A modeling study of Patos Lagoon (Brazil) flow response to idealized wind and river discharge: dynamical analysis

Abstract

A three-dimensional numerical model is used to investigate the Patos Lagoon flow response to idealized northeasterly winds and river inflow. North of Ponta da Feitoria, in the central lagoon, the main balance in the alongshore direction at steady state is between the surface stress and the pressure gradient, with a small contribution from the bottom stress. The alongshore variability in the pressure gradient is balanced by the Coriolis acceleration. In the cross-shore direction, the balance is nearly geostrophic, with deviations from that balance in the shallow regions, where the bottom stress term makes a significant contribution. Close to headlands, nonlinear terms are also important, leading to an additional increase in the cross-shore pressure gradient. Relaxation events were found to be important for seiche generation in the central lagoon. Close to the lagoon's mouth, nonlinear terms were found to be the major terms balancing the pressure gradient generated in response to the wind forcing. After the wind relaxation, the pressure gradient in the estuarine region is reversed, driving a landward flow. River inflow acts to dampen out the generation of seiches following wind relaxations. A river inflow Q = 2000 m3 s-1 was found to be sufficient to shut down the landward flow generated following relaxation events.

Um modelo numérico tridimensional é utilizado para investigar a circulação na Lagoa dos Patos em resposta aos ventos e à descarga fluvial. Ao norte da Ponta da Feitoria, o principal balanço na direção longitudinal é entre o estresse superficial e o gradiente de pressão, com pequena contribuição do estresse de fundo. A variabilidade longitudinal no gradiente de pressão é balanceada pela aceleração de Coriolis. Na direção transversal à lagoa, o balanço é aproximadamente geostrófico, com desvios deste balanço nas regiões rasas, onde o estresse de fundo contribui significamente. Os termos não lineares são importantes próximo aos cabos, causando um aumento adicional no gradiente de pressão na direção transversal. Eventos de relaxação são significativos na geração de seiches na parte central da lagoa. Próximo à desembocadura da lagoa, os termos não lineares são os principais termos contrapondo-se ao gradiente de pressão gerado pela ação dos ventos. O gradiente de pressão é revertido após a relaxação dos ventos, causando a entrada de água na lagoa. A descarga fluvial atenua a geração de seiches após a relaxação. Valores médios de descarga (Q = 2000 m3 s-1) são suficientes para impedir a entrada de água na lagoa após a relaxação do vento.