both hemispheres. Results indicate that the horizontal advection of background meridional gradient of chlorophyll concentration prevails in relation to vertical advection of nutrients and/or chlorophyll a in regions between oceanic gyres. In the central regions of the subtropical gyres the vertical advection prevails over the horizontal advection. The results presented in this study indicate that the first mode baroclinic Rossby waves have influence over the phytoplanktonic biomass. This influence operates through horizontal or vertical advection, depending on the oceanic region.

Um conjunto de 15 anos de dados de anomalia da altura da superfície do mar (h) dos altímetros TOPEX/Poseidon e Jason-1 interpolado por um método de médias ponderadas pelos coeficientes de autocorrelação é utilizado para verificar as variações espectrais de ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico no Oceano Atlântico. O método de interpolação é inovador e foi desenvolvido especificamente para esta finalidade. Médias, tendência e climatologias mensais são calculadas para todo o globo. As tendências globais mostram regiões com tendência de aumento do nível do mar que podem superar a marca de 10mmano1 e algumas regiões com tendência de rebaixamento de mesma ordem de grandeza. Uma metodologia de análise com base em ondaletas bidimensionais foi desenvolvida inteiramente no curso deste trabalho e é aplicada de forma inédita aos dados altimétricos. Através do filtro de ondaletas bidimensional, diagramas zonais temporais de h são decompostos para obter-se a variação do ciclo sazonal e o sinal propagante associado a estas ondas em determinadas latitudes. A metodologia é inicialmente aplicada no Oceano Pacífico a 28,5±N para validar os resultados com a literatura disponível e em seguida ao Oceano Atlântico e detalhada nas latitudes 32,5±N e 17,5±S. As velocidades de fase calculadas para o Atlântico variam de 20kmdia1 em latitudes de 10± e 2kmdia1 em latitudes de 38±. A variação espectral de ondas de Rossby é analisada em três localidades: 28,5±N 134,3±E, 32,5±N 73,5±W e 17,5±S 35,2±E. Em todos os casos é observada variação espectral no tempo, nas bandas anual, semestral e trimestral tanto de intensidade quanto de persistência. Além disso, através da análise da distribuição zonal-temporal da potência espectral em várias bandas, nota-se variabilidade espacial no espectro das ondas de Rossby. / Fifteen years of sea surface height anomaly (SSHA) from merged TOPEX/Poseidon and Jason-1 datasets gridded using an autocorrelation-based interpolation method are used to test the spectral variability of first mode baroclinic Rossby waves in the Atlantic Ocean. The gridding method is innovative and was specifically developed for this purpose. Mean SSHA, trends and monthly climatologies were determined globally. The global SSHA trends show regions of rising sea level of more than 10mmyr1 and some regions of sinking the same order of magnitude. A two-dimentional wavelet analisys-based methodology was entirely developed for the purpose of this study and is unprecedently applied to the altimetry data. SSHA longitude-time diagrams are filtered through the twodimentional wavelet filter and decomposed to obtain at certain latitudes the variation of the seasonal cycle and of the propagating signal linked to these waves. The methodology is first applied to the Pacific Ocean at 28,5±N to validate the results with the available literature and then applied to the Atlantic Ocean with detail at the latitudes 32,5±N and 17,5±S. The calculated phase velocities for the Atlantic range from 20kmday1 at 10± latitude to 2kmday1 at 38± latitude. The spectral variability of Rossby waves is analysed at three locations: 28,5±N 134,3±E, 32,5±N 73,5±W and 17,5±S 35,2±E. In all cases spectral change is observed in time, at the annual, semi-annual and quarterly spectral bands both in intensity and in persistence. Furthermore, through the longitude-time spectral power distribution analysis in various spectral bands, there is spatial variability in the Rossby wave spectrum.

