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i

VARIAO DA EXTENSO DO GELO MARINHO E SEU IMPACTO SOBRE A

CIRCULAO TERMOHALINA DO OCEANO ATLNTICO

Lvia Maria Barbosa Sancho Alvares Mendona Cabral

Dissertao de Mestrado apresentada ao

Programa de Ps-graduao em Engenharia

Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos necessrios

obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil.

Orientadores: Renato Nascimento Elias

Luiz Paulo de Freitas Assad

Rio de Janeiro Agosto de 2014

ii

VARIAO DA EXTENSO DO GELO MARINHO E SEU IMPACTO SOBRE A CIR-

CULAO TERMOHALINA DO OCEANO ATLNTICO


DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LU-

IZ COIMBRA DE PS-GRADUAO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM

ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

________________________________________________

Prof. Renato Nascimento Elias, D.Sc.

________________________________________________

Dr. Luiz Paulo de Freitas Assad, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Afonso da Silveira Mascarenhas Jnior, PhD.

________________________________________________

Prof. Alexandre Macedo Fernandes, PhD.

________________________________________________

Dr. Luis Antnio Lacerda Amola, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

AGOSTO DE 2014

iii

Cabral, Lvia Maria Barbosa Sancho Alvares Mendona

Variao da extenso do gelo marinho e seu impacto

sobre a Circulao Termohalina do oceano Atlntico/ L-

via Maria Barbosa Sancho Alvares Mendona Cabral.

Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2014.

XVII, 99 p.: il.; 29,7 cm.



Dissertao (mestrado) UFRJ/ COPPE/ Programa

de Engenharia Civil, 2014.

Referncias Bibliogrficas: p. 83-89.

1. Modelagem Numrica. 2. Mudanas Climticas. 3.

Modular Ocean Model. I. Elias, Renato Nascimento et al.

II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Pro-

grama de Engenharia Civil. III. Ttulo.

iv

DEDICATRIA

quem sempre lutou as minhas batalhas,

Marilha Barbosa Sancho.

v

PENSAMENTO

Nada vai permanecer

No estado em que est

...

Geleiras vo derreter

Estrelas vo se apagar.

Pelo tempo que durar, Marisa Monte

S no se perca ao entrar

No meu infinito particular.

Infinito Particular, Marisa Monte

vi

AGRADECIMENTOS

Deus por me levantar quando caa.

minha me, quem dedico este trabalho, por me ensinar que calma, perseverana e

f sero sempre meus aliados.

minha famlia, por entenderem minhas ausncias e pelo apoio incondicional. Por me

fazerem querer que tenham sempre orgulho de mim.

Aos amigos, o tempero da vida.

Aos que dividem o local de trabalho, obrigada pelas discusses iluminadoras.

Ao Prof. Luiz Landau pela oportunidade de desenvolver este trabalho no LAMCE.

Ao Prof. Renato Elias por aceitar a rdua tarefa de ser um orientador.

Ao Luiz Paulo, pela cobrana e pelas oportunidades de sempre; fizeram-me crescer.

vii

Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos ne-

cessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)

VARIAO DA EXTENSO DO GELO MARINHO E SEU IMPACTO SOBRE A CIR-

CULAO TERMOHALINA DO OCEANO ATLNTICO


Agosto/2014



Programa: Engenharia Civil

O trabalho teve como objetivo avaliar a influncia da variao do gelo marinho

sobre a Circulao Termohalina do oceano Atlntico, utilizando modelagem climtica

global, frente ao cenrio A1FI do Intergovernmental Panel on Climate Change. Para

isso foi utilizado o Modular Ocean Model do Geophysical Fluid Dynamics Laboratory

em sua verso 4,0. Foram conduzidos dois experimentos numricos denominados

controle e anmalo cuja diferena foi a condio de contorno de gelo utilizada. O expe-

rimento controle utilizou uma mdia mensal de 30 anos do cenrio H2 do GFDL que

tem como objetivo simular o clima do sculo XX. J o experimento anmalo utilizou a

mdia mensal do ano de 2100 do cenrio A1FI que caracterizado como um experi-

mento intensivo de combustveis fsseis. Dessa forma, pretendeu-se isolar o efeito do

gelo marinho sobre a dinmica ocenica. As anlises foram realizadas em cinco se-

es zonais e trs sees meridionais no oceano Atlntico, atravs das quais os

transportes advectivos de calor e volume foram estimados. Os resultados evidenciam

enfraquecimento e mudana nos padres de formao da gua Profunda do Atlntico

Norte em altas latitudes no oceano Atlntico Norte assim como mudana nos padres

de formao da gua de Fundo Antrtica no mar de Weddel.

viii

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the re-

quirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

CHANGES IN SEA ICE EXTENSION AND ITS IMPACT ON THE ATLANTIC THER-

MOHALINE OCEAN CIRCULATION


August/2014

Advisors: Renato Nascimento Elias


Department: Civil Engineering

The study aimed to evaluate the influence of the sea ice variations on the Atlan-

tic Ocean Thermohaline circulation, using global climate modeling, associated with the

Intergovernmental Panel on Climate Changes A1FI scenario. For this, the Geophysical

Fluid Dynamics Laboratorys Modular Ocean Model was used on its 4th version. Two

numerical experiments were conducted. They were called control and anomalous ex-

periments and the difference between them was the sea ice boundary condition im-

posed. The control experiment used a 30 year average of the H2 GFDLs scenario,

which aims to simulate the climate of the 20th century. The anomalous experiment used

the monthly average of the year 2100 of the A1FI scenario, which is a fossil fuel-

intensive scenario. Thus, it was intended to isolate the sea ice effect on the ocean dy-

namics. Analyses were performed in five zonal and three meridional sections in the

Atlantic Ocean, through which the advective heat and volume transports were estimat-

ed. The results show weakening and change in the patterns of the North Atlantic Deep

Water formation at high latitudes on the North Atlantic Ocean as well as change in the

patterns of Antarctic Bottom Water formation on the Weddell Sea.

ix

SUMRIO

1. INTRODUO ...................................................................................................... 1

2. MOTIVAO ........................................................................................................ 2

2.1. ESTUDOS ANTERIORES ........................................................................................... 3

3. OBJETIVO ............................................................................................................ 6

