Interação entre os fluxos médio e turbulento no Atlântico Sudoeste: análise energética e fluxo de calor turbulento divergente na Corrente do Brasil e na Corrente do Atlântico Sul

Abstract

As Correntes de Contorno Oeste (CCO) dos giros subtropicais são feições de larga escala responsáveis por transportar água quente e salina em direção aos polos, tendo um papel fundamental no balanço de calor global. Por suas características turbulentas e altamente energéticas estas correntes apresentam intensa atividade de mesoescala. O papel dos vórtices de mesoescala no balanço de calor no oceano e a sua influência na circulação oceânica ainda não são bem compreendidos. O presente trabalho tem como objetivo (i) estudar a energética da interação entre os fluxos médio e turbulento na Corrente do Brasil (CB) entre 20°S e 36°S e (ii) investigar a proporcionalidade entre o termo de conversão baroclínica dinâmica (CBCd) e o termo de conversão baroclínica (CBC) de uma CCO sob a influência da batimetria (CB em 23°S) e um jato livre zonal, neste trabalho tendo sido considerada a Corrente do Atlântico Sul (CAS). A CB apresenta taxas de conversão de energia equivalentes a outras CCOs e é predominantemente baroclínica. As regiões de maior atividade energética entre 20 e 36°S são Cabo de São Tomé (CSM), Cabo Frio (CF) e Cone do Rio Grande (CRG). A média vertical do termo de conversão barotrópica (CBT) variou no domínio de estudo de -2.95 ± 1.56 a 1.29 ± 0.47 × 10-3 cm2/s3, do termo de conversão baroclínica (CBC) variou de -1.48 ± 1.06 a 5.60 ± 1.71 × 10-3 cm2/s3 e do fluxo de calor turbulento vertical (FCTV) variou de -2.63 ± 1.94 a 1.27 ± 1.78 × 10-3 cm2/s3. Foram ainda investigados os critérios de instabilidade da CB, sendo constatado que a corrente é potencialmente baroclinicamente instável em todo o seu trajeto de 20ºS a 36ºS. O fluxo de calor turbulento horizontal (FCT) foi decomposto em sua componente divergente (FCTD) e rotacional (FCTR) através do método de Marshall & Shutts [1981]. Os FCTD na CB em 23°S são quase em sua totalidade contra o vetor gradiente de temperatura médio, indicando a presença de um processo de instabilidade baroclínica. Em termos absolutos, o termo CBCd médio para as regiões de estudos variaram de 48 a 71% e de 83 a 123% do termo de CBC, com uma média de 58% para a CAS (abaixo de 250 m) e de 97% para a CB. Dessa forma, a utilização do FCT total para estimar o termo CBC na CB em CF não implica em uma superestimação

VI

da taxa de conversão de energia, uma vez que o FCT total na região é aproximadamente divergente. A diferença de magnitude observada entre os FCT divergente e rotacional da CB e CAS é atribuída às características locais do escoamento da CB como a estrutura vertical do campo de massa e, principalmente, à interação da corrente com a batimetria.

The subtropical gyres Western Boundary Currents (WBC) are the large-scale features responsible for transporting warm and salty water poleward, playing a key role in global heat balance. Due to their turbulent and highly energetic characteristics these currents present intense mesoscale activity. The role of mesoscale eddies in the ocean's heat budget and its influence on ocean circulation are still not well understood. The objective of this work is (i) to study the eddy-mean flow interactions of Brazil Current (BC) between 20°S and 36°S and (ii) to investigate a proportionality between the dynamic baroclinic conversion term (BCCd) and the baroclinic conversion term (BCC) of a WBC under the influence of bathymetry (BC at 23°S) and a free zone jet, in this work being considered a South Atlantic Current (SAC). BC has energy conversion rates equivalent to other WBCs and is predominantly baroclinic. The regions with highest energy activity between 20 and 36°S are Cabo de São Tomé (CSM), Cabo Frio (CF) and Cone do Rio Grande (CRG). The barotropic conversion term (BTC) ranged in the study domain from -2.95 ± 1.56 to 1.29 ± 0.47 × 10-3 cm2/s3 , the baroclinic conversion term (BCC) ranged from -1.48 ±

1.06 to 5.60 ± 1.71 × 10-3 cm2/s3 and the vertical eddy heat flux (VEHF) ranged from -2.63 ± 1.94 a 1.27 ± 1.78 × 10-3 cm2/s3. The BC instability criteria were also investigated, and it was verified that the current is potentially baroclinically unstable in its entire range from 20ºS to 36ºS. The eddy heat flux (EHF) was decomposed into its divergent (DEHF) and rotational (REHF) component by the Marshall and Shutts [1981] method. The DEHF in the BC at 23°S is almost entirely downgradient indicating the presence of baroclinic instability process. In absolute terms, the mean BCCd for the study regions ranged from 48 to 71% and from 83 to 123% of the BCC term, with an average of 58% for the SAC (below 250 m) and 97% for the BC. Thus, the use of the total EHF to estimate the term BCC in BC in CF does not imply an overestimation of the energy conversion rate, since the total EHF in the region is approximately divergent. The difference in magnitude observed between the divergent and rotational EHF of the BC and SAC is attributed to the local characteristics of the BC flow as the vertical structure of the mass field and, mainly, to the interaction of the current with the bathymetry.