A maior parte do sinal propagante para oeste nos oceanos é explicada pelas ondas de Rossby baroclínicas. Porém, vórtices de mesoescala podem interferir na identificação dessas ondas. A maior adversidade em se distinguir o sinal dessas feições é que os vórtices parecem propagar-se com uma velocidade aproximada à velocidade de fase das ondas. Um dos objetivos do presente trabalho é caracterizar os sinais propagantes para oeste em termos da sua velocidade de fase no Atlântico. A análise se baseia em de dados das anomalias da altura da superfície do mar (ASM) e da temperatura de superfície do mar (TSM) derivados dos altímetros TOPEX/Poseidon e Jason-1 e radiômetro TRMM/TMI. As anomalias de ASM e TSM foram filtradas por um conjunto de filtros de resposta impulsiva finita (FIR) para eliminar o sinais sazonais, interanuais e sinais de alta frequência. A análise de correlação cruzada entre as matrizes zonais-temporais de ASM e TSM foi feita para limitar as conclusões aos sinais presentes simultaneamente em ambas as bases de dados. A velocidade de fase das ondas de Rossby foi estimada via transformada de Radon aplicada às matrizes de correlação cruzada. Um máximo local solitário sobre a origem foi observado nos diagramas de correlação e associado à presença de vórtices de mesoescala. Porém este máximo se alonga com a mesma inclinação correspondente à velocidade de fase das ondas de Rossby. Isto sugere que estes vórtices podem propagar-se sobrepostos às ondas. As velocidades de propagação dos vórtices são estimadas através do ajuste de uma função de decaimento exponencial no tempo e na distância zonal. Análises preliminares da transformada de Fourier mostraram que os sinais propagantes para oeste são predominantemente anuais, embora picos de frequências semi-anuais são observadas nestes espectros. Em decorrência da evidência de que os sinais propagantes para oeste são compostos simultaneamente por vórtices e ondas de Rossby, um filtro baseado na transformada de Radon e sua inversa foi desenvolvido para separar o sinal de feições com simetria circular. O filtro de vórtice circular foi aplicado em três áreas onde se localizam a Corrente das Agulhas, Confluências Brasil-Malvinas e Corrente do Golfo. Com base na análise visual pode-se afirmar que o filtro identificou com sucesso vórtices circulares nas três áreas estudadas, tanto nos dados de ASM como nos de TSM. As velocidades de fase das ondas de Rossby foram ligeiramente mais rápidas, em média, que as velocidades dos vórtices em todas as três áreas, cerca de 10% na ASM e 13% na TSM. As velocidades calculadas após a aplicação do filtro de vórtice circular apresentaram um viés positivo em relação as obtidas via correlações cruzadas. A maior diferença na estimativa das velocidades dos vórtices foi de 21% e nas ondas 25%, ambas na região da Corrente das Agulhas. Baseado nas evidências apresentadas é possível afirmar que vórtices podem se propagar com velocidades semelhantes à velocidade das ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico. O lag das correlações cruzadas indicaram que o processo físico que relaciona a variabilidade nos dados de ASM à dos TSM é a advecção causada pela passagem de uma onda planet´aria do primeiro modo baroclínico. Esta advecção pode ser horizontal ou vertical dependendo do processo dominante que ocorre numa dada região. / In the oceans, most of the westward propagating signal is explained by baroclinic Rossby waves. However, mesoscale vortices can interfere in the identification of these waves. The main observational issue is to distinguish eddies from the wave-like propagating signals, since the former propagates with a speed that approximately matches the phase speed of baroclinic Rossby waves. The objective of the present study is to characterize the westward propagating signals in terms of their propagation speeds in the Atlantic. The analysis is based on satellite derived sea surface height (SSH) and sea surface temperature (SST) anomalies from the TOPEX/Poseidon and Jason-1 altimeters and TRMM/TMI radiometer records. The SSH and SST anomaly maps were filtered with a set of finite impulse response filters to eliminate the seasonal and interannual cycles and high frequency signals. The cross-correlation analysis between SSH and SST longitude-time matrices was performed to limit the conclusions to the features that appear simultaneously in both datasets. The of Rossby wave phase speed was estimated via Radon transform applied to the longitude-time cross-correlation matrices. A single local maximum was was observed at the origin of the cross-correlation diagrams and associated to mesoscale vortices. However, this maximum spreads along the same slope that characterizes the the westward Rossby wave phase speed. This suggests that vortices propagate superimposed to Rossby waves. The propagating speed of the vortices is estimated from the linear fit of an exponential decay function. A preliminary Fourier analysis show that the westward propagating signals are predominantly annual, yet peaks in the semiannual frequencies are observed. The evidence that the westward propagating signals are composed simultaneously of vortices and Rossby waves motivated the development of a filter based in the Radon transform and its inverse, to isolate the signal associated to circularly symmetric features. This circular vortex filter was applied in three areas that portray the Agulhas Current, the Brazil-Malvinas Confluence, and the Gulf Stream. Based on visual analysis one can affirm that the circular filter sucessfully identified vortices in three areas, both in the SSH and in the SST data. The phase speeds of Rossby waves were, on average, slightly faster than vortices speeds in the three areas, approximately 10% in SSH and 13% in SST. The speeds calculated after the circular vortex filter was applied presented a positive bias in relation to those obtain from cross correlations. The largest difference in the vortices speeds was 21% and in the wave speeds 25%, both in Agulhas Current region. Based on the present evidences it is possible to state that vortices can propagate with speeds similar to those of first-mode baroclinic Rossby waves. The cross-correlation lag suggests that the physical process that links the variability of the SSH to that of the SST is the advection generated by the passage of a first-mode baroclinic planetary wave. This advection can be horizontal or vertical depending of the dominant process in a given region.

Ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico em médias latitudes foram observadas em dados de anomalia da altura da superfície do mar dos radares altimétrico TOPEX/Jason-1 na última década. Entretanto, sinais similares são observados em dados de concentração de clorofila a obtidos através de dados na faixa espectral visível através do sensor SeaWiFs. Anomalias na concentração de clorofila que se propagam para oeste com períodos e comprimentos de onda característicos de ondas de Rossby, indicam que estas ondas induzem parte da variabilidade da produtividade primária em oceano aberto. O foco deste trabalho é o mecanismo de acoplamento físico-biológico causado pela passagem de ondas de Rossby e evidenciado pelos padrões regulares de aumento e diminuição de algas clorofiladas. Levamos em conta dois mecanismos principais: advecção vertical de nutrientes e/ou clorofila a e advecção horizontal de gradientes meridionais de clorofila a. No presente trabalho, nós investigamos esta influência através da correlação entre a anomalia da altura da superfície do mar (AASM) e do logaritmo da concentração de clorofila a (CChl). Foram estimados também a amplitude e a relação de fase entre ambos conjuntos de dados. Para tal, os dois conjuntos de dados foram interpolados numa grade regular de 1° X 1° X 9.9156 dias e selecionados com base numa máscara de continentes que exclui a presença de regiões com menos de 1000 metros de profundidade, ilhas e mares zonalmente fechados para permitir o uso de filtros digitais. Os mapas globais de ambas variáveis foram reorganizados em diagramas zonais-temporais (ou de Hovmöller) para cada grau de latitude. A cada um destes diagramas foi aplicada uma série de filtros bidimensionais de resposta impulsiva finita (FIR-2D). Estes decompõem o sinal de cada variável em bandas espectrais associadas a ondas de Rossby de período aproximado de 24, 12 e 6 meses. A estimativa da velocidade de fase (cp) é baseada no método da transformada Radon; a do período (T) e do comprimento de onda (L) é baseada no ajuste de mínimos quadrados de uma função senoidal. Correlação, fase e amplitude foram obtidas ao longo da extensão zonal das três principais bacias oceânicas (Atlântico, Índico e Pacífico) para cada grau de latitude. As latitudes selecionadas para análise apresentam diferenças nas estimativas de cp24, cp12 e cp6 baseadas na AASM e CChl estatísticamente similares com um intervalo de confiança de 95%. Foram escolhidas latitudes entre os giros subpolar e subtropical e na região central do giro subtropical em ambos hemisférios. Os resultados indicam que nas regiões entre giros oceânicos o processo de advecção horizontal de gradientes meridionais de clorofila predomina em relação ao de advecção vertical de nutrientes e/ou clorofila. Nas regiões centrais dos giros subtropicais a advecção vertical é mais propensa a acontecer em detrimento da advecção horizontal. Os resultados aqui apresentados indicam que as ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico tem influência sobre a biomassa fitoplanctônica. Esta influência se dá por advecção horizontal ou vertical, dependendo da região oceânica. / Rossby waves of first baroclinic mode in midlatitudes were observed in sea surface height anomaly data from the TOPEX/Jason-1 radar altimeter in the past decade. Nevertheless, similar signals are observed in clorophyll a concentration estimates based on the visible part of the spectrum collected by the SeaWiFS satellite sensor. Westward propagating anomalies with periods and wavelengths characteristic of first mode baroclinic Rossby waves are evident in satellite--borne chlorophyll a concentration data and suggest that these waves are partially responsible for the primary productivity variability in open ocean. The focus of this study is the physical-biological coupling caused by the passage of Rossby waves, evident in the regular patterns of increase and decrease of chlorophyll--rich algae. We took into account two main mechanisms: vertical advection of nutrients and/or chlorophyll a and horizontal advection of the background gradient of meridional chlorophyll concentration. In this work, these mechanisms were investigated through the correlation between sea surface height anomaly (AASM) and the logarithm of the chlorophyll a concentration (CChl). The amplitude and phase relation between data sets were estimated. To this end, both data sets were gridded to a 1° X 1° X 9.9156 days mesh. A continental maks that excludes areas less than 1000 meters deep, islands, and zonally enclosed seas was applied to allow the use of digital filters. The global maps of both variables were rearranged into zonal-temporal (or Hovmöller) diagrams for each degree of latitude. To each one of