3.1. OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................................ 6

4. REA DE ESTUDO .............................................................................................. 7

4.1. A BACIA DO OCEANO ATLNTICO ............................................................................ 7

4.1.1. CIRCULAO SUPERFICIAL .............................................................................. 7

4.1.2. CIRCULAO TERMOHALINA .......................................................................... 10

4.1.3. A GUA PROFUNDA DO ATLNTICO NORTE ................................................... 11

4.1.4. A GUA DE FUNDO ANTRTICA ...................................................................... 12

4.1.5. A GUA INTERMEDIRIA ANTRTICA .............................................................. 13

4.2. O GELO NO MAR ................................................................................................... 14

4.3. O RTICO ............................................................................................................. 15

4.4. O OCEANO ANTRTICO ........................................................................................ 16

5. METODOLOGIA ................................................................................................. 18

5.1. O MODELO MOM .................................................................................................. 19

5.2. OBTENO E INSTALAO DO CDIGO .................................................................. 19

5.3. EXECUO DOS EXPERIMENTOS ........................................................................... 19

5.3.1. CONDIES INICIAIS E DE CONTORNO ........................................................... 20

5.3.1.1. O CENRIO ODASI .................................................................................... 20

5.3.1.2. CENRIOS DO GFDL ................................................................................. 20

5.3.1.2.1. CONDIES DE CONTORNO DE GELO UTILIZADAS ................................... 21

5.3.1.2.2. TERMINOLOGIA DO GELO MARINHO ......................................................... 23

5.3.1.3. O BANCO DE DADOS OMIP ........................................................................ 24

5.3.2. RESUMO DOS EXPERIMENTOS ....................................................................... 25

5.4. DEFINIO DAS SEES MONITORADAS ................................................................ 28

5.5. DEFINIO DOS NDICES TERMOHALINOS UTILIZADOS ........................................... 29

x

5.6. ESTIMATIVAS DOS PARMETROS ANALISADOS ...................................................... 34

6. RESULTADOS E DISCUSSES ....................................................................... 35

6.1. EXPERIMENTO CONTROLE .................................................................................... 35

6.2. EXPERIMENTO ANMALO ...................................................................................... 42

6.2.1. SEO 22W ................................................................................................ 43

6.2.2. SEES MG, ML E 50N............................................................................... 48

6.2.2.1. TRANSPORTE DE VOLUME .......................................................................... 48

6.2.2.2. TRANSPORTE DE CALOR ............................................................................ 55

6.2.3. SEES 24N, 25S, DRAKE E AF-AA .......................................................... 60

6.2.3.1. TRANSPORTE DE VOLUME .......................................................................... 60

6.2.3.2. TRANSPORTE DE CALOR ............................................................................ 73

6.2.4. ANLISE GLOBAL ........................................................................................... 80

7. CONCLUSES ................................................................................................... 81

8. TRABALHOS FUTUROS .................................................................................... 82

9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................... 83

ANEXO I.............................................................................................................. 90

1. O MDULO OCENICO .......................................................................................... 90

ANEXO II ............................................................................................................ 97

1. O CENRIO H2 ..................................................................................................... 97

2. O CENRIO A1FI .................................................................................................. 97

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Srie temporal do transporte de volume (superior) e transporte de calor

(inferior) integrados na coluna dgua em uma seo meridional na Passagem de

Drake para os cenrios A1FI e B1. A linha vermelha serve como parmetro de

comparao. Ela representa o valor do transporte no ano 2000 para o experimento

clima. ............................................................................................................................ 5

Figura 2: Srie temporal da mdia da rea (azul) e espessura (verde) do gelo marinho

para o rtico (superior) e Antrtida (inferior) para o cenrio A1FI. As linhas tracejadas

indicam a tendncia de cada srie. ............................................................................... 6

Figura 3: Representao da circulao superficial do Atlntico Sul. ............................. 8

Figura 4: Representao do Sistema Equatorial de Correntes no inverno austral.

NECC Contracorrente Norte Equatorial, SEC Corrente Sul Equatorial, SECC

Contracorrente Sul Equatorial, EUC Subcorrente Equatorial, NEUC Subcorrente

Norte Equatorial, SEUC Subcorrente Sul Equatorial. ................................................. 9

Figura 5: Esquema das correntes superficiais no oceano Atlntico Norte. Os valores

representam o transporte das correntes em Sv. ......................................................... 10

Figura 6: Representao do fluxo em larga escala da APAN prximo profundidade

de 2000 metros como a linha mais espessa na figura. Adicionalmente, a trajetria da

AFA est representada pela linha tracejada. .............................................................. 12

Figura 7: Distribuio global das masssas dgua intermedirias (entre as

profundidades de 550 e 1500 metros). As reas de formao esto indicadas pelas

manchas azuis. ........................................................................................................... 14

Figura 8: Representao da mdia anual dos ventos atuantes no rtico a partir da

mdia dos 30 anos do experimento H2. ...................................................................... 15

Figura 9: Representao do continente antrtico e as principais feies de sua

circulao. .................................................................................................................. 17

Figura 10: Esquema dos oceanos Atlntico Sul e ndico com a representao da

Retroflexo da Corrente das Agulhas (em vermelho) na Passagem frica Antrtida. . 18

Figura 11: Srie temporal mensal mdia para cada hemisfrio da a) concentrao

(SIC) e b) espessura (SIT) de gelo marinho para a mdia dos ltimos 30 anos do H2 e

para o ano 2100. ......................................................................................................... 22

Figura 12: Representao esquemtica de como o clculo da concentrao do gelo

marinho realizado. ................................................................................................... 23

Figura 13: Srie temporal mensal da concentrao de gelo marinho mdia por

hemisfrio em % obtida atravs da mdia dos ltimos 30 anos do experimento H2 do

GFDL. ......................................................................................................................... 24

xii

Figura 14: Mapa com a localizao das sees monitoradas. .................................... 28

Figura 15: Geometria das sees monitoradas com as isopicnais de topo das massas

dgua analisadas no caso controle e no caso anmalo. a seo MG, b seo ML,

c 50N, d 24N, e 25S, f Drake, g AF-AA. ................................................... 32

Figura 16: Srie temporal da energia cintica integrada no sistema em PW (1 PW =

1015 W) para os 30 anos de integrao. .................................................................... 36

Figura 17: Srie temporal da taxa de crescimento da energia cintica integrada no

sistema em PW (1 PW = 1015 W) para os 30 anos de integrao. ............................. 37

Figura 18: Ciclo anual do fluxo de calor resultante integrado na superfcie do oceano.

