Energética do sudoeste a partir de observações lagrangeanas e de simulações do parallel ocean climate model

Abstract

A variabilidade de meso-escala e sua interação com o campo médio de escoamento foram estudadas nesta tese com dados lagrangeanos superficiais oriundos da base de dados da NOAA (13 anos de dados) e simulações de modelo POCM (12 anos de simulações). Com base nos dados lagrangeanos, pode-se estimar os coeficientes de difusão turbulentos de meso-escala para a região de estudo e os mesmos são compatíveis em ordem de grandeza com a teoria da difusão de Taylor. A análise dos dados lagrangeanos ainda nos possibilitou as estimativas das taxas de conversão barotrópicas de energia. A partir destes resultados, conclui-se que os processos de conversão barotrópicos são ativos nas Correntes do Brasil (CB), Malvinas (CM) e Confluência Brasil-Malvinas(CBM). Contudo, existe uma diferença dinâmica nessas correntes, a qual foi identificada através das taxas de conversão barotrópicas (BT) e baroclínicas (BC). Na CB, a taxa de conversão BT é no sentido da energia cinética média (ECM) para energia cinética turbulenta (ECT), enquanto que na CM o processo é no sentido contrário. A partir das simulações do modelo POCM pode-se estimar os termos associados à energia potencial. Com relação ao termo de conversão BC sobre a CB, a conversão se dá no sentido da energia potencial média (EPM) para potencial turbulenta (EPT), e existe dominância do termo BC sobre o termo BT na região da CB, o que determina que seu jato médio é, preferencialmente, instável baroclinicamente. Na CM, o termo BC possui dominância no sentido de EPT para EPM. Esses resultados sugerem de que o campo turbulento de mesoescala pode atuar como uma forçante turbulenta do campo médio da CM, favorecendo seu equilíbrio dinâmico. Na região da CBM, a complexidade dos processos de conversão de energia tanto no nível barotrópico quanto baroclínico é visível em nossas estimativas, porém a magnitude do termo BC é mais expressiva sobre o BT, indicando que a maior parte da origem do campo turbulento é de caráter baroclínico. Um importante resultado sobre a CB, com base nos Digramas de Lorenz os quais avaliam os termos de conversões ao longo do seu eixo em direção sul, nos sugere que as magnitudes das taxas de conversões da CB são comparáveis as outras correntes de contorno oeste dos oceanos.

The mesoscale variability, its interaction with the mean ocean circulation and energetics of the southwestern Atlantic were studied using lagrangian surface data from NOAA's database (13 years of data) and the results of POCM simulations (12 years simulations). Several aspects of the surface circulation and its associated variability are explored in detail. The overall result shows that the current NOAA drifter database is robust enough to significantly increase the resolution of the circulation features in the area, when compared with previous studies. Moreover, that fact led to a notable improvement in the estimates of several variables and parameters of the surface circulation and motivated us to pursue a robust analysis of the region’s energetics. Based on the lagrangian data, it was possible to estimate the eddy diffusion coefficients for the study area with the results showing compatible magnitude with Taylor’s diffusion theory. From the analysis of the data, it was also possible to calculate the barotropic energy conversion term. the results unveil that the barotropic conversion fluxes are present in the Brazil Current (CB), Malvinas Current (CM) and the Brazil-Malvinas Confluence (CBM). However, there is a dynamic distinction between those currents, which was identified by the barotropic (BT) and baroclinic (BC) conversion taxes. On the CB, the BT conversion goes from mean kinetic energy (ECM) to eddy kinetic energy. Conversely, on the CM the kinetic energy associated with the mean flow grows at the expense of the eddy energy pool. Using the simulations from POCM model, it was possible to estimate the terms associated with the potential energy. The BC conversion on the CB is directed from mean potential energy (EPM) to the eddy potential energy (EPT) and also the BC term is more important then the BT for that system. Those characteristics make the mean CB, preferentially, baroclinicaly unstable. On the CM, the BC term is generally from EPT to EPM, suggesting that the mesoscale eddy field may feedback to the mean CM thus helping to maintain the dynamic equilibrium. The results clearly show that the energy conversion processes are complex in the CBM for both pathways, BC and BT. Nevertheless, the BC term is usually more relevant than BT, indicating some prevalence of baroclinic processes feeding the eddy field. Finally, the magnitudes of the conversion terms of the CB are similar (comparable) to those of other western boundary currents, despite its mean field being generally weaker than its counterparts. That conclusion was obtained using the Lorenz Diagrams that allows the evaluation of the conversion terms along the current axis and, to the best of our knowledge, had not been performed to the BC previously.