these diagrams a series of bidimensional finite impulsive response filters (FIR-2D) was applied. These decompose the signal of each variable in spectral bands associated with Rossby waves with periods of approximately 24, 12 and 6 months. Phase speeds (cp) were estimated based on the Radon transform method; periods (T) and wavelengths (L) were obtained by least squares fit of a sinusoidal function. Correlation, phase and amplitude were obtained along the zonal extension of the three basins (Atlantic, Indian and Pacific) at each degree of latitude. The analyzed latitudes present cp24, cp12 and cp6 estimates based on AASM and CChl that are within the 95% confidence interval of each other. Latitudes between the subtropical and subpolar gyres and in the central region of the subtropical gyre were chosen for further analysis in both hemispheres. Results indicate that the horizontal advection of background meridional gradient of chlorophyll concentration prevails in relation to vertical advection of nutrients and/or chlorophyll a in regions between oceanic gyres. In the central regions of the subtropical gyres the vertical advection prevails over the horizontal advection. The results presented in this study indicate that the first mode baroclinic Rossby waves have influence over the phytoplanktonic biomass. This influence operates through horizontal or vertical advection, depending on the oceanic region.

Ondas de Rossby longas são ondas de larga escala que se propagam para o oeste com escala espacial de algumas centenas a vários milhares de quilômetros e desempenham um papel crítico na regulação da circulação do oceano. Sua propagação promove deslocamentos verticais da termoclina, muitas vezes da ordem de dezenas de metros, e causa variações de altura da superfície do mar que podem ser observadas através de dados de satélites altimétricos. A hipótese deste estudo é que existe uma fração significativa da variabilidade da velocidade geostrófica na superfície, associada a sinais propagantes para oeste. Para testá-la avaliamos a variabilidade da velocidade geostrófica meridional na superfície induzida pela passagem dessas ondas. Filtros digitais são necessários para distinguir sinais propagantes dos não-propagantes e permitiu a seleção da componente propagante para oeste com período aproximado de 12 meses. Velocidade de fase cp, período P, comprimento de onda λ, amplitude quadrática média A e o percentual de variância explicada σ2 desta componente foram estimados nos locais onde identificamos ondas de Rossby longas do primeiro modo baroclínico. Selecionamos perfis Argo posicionados em diferentes fases da mesma onda para averiguar a influência da sua propagação nos campos de temperatura, salinidade e densidade. Os resultados revelaram que a onda de Rossby anual de 237 mm de altura pode alterar o campo de densidade com valores de até 0,3 kg m-3 numa faixa de 240 m ao nível picnoclina. A variância explicada da componente meridional da velocidade geostrófica propagante para oeste em relação ao sinal original revelou que de 40% a 71% do sinal se propaga para oeste, corroborando a hipótese. / Long Rossby waves are large-scale waves which propagate westward with spatial scale ranging from a few hundred to several thousand kilometers. These waves play a critical role in the adjustment of ocean circulation. Their propagation cause vertical displacements of the thermocline, often of tens meters, and cause variations of sea surface height that can be observed on satellite altimeters data. The hypothesis of this study is that there is a significant fraction of surface geostrophic velocity variability associated with westward propagating signals. To test it, we assessed the variability of the meridional geostrophic velocity at the surface induced by the passage of these waves. Digital filters are necessary to distinguish the propagating from non-propagating signals and allowed for the selection of the westward propagating component with an approximate period of about 12 months. Phase speed cp, period P, wavelength λ, mean square amplitude A and percentage of explained variance σ2 of this component were estimated where long Rossby waves from the first baroclinic mode were identified. We selected Argo profiles data positioned at different phases of the same wave to verify the influence of its propagation on temperature, salinity and density fields. The results showed that the annual Rossby wave of 237 mm height can change the density field with values up to 0.3 kg m-3 about 240 m at pycnoclin level. The explained variance of the westward meridional component of geostrophic velocity relative to the original signal revealed that 40% to 71% of the signal propagates westward, supporting the hypothesis.