................................................................................................................................... 38

Figura 19: Representao da sazonalidade da Confluncia Brasil Malvinas de acordo

com o campo de temperatura do primeiro nvel vertical a partir dos resultados do

experimento controle. A figura a esquerda representa o campo no vero (dezembro,

janeiro e fevereiro) e a figura direita representa o campo no inverno (junho, julho e

agosto)........................................................................................................................ 39

Figura 20: a - Campo mdio da Corrente do Brasil ao largo da costa brasileira nos

primeiros 100 metros de profundidade. b - Campo mdio de corrente superficial do

oceano Atlntico Norte. ............................................................................................... 40

Figura 21: Campo de transporte de volume mdio para um ano em um corte

meridional em 70W representando a regio da Passagem de Drake. ....................... 41

Figura 22: Campo de transporte de volume mdio para um ano em um corte

meridional em 20E representando a regio da Passagem entre a frica e a Antrtida.

................................................................................................................................... 42

Figura 23: Representao da seo 22W com as isopicnais de topo da AIA, APAN e

AFA, respectivamente da superfcie at o fundo no experimento controle e no

experimento anmalo. ................................................................................................ 44

Figura 24: Detalhamento da Figura 23, a - entre as latitudes 40N e 70N e b entre

as latitudes 30S e 75S. ............................................................................................ 45

Figura 25: Campo de velocidades verticais na poro norte da seo 22W para a

Experimento controle, b Experimento anmalo e c - Anomalia. As isopicnais em a e b

referem-se ao topo das massas dgua. As isopicnais em c na cor preta referem-se ao

topo das massas dgua no experimento controle, j as isopicnais na cor vermelha

tracejada referem-se ao topo das massas dgua no experimento anmalo.

Velocidades positivas indicam fluxo ascendente e velocidades negativas indicam fluxo

descendente. .............................................................................................................. 46

Figura 26: Campo de velocidades verticais na poro sul da seo 22W para a

Experimento controle, b Experimento anmalo e c - Anomalia. As isopicnais em a e b

referem-se ao topo das massas dgua. As isopicnais em c na cor preta referem-se ao

xiii

topo das massas dgua no experimento controle, j as isopicnais na cor vermelha

tracejada referem-se ao topo das massas dgua no experimento anmalo.

Velocidades positivas indicam fluxo ascendente e velocidades negativas indicam fluxo

descendente. .............................................................................................................. 47

Figura 27: rea de estudo com as sees MG, ML e 50N. ........................................ 48

Figura 28: Campo do TV na seo MG para a Experimento controle, b

Experimento anmalo e c - Anomalia. Transporte positivo indica fluxo para norte e

transporte negativo indica fluxo para sul. .................................................................... 49

Figura 29: Campo do TV na seo ML para a Experimento controle, b Experimento

anmalo e c - Anomalia. Transporte positivo indica fluxo para norte e transporte

negativo indica fluxo para sul. ..................................................................................... 52

Figura 30: Campo do TV na seo 50N para a Experimento controle, b



Figura 31: a - Anomalia TV integrado em toda a coluna dgua em Sv. b - Anomalia do

TV para a APAN em Sv. O experimento controle indica o sentido e valor do transporte.

O aumento do transporte indicado com a seta no mesmo sentido do controle e a

diminuio indicada com seta no sentido contrrio ao do controle. Os valores

quantificam a anomalia. .............................................................................................. 54

Figura 32: Campo do TC na seo MG para a Experimento controle, b



Figura 33: a - Anomalia TC integrado em toda a coluna dgua em PW. b - Anomalia

do TC por massa dgua em PW. O experimento controle indica o sentido e valor do

transporte. O aumento do transporte indicado com a seta no mesmo sentido do

controle e a diminuio indicada com seta no sentido contrrio ao do controle. Os

valores quantificam a anomalia. .................................................................................. 59

Figura 34: rea de estudo com as sees 24N, 25S, Drake e AF-AA. ..................... 60

Figura 35: Campo do TV na seo 24N para a Experimento controle, b



Figura 36: Geometria da seo 24N com as isolinhas de topo e base (quando ambas

esto presentes) da temperatura potencial, salinidade e densidade potencial da APAN

no experimento controle (a) e anmalo (b). ................................................................ 63

Figura 37: Campo do TV na seo 25S para a Experimento controle, b



xiv

Figura 38: Campo do TV na seo Drake para a Experimento controle, b

Experimento anmalo e c - Anomalia. Transporte positivo indica fluxo para leste e

transporte negativo indica fluxo para oeste. ................................................................ 65

Figura 39: Campo do TV na seo AF-AA para a Experimento controle, b



Figura 40: Campo do TV associado Retroflexo da CA na seo AF-AA para a

Experimento controle, b Experimento anmalo e c - Anomalia. Transporte positivo

indica fluxo para leste e transporte negativo indica fluxo para oeste. .......................... 67

Figura 41: Anomalia da presena do fluxo associado Retroflexo da CA na seo

AF-AA. As regies em verde indicam reas onde a Retroflexo est presente no

experimento anmalo e no est presente no experimento controle. ......................... 68

Figura 42: Geometria da seo AF-AA com as isolinhas de topo da temperatura

potencial, salinidade e densidade potencial da AFA no experimento controle (a) e

anmalo (b). ............................................................................................................... 69

Figura 43: Anomalia do sic entre o experimento anmalo e o experimento controle. .. 70

Figura 44: Anomalia TV integrado em Sv. O experimento controle indica o sentido e

valor do transporte. O aumento do transporte indicado com a seta no mesmo sentido

do controle e a diminuio indicada com seta no sentido contrrio ao do controle. Os

valores quantificam o aumento ou diminuio da anomalia. ....................................... 71

Figura 45: a - TV por massa dgua em Sv para o experimento controle. As setas

representam a direo e sentido do TV de cada massa dgua. b - Anomalia do TV por

massa dgua em Sv. O aumento do TV indicado com a seta no mesmo sentido do

experimento controle (a) e a diminuio indicada com a seta em sentido contrrio.

Os valores quantificam o aumento ou diminuio da anomalia. .................................. 72

Figura 46: Campo do TC na seo 24N para a Experimento controle, b



Figura 47: Campo do TC na seo 25S para a Experimento controle, b



Figura 48: Campo do TC na seo Drake para a Experimento controle, b



Figura 49: Campo do TC na seo AF-AA para a Experimento controle, b



xv

Figura 50: Anomalia TC integrado em PW. O experimento controle indica o sentido e

valor do transporte. O aumento do transporte indicado com a seta no mesmo sentido

do controle e a diminuio indicada com seta no sentido contrrio ao do controle. Os

valores quantificam o aumento ou diminuio da anomalia. ....................................... 78

Figura 51: a - TC por massa dgua em PW para o experimento controle. As setas

representam a direo e sentido do TC de cada massa dgua para o experimento

controle. b - Anomalia do TC por massa dgua em PW. O aumento do TC indicado

com a seta no mesmo sentido do experimento controle (a) e a diminuio indicada

com a seta em sentido contrrio. Os valores quantificam o aumento ou diminuio da

anomalia. .................................................................................................................... 79

Figura 52: Transporte de calor meridional mdio integrado no globo para os

experimentos controle, anmalo e a anomalia entre os dois. ...................................... 80

Figura 53: Representao da localizao das variveis horizontais na grade B de

Arakawa usada no MOM4, onde T representa uma varivel escalar, h representa a

espessura da camada, representa a funo de corrente horizontal ou altura da

superfcie livre e u e v referem-se s componentes horizontais de velocidade. .......... 91

Figura 54: Esq.: Resoluo meridional do MOM. Dir.: Resoluo zonal do MOM.

Ressalta-se o refinamento da grade zonal na regio Equatorial. ................................ 92

Figura 55: Representao esquemtica da resoluo vertical do modelo MOM4. ...... 93

Figura 56: Topografia utilizada no MOM em metros.................................................... 94

Figura 57: Representao esquemtica da grade tripolar com regio bipolar ao redor

do oceano rtico. ........................................................................................................ 95

Figura 58: Representao esquemtica das famlias dos cenrios do SRES. As

famlias A1 e A2 possuem um foco mais econmico, enquanto que as famlias B1 e B2

possuem um foco mais ambiental. Alm disso, as famlias A1 e B1 possuem um foco

mais global, enquanto que as famlias A2 e B2 possuem um foco mais regional. ....... 98

Figura 59: Srie temporal da mudana global de temperatura (C) associada aos seis

cenrios do SRES juntamente com o cenrio IS92a. .................................................. 99

xvi

LISTA DE TABELAS

Tabela I: Configurao e tempo de integrao do experimento controle. .................... 26

Tabela II: Configurao e tempo de integrao do experimento anmalo. .................. 27

Tabela III: Limites geogrficos de cada seo e referncias de trabalhos anteriores que

as monitoram. ............................................................................................................. 29

Tabela IV: Valores de temperatura potencial, salinidade e densidade potencial para as

massas dgua, assim como a referncia dos ndices termohalinos a que se referem.

................................................................................................................................... 30

Tabela V: Intervalos de temperatura, salinidade e densidade segundo os quais cada

massa dgua foi isolada de acordo com os ndices termohalinos de cada regio. ..... 33

Tabela VI: Identificao das massas dgua representadas em cada seo com base

no experimento controle. ............................................................................................ 34

Tabela VII: TV mdio integrado com suas respectivas varincias em cada caso

simulado. .................................................................................................................... 49

Tabela VIII: TV mdio por massa dgua com suas respectivas varincias em cada

caso simulado. ............................................................................................................ 50

Tabela IX: TC mdio integrado com suas respectivas varincias em cada caso

simulado. .................................................................................................................... 56

Tabela X: TC mdio por massa dgua com suas respectivas varincias em cada caso

simulado. .................................................................................................................... 57

Tabela XI: TV e TC mdios integrados com suas respectivas varincias em cada caso

simulado para o escoamento da Retroflexo da CA. .................................................. 67

xvii

GLOSSRIO

OA oceano Atlntico

AS oceano Atlntico Sul

AN oceano Atlntico Norte

AT oceano Atlntico Tropical

OAA Oceano Antrtico ou Austral

GFDL Geophysical Fluid Dynamics

Laboratory

NOAA National Oceanic and Atmos-

pheric Administration

NCEP National Centers for Environ-

ment Prediction

NODC - National Oceanographic Data

Center

MOM Modular Ocean Model

OMIP Ocean Model Intercomparison

Project

CDEP Climate Dynamics/ Experi-

mental Prediction

CDAS1 Climate Data Assimilation

System 1

PIRATA - Pilot Research Moored Array

in the Tropical Atlantic

ECMWF - ERA-15 European Centre

for Medium-Range Weather Forecasts

WOCE - World Ocean Circulation Ex-

periment

XBT - Expendable Bathythermograph

CBg Corrente de Benguela

CSE Corrente Sul Equatorial

CB Corrente do Brasil

CAS Corrente do Atlntico Sul

CCA Corrente Circumpolar Antrtica

CM Corrente das Malvinas

CBM Confluncia Brasil-Malvinas

CNB Corrente Norte do Brasil

CNE Corrente Norte Equatorial

CCE Contracorrente Equatorial

CAn Corrente das Antilhas

CF Corrente da Flrida

CF Corrente do Golfo

CNA Corrente Norte-Atlntica

CLE Corrente Leste da Groenlndia

CCP Corrente de Contorno Profunda

CA Corrente das Agulhas

APAN gua Profunda do Atlntico

Norte

APANE gua Profunda do Atlntico

Nordeste

APANW gua Profunda do Atlntico

Noroeste

AIA gua Intermediria Antrtica

AFA gua de Fundo Antrtica

AA gua rtica

ML Mar do Labrador

MG Mar da Groenlndia

1

1. INTRODUO

Trabalhos cientficos j evidenciam que a provvel influncia das atividades

antrpicas so responsveis diretas por parte do aquecimento global desde a metade

do sculo XIX (HOUGHTON, 2004, 2009; BERNEM et al., 2010), alterando considera-

velmente o balano radiativo da atmosfera (VECCHI et al., 2006). Apesar disso, a de-

terminao dessa influncia complexa, sobrepondo-se s variaes naturais do sis-

tema climtico. Algumas consequncias dessa influncia j so perceptveis como o

aumento da frequncia e da intensidade de fenmenos naturais extremos, tanto at-

mosfricos quanto ocenicos, o que tem aumentado a incidncia de catstrofes ambi-

entais em regies continentais e costeiras como enchentes, ressacas, deslizamentos,

queimadas etc. como relatado no 5 relatrio do IPCC (2013). Outras so evidencia-

das atravs de estudos sobre a expanso termal dos oceanos e o derretimento do

gelo em altas latitudes, reforando os prognsticos de maiores elevaes do nvel m-

dio do mar durante o sculo XXI (IPCC, 2001; 2013). Dessa forma, compreender e

estudar os processos que desencadeiam tais variabilidades climticas em escala glo-

bal torna-se essencial para as atividades humanas na Terra.