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.

Ondas de Rossby longas são ondas de larga escala que se propagam para o oeste com escala espacial de algumas centenas a vários milhares de quilômetros e desempenham um papel crítico na regulação da circulação do oceano. Sua propagação promove deslocamentos verticais da termoclina, muitas vezes da ordem de dezenas de metros, e causa variações de altura da superfície do mar que podem ser observadas através de dados de satélites altimétricos. A hipótese deste estudo é que existe uma fração significativa da variabilidade da velocidade geostrófica na superfície, associada a sinais propagantes para oeste. Para testá-la avaliamos a variabilidade da velocidade geostrófica meridional na superfície induzida pela passagem dessas ondas. Filtros digitais são necessários para distinguir sinais propagantes dos não-propagantes e permitiu a seleção da componente propagante para oeste com período aproximado de 12 meses. Velocidade de fase cp, período P, comprimento de onda λ, amplitude quadrática média A e o percentual de variância explicada σ2 desta componente foram estimados nos locais onde identificamos ondas de Rossby longas do primeiro modo baroclínico. Selecionamos perfis Argo posicionados em diferentes fases da mesma onda para averiguar a influência da sua propagação nos campos de temperatura, salinidade e densidade. Os resultados revelaram que a onda de Rossby anual de 237 mm de altura pode alterar o campo de densidade com valores de até 0,3 kg m-3 numa faixa de 240 m ao nível picnoclina. A variância explicada da componente meridional da velocidade geostrófica propagante para oeste em relação ao sinal original revelou que de 40% a 71% do sinal se propaga para oeste, corroborando a hipótese. / Long Rossby waves are large-scale waves which propagate westward with spatial scale ranging from a few hundred to several thousand kilometers. These waves play a critical role in the adjustment of ocean circulation. Their propagation cause vertical displacements of the thermocline, often of tens meters, and cause variations of sea surface height that can be observed on satellite altimeters data. The hypothesis of this study is that there is a significant fraction of surface geostrophic velocity variability associated with westward propagating signals. To test it, we assessed the variability of the meridional geostrophic velocity at the surface induced by the passage of these waves. Digital filters are necessary to distinguish the propagating from non-propagating signals and allowed for the selection of the westward propagating component with an approximate period of about 12 months. Phase speed cp, period P, wavelength λ, mean square amplitude A and percentage of explained variance σ2 of this component were estimated where long Rossby waves from the first baroclinic mode were identified. We selected Argo profiles data positioned at different phases of the same wave to verify the influence of its propagation on temperature, salinity and density fields. The results showed that the annual Rossby wave of 237 mm height can change the density field with values up to 0.3 kg m-3 about 240 m at pycnoclin level. The explained variance of the westward meridional component of geostrophic velocity relative to the original signal revealed that 40% to 71% of the signal propagates westward, supporting the hypothesis.