O sistema climtico global formado por cinco componentes: atmosfera, litos-

fera, biosfera, hidrosfera e criosfera, que so conectados e interagem entre si trocando

energia e massa (PEIXOTO; OORT, 1992; HOUGHTON, 2004; GIORGI, 2005). Eles

so influenciados por diversos forantes, porm o que desempenha o papel mais im-

portante a radiao solar, visto que ela a responsvel pela distribuio e atuao

de forantes secundrias atuantes nos componentes climticos como o forante do

vento. Visto isso, entende-se que o sistema climtico altamente dinmico e comple-

xo e para se obter a compreenso do seu funcionamento, imperativo que haja estu-

dos que compreendam no s a dinmica de cada componente de forma isolada, mas

que considerem como dois ou mais componentes interagem entre si.

O clima um sistema com escalas temporais diversas, variando de poucos

anos, a dezenas de sculos. Desta forma, apesar de ideal, estud-lo apenas atravs

de dados medidos impossibilita uma viso global e contnua do sistema, o que de

fundamental importncia para a compreenso do seu comportamento. Porm, a medi-

o de dados in situ um procedimento fundamental, uma vez que nos permite a

compreenso necessria para a representao e previso de processos atravs de

modelos numricos, alm de ser utilizada na calibrao de modelos climticos acopla-

dos (GRASSL, 2001).

2

A modelagem numrica computacional surgiu e tem crescido no meio cientfico

com a finalidade de obter melhores representaes de processos; alm de proporcio-

nar comunidade cientfica a possibilidade de fazer previses e obter estimativas pas-

sadas e futuras dos processos que lhes interessam hoje. Dessa forma, o estudo e pre-

viso de fenmenos e processos longo prazo atravs de modelos climticos de cir-

culao ocenica tem sido cada vez mais usado por cientistas do mundo inteiro e se

constitui em uma tecnologia essencial para a evoluo do conhecimento cientfico

(GNANADESIKAN, et al., 2006; PEIXOTO; OORT, 1992).

2. MOTIVAO

A atmosfera interpretada, muitas vezes, como a principal responsvel pelas

mudanas do tempo e do clima nas diversas regies do mundo. Porm os processos

de interao entre os oceanos e a atmosfera so essenciais para a manuteno do

clima, uma vez que esses componentes so os principais responsveis pela distribui-

o da energia trmica proveniente do sol sobre o planeta (HARTMANN, 1994,

GRASSL, 2001). Conhecer e entender os mecanismos de interao entre oceano e

atmosfera, assim como os transportes de massa e calor desempenhados por cada um

desses componentes em escala global, torna-se fundamental para a compreenso da

dinmica climtica (ASSAD, 2006, GARZOLI; BARINGER, 2007).

A radiao lquida incidente na atmosfera gera ganho de energia nas baixas

latitudes e perda de energia nas altas latitudes. Enquanto que a redistribuio dessa

energia sobre os continentes feita exclusivamente pela atmosfera, sobre os oceanos

ela realizada pelo oceano em conjunto com a atmosfera, transportando calor para

vrias regies da Terra, com o potencial de alterar o clima global (PICKARD, 1974;

ASSAD, 2006).

A circulao ocenica profunda de extrema importncia para o clima global.

responsvel por tornar AS exportador de calor para o AN (PETERSON; STRAMMA,

1991; RINTOUL, 1991; CAMPOS et al., 1999; STRAMMA; SCHOTT, 1999; GANA-

CHAUD; WUNSCH, 2000; STOUFFER et al., 2006b; STEWART, 2008; ASSAD et al.,

2009b; BERNEM et al., 2010). Esse calor, consequentemente, ameniza o clima de

diversas regies, como o nordeste Europeu (CLARKE et al., 2001; STEWART, 2008).

Entretanto, o fluxo de guas quentes superficiais para o AN deve ser compensado por

um fluxo de guas frias profundas para o AS (GORDON, 1986; RINTOUL, 1991;

SCHMITZ; McCARTNEY, 1993). Trabalhos como o de MANABE; STOUFFER (1995),

VELLINGA; WOOD (2002), STOUFFER et al. (2007) e outros, relacionaram a adio

3

de gua doce no oceano em funo das mudanas climticas com enfraquecimento

da Circulao Termohalina associado ao enfraquecimento da formao da gua pro-

funda que flui do AN para o AS.

A dinmica associada ao gelo marinho possui um papel fundamental na gera-

o e manuteno dessa circulao, uma vez que o responsvel pela formao de

massas dgua profundas e fundas em regies polares (TOMCZAK; GODFREY,

1994). Nessas regies, principalmente no rtico, a temperatura influencia muito pouco

na variao da densidade local, o que torna a salinidade determinante para as varia-

es desse parmetro (PICKARD, 1974). Sendo assim, o congelamento e fuso do

gelo marinho nessas regies fundamental para a circulao e formao de massas

dgua locais. De fato, guas frias so capazes de estocar CO2 e calor da atmosfera

(STEWART, 2008). Portanto, potenciais mudanas na circulao profunda podem re-

sultar em mudanas no clima do planeta e at intensificao nas mudanas climticas

globais.

Dessa forma, esse trabalho contribuir no conhecimento da relao entre as

mudanas do gelo marinho e a circulao ocenica, o que por sua vez, se torna es-

sencial para atividades humanas que dependam diretamente do clima. Uma vez que

os oceanos so o principal componente regulador do clima, a alterao de seus par-

metros pode impulsionar mudanas climticas globais alterando tambm parmetros

atmosfricos importantes para tais atividades como os padres de precipitao e de

ventos, os quais, segundo WUNSCH (2002) so os parmetros de maior importncia

em estudos de mudanas climticas. Atravs dessas anlises ser possvel investigar

de forma isolada a influncia da distribuio espao-temporal do gelo marinho sobre a

Circulao Termohalina dos oceanos por meio da aplicao de um modelo climtico

global ocenico para a bacia do OA. Uma vez que a dinmica do gelo marinho tem

influncia direta na densidade superficial ocenica em altas latitudes; locais que, por

sua vez, so stios de formao de massas dgua que atuam na dinmica na Circula-

o Termohalina, possvel que a alterao brusca de seus parmetros cause mu-

danas significativas nessa Circulao.

2.1. ANLISES ANTERIORES

Uma das motivaes do trabalho tem alicerce em estudos anteriores de algu-

mas propriedades dinmicas e termodinmicas ocenicas obtidas atravs dos resulta-

dos gerados pelo modelo climtico CM 2.1 do GFDL para os cenrios A1FI e B1

4

(SANCHO, 2012) (Figura 1) e propriedades dinmicas do gelo marinho, obtidas atra-

vs dos mesmos resultados gerados do CM 2.1 para o cenrio A1FI (Figura 2).

Em seu trabalho, SANCHO (2012) analisou as sries temporais dos transportes

ocenicos de calor e volume na bacia do Atlntico Sul atravs de trs sees, con-

templadas tambm nesse trabalho; Drake, AF-AA e 25S, tambm utilizadas nesse

estudo. A autora utilizou resultados de parmetros ocenicos de trs rodadas (cen-

rios) do CM 2.1. Um deles representava o clima do sculo XX, e os demais represen-

tavam dois cenrios de mudanas climticas do IPCC (A1FI e B1). O cenrio A1FI,

tambm utilizado nesse estudo, caracterizado por ser um cenrio de consumo inten-

sivo de combustveis fsseis e o cenrio B1 tem como caracterstica estabilizar suas

concentraes de CO2 em 550 ppm. Adicionalmente, a autora estimou a temperatura

da bacia ocenica delimitada pelas sees. Com o objetivo de estimar o calor estoca-

do no oceano baseado nas estimativas de sadas e entradas nesse sistema, a autora

estimou a radiao incidente na superfcie ocenica, atravs de parmetros atmosfri-

cos do mesmo modelo.

Tais anlises revelam forte tendncia de mudana de comportamento dinmico

e termodinmico ocenicos, apresentando uma nova configurao ao final dos cen-

rios. De fato, de acordo com SANCHO (2012), h uma diminuio de 3,9% nos trans-

portes de volume para o cenrio A1FI e 2,9% de diminuio para o cenrio B1 de

2001 a 2100 no Drake (Figura 1 - superior). No mesmo perodo, para os transportes

de calor, h um aumento de 25% para o cenrio A1FI e um aumento de 11,76% para

o cenrio B1 (Figura 1 - inferior). De acordo com a autora, apesar do enfraquecimento

dos transportes de volume, que poderiam estar associados ao enfraquecimento da

corrente local, o aumento dos transportes de calor indica maior disponibilidade de ca-

lor no oceano, justificado pelo aumento da temperatura e do calor estocado no volume

monitorado, tambm verificado pela autora.

5

Figura 1: Srie temporal do transporte de volume (superior) e transporte de calor (infe-

rior) integrados na coluna dgua em uma seo meridional na Passagem de Drake

para os cenrios A1FI e B1. A linha vermelha serve como parmetro de comparao.

Ela representa o valor do transporte no ano 2000 para o experimento clima.

Fonte: Sancho (2012).

A Figura 2 representa a srie temporal da rea (azul) e espessura (verde) m-

dias do gelo marinho para a regio do rtico (superior) e Antrtida (inferior) no oceano

Atlntico para o cenrio A1FI. Adicionalmente, as linhas tracejadas indicam a tendn-

cia linear de cada curva. Observa-se que as curvas da rea e espessura em cada re-

gio so bem prximas, o que indica que ambas so foradas pelos mesmos proces-

sos. Observa-se tambm que enquanto a srie temporal do rtico apresenta pouca

6

variabilidade e claramente apresenta reduo em ambos os parmetros (rea e es-

pessura), corroborada pelas linhas de tendncia, a srie temporal da Antrtida mar-

cada por variabilidade em ambos os parmetros, dificultando a realizao do diagns-

tico referente s mudanas dos parmetros do gelo. Entretanto, ambas as linhas de

tendncia para essa regio indicam aumento dos parmetros do gelo, com a rea

apresentando um aumento mais suave do que a espessura.

Figura 2: Srie temporal da mdia da rea (azul) e espessura (verde) do gelo marinho

para o rtico (superior) e Antrtida (inferior) para o cenrio A1FI. As linhas tracejadas

indicam a tendncia de cada srie.

3. OBJETIVO

Identificar e discutir a influncia da variao espacial do gelo marinho sobre a

Circulao Termohalina do oceano Atlntico e sua relao com os transportes de vo-

lume e calor frente ao cenrio de emisso A1FI do IPCC.

3.1. OBJETIVOS ESPECFICOS

Implementar o MOM, desenvolvido pelo Geophysical Fluid Dynamics Labora-

tory.

7

A partir do modelo climtico implementado, estimar os transportes de volume e

calor nos oceanos em sees zonais e meridionais previamente definidas con-

siderando variaes espaciais no gelo marinho baseadas no cenrio A1FI do

IPCC.

4. REA DE ESTUDO

A rea de estudo proposta engloba toda a bacia do Oceano Atlntico e as por-

es de gelo marinho do rtico e da Antrtida. Nas sees seguintes, sero feitas

descries sobre essas regies.

4.1. A BACIA DO OCEANO ATLNTICO

Como dito anteriormente, existe um balano energtico no planeta, no qual a

atmosfera e os oceanos trabalham conjuntamente na distribuio da energia, transfe-

rindo calor das regies de baixas latitudes para as regies de altas latitudes

(TOMCZAK; GODFREY, 1994; GRASSL, 2001; ASSAD, 2006). Nos oceanos, esse

transporte realizado atravs das correntes que por sua vez, transportam diversas

massas dgua, caracterizadas pelos seus respectivos ndices termohalinos (pares de

temperatura e salinidade) e formadas em diferentes regies. A circulao ocenica o

resultado de dois tipos de circulao (PICKARD, 1974; CLARKE et al., 2001;

GRASSL, 2001): a circulao superficial, forada pelo vento (PICKARD, 1974; PE-

TERSON; STRAMMA, 1991; CLARKE et al., 2001; GRASSL, 2001; WUNSCH, 2002)

e a Circulao Termohalina, forada por diferenas nos gradientes horizontais de

presso (PICKARD, 1974; GRASSL, 2001; WUNSCH, 2002). Nas sees seguintes

sero descritas as Circulaes superficial e Termohalina do OA.