Um conjunto de 15 anos de dados de anomalia da altura da superfície do mar (h) dos altímetros TOPEX/Poseidon e Jason-1 interpolado por um método de médias ponderadas pelos coeficientes de autocorrelação é utilizado para verificar as variações espectrais de ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico no Oceano Atlântico. O método de interpolação é inovador e foi desenvolvido especificamente para esta finalidade. Médias, tendência e climatologias mensais são calculadas para todo o globo. As tendências globais mostram regiões com tendência de aumento do nível do mar que podem superar a marca de 10mmano1 e algumas regiões com tendência de rebaixamento de mesma ordem de grandeza. Uma metodologia de análise com base em ondaletas bidimensionais foi desenvolvida inteiramente no curso deste trabalho e é aplicada de forma inédita aos dados altimétricos. Através do filtro de ondaletas bidimensional, diagramas zonais temporais de h são decompostos para obter-se a variação do ciclo sazonal e o sinal propagante associado a estas ondas em determinadas latitudes. A metodologia é inicialmente aplicada no Oceano Pacífico a 28,5±N para validar os resultados com a literatura disponível e em seguida ao Oceano Atlântico e detalhada nas latitudes 32,5±N e 17,5±S. As velocidades de fase calculadas para o Atlântico variam de 20kmdia1 em latitudes de 10± e 2kmdia1 em latitudes de 38±. A variação espectral de ondas de Rossby é analisada em três localidades: 28,5±N 134,3±E, 32,5±N 73,5±W e 17,5±S 35,2±E. Em todos os casos é observada variação espectral no tempo, nas bandas anual, semestral e trimestral tanto de intensidade quanto de persistência. Além disso, através da análise da distribuição zonal-temporal da potência espectral em várias bandas, nota-se variabilidade espacial no espectro das ondas de Rossby. / Fifteen years of sea surface height anomaly (SSHA) from merged TOPEX/Poseidon and Jason-1 datasets gridded using an autocorrelation-based interpolation method are used to test the spectral variability of first mode baroclinic Rossby waves in the Atlantic Ocean. The gridding method is innovative and was specifically developed for this purpose. Mean SSHA, trends and monthly climatologies were determined globally. The global SSHA trends show regions of rising sea level of more than 10mmyr1 and some regions of sinking the same order of magnitude. A two-dimentional wavelet analisys-based methodology was entirely developed for the purpose of this study and is unprecedently applied to the altimetry data. SSHA longitude-time diagrams are filtered through the twodimentional wavelet filter and decomposed to obtain at certain latitudes the variation of the seasonal cycle and of the propagating signal linked to these waves. The methodology is first applied to the Pacific Ocean at 28,5±N to validate the results with the available literature and then applied to the Atlantic Ocean with detail at the latitudes 32,5±N and 17,5±S. The calculated phase velocities for the Atlantic range from 20kmday1 at 10± latitude to 2kmday1 at 38± latitude. The spectral variability of Rossby waves is analysed at three locations: 28,5±N 134,3±E, 32,5±N 73,5±W and 17,5±S 35,2±E. In all cases spectral change is observed in time, at the annual, semi-annual and quarterly spectral bands both in intensity and in persistence. Furthermore, through the longitude-time spectral power distribution analysis in various spectral bands, there is spatial variability in the Rossby wave spectrum.

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.

A maior parte do sinal propagante para oeste nos oceanos é explicada pelas ondas de Rossby baroclínicas. Porém, vórtices de mesoescala podem interferir na identificação dessas ondas. A maior adversidade em se distinguir o sinal dessas feições é que os vórtices parecem propagar-se com uma velocidade aproximada à velocidade de fase das ondas. Um dos objetivos do presente trabalho é caracterizar os sinais propagantes para oeste em termos da sua velocidade de fase no Atlântico. A análise se baseia em de dados das anomalias da altura da superfície do mar (ASM) e da temperatura de superfície do mar (TSM) derivados dos altímetros TOPEX/Poseidon e Jason-1 e radiômetro TRMM/TMI. As anomalias de ASM e TSM foram filtradas por um conjunto de filtros de resposta impulsiva finita (FIR) para eliminar o sinais sazonais, interanuais e sinais de alta frequência. A análise de correlação cruzada entre as matrizes zonais-temporais de ASM e TSM foi feita para limitar as conclusões aos sinais presentes simultaneamente em ambas as bases de dados. A velocidade de fase das ondas de Rossby foi estimada via transformada de Radon aplicada às matrizes de correlação cruzada. Um máximo local solitário sobre a origem foi observado nos diagramas de correlação e associado à presença de vórtices de mesoescala. Porém este máximo se alonga com a mesma inclinação correspondente à velocidade de fase das ondas de Rossby. Isto sugere que estes vórtices podem propagar-se sobrepostos às