4.1.1. CIRCULAO SUPERFICIAL

A circulao superficial do OA ocorre nas primeiras centenas de metros de pro-

fundidade (PICKARD, 1974) e pode ser dividida em trs partes. So elas a circulao

do oceano AS subtropical, a circulao do AT e a circulao do oceano AN subtropi-

cal. As circulaes subtropicais dos oceanos AN e AS so dominadas por giros antici-

clnicos (PICKARD, 1974; POND; PICKARD, 1983; CLARKE et al., 2001; GRASSL,

2001). Esses giros so forados principalmente pela ao dos giros subtropicais at-

mosfricos de alta presso. Alm disso, suas correntes de contorno oeste so nota-

damente mais intensas (PICKARD, 1974; POND; PICKARD, 1983; CLARKE et al.,

2001).

8

O Giro subtropical do AS (Figura 3) formado pela CBg, no lado leste do AS,

pelo ramo sul da CSE, que atravessa o Atlntico de leste a oeste, pela CB, que flui em

direo sul contornando a costa brasileira e pela CAS, que atravessa o OA de oeste a

leste e fecha o giro. O giro delimitado ao sul pela Frente Subtropical do Atlntico Sul.

Ao sul dessa frente, a CCA flui por todo o globo (PICKARD, 1974; TOMCZAK; GO-

DFREY, 1994; CLARKE et al., 2001).

Figura 3: Representao da circulao superficial do Atlntico Sul.

Fonte: Retirado de Campos et al., 1999.

Aproximadamente entre as latitudes de 36S e 38S, nas proximidades da

Amrica do Sul, a CM, formada por um ramo da CCA (PICKARD, 1974), encontra-se

com a CB em uma regio conhecida como CBM. Na regio Equatorial, o ramo norte

da CSE, originada da CBg, forma a CNB (PICKARD, 1974; PETERSON; STRAMMA,

1991). A CNB flui para o norte contornando a costa sul americana, contribuindo com

parte do transporte superficial do AS para o AN (POND; PICKARD, 1983; PETERSON;

STRAMMA, 1991). A CNE tambm flui para oeste, prxima ao Equador (PICKARD,

1974; POND; PICKARD, 1983). Entre a CSE e a CNE, flui em sentido oposto a CCE,

9

mais intensa no lado oeste do que no lado leste do AT (PICKARD, 1974; POND;

PICKARD, 1983; PETERSON; STRAMMA, 1991). Essa contracorrente pode ser expli-

cada pelo rotacional da tenso de cisalhamento do vento, uma vez que a mudana

meridional da tenso dos ventos alsios de nordeste e sudeste para uma regio de

calmaria entre os dois proporcionaria o aparecimento dessa contracorrente (POND;

PICKARD, 1983; STEWART, 2008). A Figura 4 representa o sistema de correntes e

subcorrentes equatoriais superficiais no OA.

Figura 4: Representao do Sistema Equatorial de Correntes no inverno austral.

NECC Contracorrente Norte Equatorial, SEC Corrente Sul Equatorial, SECC

Contracorrente Sul Equatorial, EUC Subcorrente Equatorial, NEUC Subcorrente

Norte Equatorial, SEUC Subcorrente Sul Equatorial.

Fonte: Peterson; Stramma (1991).

No AN, o Giro formado pela CNE que se desloca para oeste, juntando-se

CNB (PICKARD, 1974). Parte desse fluxo segue para noroeste, contornando as Anti-

lhas, chamando-se CAn e parte atravessa o Caribe e adentra no Golfo do Mxico

(PICKARD, 1974). Quando deixa o Golfo do Mxico, essa corrente denominada de

CF (PICKARD, 1974). Ao largo da Flrida essa corrente se junta CAn, e afasta-se da

costa americana na altura do Cabo Hatteras, onde recebe o nome de CG (PICKARD,

1974). A CG a corrente de contorno oeste que flui para nordeste (PICKARD, 1974,

10

STEWART, 2008). Prximo aos Grandes Bancos da Terra Nova (40N 50W) deno-

minada de CNA (PICKARD, 1974). A CNA bifurca-se onde uma parte segue para nor-

deste em direo Esccia e Islndia e contribui na circulao do oceano rtico

(PICKARD, 1974). A outra parte flui para sul, margeando a Espanha e o norte da fri-

ca e alimenta a CNE, completando o giro (PICKARD, 1974). A Figura 5 representa o

esquema da circulao superficial no AN com suas correntes principais e seus valores

de transporte em Sv.

Figura 5: Esquema das correntes superficiais no oceano Atlntico Norte. Os valores

representam o transporte das correntes em Sv.

Fonte: Modificado de Stewart (2008).

4.1.2. CIRCULAO TERMOHALINA

A Circulao Termohalina deve-se ao movimento da gua quando a densidade

desta alterada em funo de variaes de temperatura e/ou salinidade. WUNSCH

(2002), por sua vez, defende que essa circulao deve ser caracterizada separada-

mente para as circulaes de calor e sal, o que pode ser entendido como o fluxo su-

perficial de gua quente e salina para o AN e o fluxo de gua densa e fria para o AS

(STOUFFER et al., 2006b).

Em regies de altas latitudes, as perdas de calor do oceano para a atmosfera

geram ganho de densidade e, consequentemente, o afundamento de gua (PICKARD,

1974; POND; PICKARD, 1983). Dessa forma, o movimento horizontal da Circulao

Termohalina consequncia do movimento vertical de guas mais densas, em funo

do aumento da densidade devido s perdas de calor do oceano para a atmosfera

(PICKARD, 1974). Ainda segundo o autor, no AN, o aumento do gradiente de densi-

dade ocorre principalmente em funo do resfriamento das guas superficiais, en-

quanto que no AS, a formao de gelo e aumento da salinidade superficial acompa-

nhada pelo resfriamento dos oceanos adjacentes ao gelo so os responsveis pelo

11

aumento da densidade nessa regio. A circulao profunda tem o potencial de influen-

ciar o clima em escalas temporais de dcadas, sculos e milnios, tornando o oceano

o agente causador principal de variabilidade climtica (STEWART, 2008).