ondas. As velocidades de propagação dos vórtices são estimadas através do ajuste de uma função de decaimento exponencial no tempo e na distância zonal. Análises preliminares da transformada de Fourier mostraram que os sinais propagantes para oeste são predominantemente anuais, embora picos de frequências semi-anuais são observadas nestes espectros. Em decorrência da evidência de que os sinais propagantes para oeste são compostos simultaneamente por vórtices e ondas de Rossby, um filtro baseado na transformada de Radon e sua inversa foi desenvolvido para separar o sinal de feições com simetria circular. O filtro de vórtice circular foi aplicado em três áreas onde se localizam a Corrente das Agulhas, Confluências Brasil-Malvinas e Corrente do Golfo. Com base na análise visual pode-se afirmar que o filtro identificou com sucesso vórtices circulares nas três áreas estudadas, tanto nos dados de ASM como nos de TSM. As velocidades de fase das ondas de Rossby foram ligeiramente mais rápidas, em média, que as velocidades dos vórtices em todas as três áreas, cerca de 10% na ASM e 13% na TSM. As velocidades calculadas após a aplicação do filtro de vórtice circular apresentaram um viés positivo em relação as obtidas via correlações cruzadas. A maior diferença na estimativa das velocidades dos vórtices foi de 21% e nas ondas 25%, ambas na região da Corrente das Agulhas. Baseado nas evidências apresentadas é possível afirmar que vórtices podem se propagar com velocidades semelhantes à velocidade das ondas de Rossby do primeiro modo baroclínico. O lag das correlações cruzadas indicaram que o processo físico que relaciona a variabilidade nos dados de ASM à dos TSM é a advecção causada pela passagem de uma onda planet´aria do primeiro modo baroclínico. Esta advecção pode ser horizontal ou vertical dependendo do processo dominante que ocorre numa dada região. / In the oceans, most of the westward propagating signal is explained by baroclinic Rossby waves. However, mesoscale vortices can interfere in the identification of these waves. The main observational issue is to distinguish eddies from the wave-like propagating signals, since the former propagates with a speed that approximately matches the phase speed of baroclinic Rossby waves. The objective of the present study is to characterize the westward propagating signals in terms of their propagation speeds in the Atlantic. The analysis is based on satellite derived sea surface height (SSH) and sea surface temperature (SST) anomalies from the TOPEX/Poseidon and Jason-1 altimeters and TRMM/TMI radiometer records. The SSH and SST anomaly maps were filtered with a set of finite impulse response filters to eliminate the seasonal and interannual cycles and high frequency signals. The cross-correlation analysis between SSH and SST longitude-time matrices was performed to limit the conclusions to the features that appear simultaneously in both datasets. The of Rossby wave phase speed was estimated via Radon transform applied to the longitude-time cross-correlation matrices. A single local maximum was was observed at the origin of the cross-correlation diagrams and associated to mesoscale vortices. However, this maximum spreads along the same slope that characterizes the the westward Rossby wave phase speed. This suggests that vortices propagate superimposed to Rossby waves. The propagating speed of the vortices is estimated from the linear fit of an exponential decay function. A preliminary Fourier analysis show that the westward propagating signals are predominantly annual, yet peaks in the semiannual frequencies are observed. The evidence that the westward propagating signals are composed simultaneously of vortices and Rossby waves motivated the development of a filter based in the Radon transform and its inverse, to isolate the signal associated to circularly symmetric features. This circular vortex filter was applied in three areas that portray the Agulhas Current, the Brazil-Malvinas Confluence, and the Gulf Stream. Based on visual analysis one can affirm that the circular filter sucessfully identified vortices in three areas, both in the SSH and in the SST data. The phase speeds of Rossby waves were, on average, slightly faster than vortices speeds in the three areas, approximately 10% in SSH and 13% in SST. The speeds calculated after the circular vortex filter was applied presented a positive bias in relation to those obtain from cross correlations. The largest difference in the vortices speeds was 21% and in the wave speeds 25%, both in Agulhas Current region. Based on the present evidences it is possible to state that vortices can propagate with speeds similar to those of first-mode baroclinic Rossby waves. The cross-correlation lag suggests that the physical process that links the variability of the SSH to that of the SST is the advection generated by the passage of a first-mode baroclinic planetary wave. This advection can be horizontal or vertical depending of the dominant process in a given region.