Nos anos 1980 (COLLING, 1989), Broecker sugeriu o diagrama do Cinturo de

Revolvimento Meridional (Oceans Conveyor Belt) e em seu trabalho, Brocker prope a

formao da APAN como mecanismo de acionamento do Cinturo (COLLING, 1989;

BROECKER 1991). Dessa forma, mudanas nos padres de formao da APAN po-

deriam influenciar diretamente a Circulao Termohalina. A formao da APAN am-

plamente influenciada pela AIA e pela AFA, por sua vez essas influenciam a APAN

(PICKARD, 1974; TOMCZAK; GODFREY, 1994; CLARKE et al., 2001). Isso significa

que mudanas nos padres dessas massas dgua indiretamente influenciam a Circu-

lao Termohalina (FOLDVIK et al., 2004). Portanto, nesse trabalho as trs massas

dgua citadas anteriormente foram monitoradas e sero descritas nos itens a seguir.

4.1.3. A GUA PROFUNDA DO ATLNTICO NORTE

A APAN, formada em altas latitudes do AN, a responsvel pela poro de

gua fria e profunda da Circulao Termohalina. Ela caracterizada como uma gua

salina, rica em oxignio e pobre em nutrientes e que ocupa uma grande parcela da

coluna dgua (PICKARD, 1974; REID, 1989). Segundo STEWART (2008), a gua

profunda (APAN) o maior reservatrio de CO2 dissolvido no oceano. Segundo

POND; PICKARD (1983), as principais contribuies para a formao da APAN esto

no AN e no AS. Segundo REID (1994), o AN recebe guas quentes e salinas do AS

(PETERSON; STRAMMA, 1991; MANABE; STOUFFER, 1995) e guas frias e pouco

salinas do oceano rtico, ambas superficiais. Entretanto, segundo COLLING (1989) a

contribuio do oceano rtico para a formao da APAN de guas muito salinas.

Ainda segundo POND; PICKARD (op. cit.), a principal fonte da APAN no AN seria o

fluxo proveniente do rtico (TOMCZAK; GODFREY, 1994) e no AS a principal fonte

estaria localizada no mar de Weddel. Segundo COLLING (1989), as reas de forma-

o da APAN encontram-se no ML, denominada de APANE e no MG, denominada de

APANW.

Depois de formada por conveco profunda (GRASSL, 2001), a APAN afunda

e flui em sentido sul para o AS, como CCP (COLLING, 1989), onde parte incorpora-

da CCA e exportada para os oceanos Pacfico e ndico, como representado na Figu-

ra 6 (CLARKE et al., 2001). DONNERS et al. (2005) estimaram em 15 Sv o montante

de APAN que exportado do AS. Segundo GORDON (1986) e STRAMMA; SCHOTT

12

(1999), em seu trajeto, a APAN ressurge em diversas regies e eventualmente com-

pensada por um grande fluxo da camada da termoclina (SCHMITZ; McCARTNEY,

1993) do oceano ndico e por um fluxo menor de gua intermediria transportada para

o AS atravs da Passagem de Drake (AIA) (CLARKE et al., 2001). Alternativamente,

RINTOUL (1991) prope apenas a contribuio de 13 Sv da AIA para a formao da

APAN.

Figura 6: Representao do fluxo em larga escala da APAN prximo profundidade

de 2000 metros como a linha mais espessa na figura. Adicionalmente, a trajetria da

AFA est representada pela linha tracejada.

Fonte: Stramma; England (1999).

4.1.4. A GUA DE FUNDO ANTRTICA

Segundo PICKARD (1974), TOMCZAK; GODFREY (1994), CLARKE et al.

(2001), a AFA formada no mar de Weddell. Entretanto, COLLING (1989) prope que

a AFA formada em toda a plataforma continental da Antrtida (BROECKER, 1991) e

na rea de atuao da CCA. Essa formao se d em polneas costeiras e ocenicas

que se formam no gelo marinho. As polneas so piscinas de guas frias que se for-

mam no meio do gelo marinho. Essas guas perdem calor sensvel em contato com a

atmosfera mais fria, no caso das polneas ocenicas e calor latente devido ao vento,

13

no caso das polneas costeiras. Dessa forma a gua de fundo se forma devido con-

veco e ganho de densidade. Ainda de acordo com COLLING (op. cit.), a AFA en-

contrada principalmente nas pores sul de todos os oceanos. Segundo SPEER;

ZANK (1993), no AS a AFA proveniente do mar de Weddell. Uma vez formada, ela

flui junto ao fundo para norte, atravessa o AS e alcana o AN (SPEER; ZANK, 1993,

LIMEBURNER et al., 2005).

4.1.5. A GUA INTERMEDIRIA ANTRTICA

A AIA encontrada em todos os oceanos at latitudes prximas a 20N (COL-

LING, 1989) (Figura 7). Segundo o autor, a AIA formada na zona da Frente Polar

Antrtica. Entretanto, outros autores defendem que a AIA formada no mar de

Weddell (PICKARD, 1974; TOMCZAK; GODFREY, 1994; CLARKE et al., 2001) e no

extremo leste do Pacfico Sul (TOMCZAK; GODFREY, 1994). Segundo TOMCZAK;

GODFREY (op. cit.), a AIA, em seu trajeto em direo ao AN, convertida em 8 Sv de

guas da termoclina, para a formao da APAN. Esses resultados corroboram queles

de SCHMITZ; McCARTNEY (1993), que estimam em 13 Sv a transformao de gua

quente em gua fria no AN, associada APAN. Ainda segundo SCHMITZ; McCAR-

TNEY (op. cit.), TOMCZAK; GODFREY (op. cit.) e SCHMITZ (1996), a AIA e a AFA,

entram no AN para contribuir na formao da APAN. Em contrapartida, ainda segundo

os autores, a APAN contribui para a formao da AFA da AIA.

14

Figura 7: Distribuio global das massas dgua intermedirias (entre as profundida-

des de 550 e 1500 metros). As reas de formao esto indicadas pelas manchas

azuis.

Fonte: COLLING (1989).

4.2. O GELO NO MAR

O gelo encontrado no mar pode ser originado de duas fontes: atravs de blocos

que se desprendem das geleiras e pelo congelamento da gua do mar (PICKARD,

1974). Esta ltima fonte representa a maior parte do gelo encontrado no mar e cha-

mado de gelo marinho (HARTMANN, 1994). A primeira etapa de congelamento da

gua do mar se caracteriza por formar uma mistura de gua com cristais de gelo j

formados, chamada de frazil (PICKARD, 1974; DELWORTH et al., 2006). Conforme os

cristais crescem, eles retm parcelas de gua saturadas de sal, apresentando salini-

dade entre 5 a 15. Essas parcelas so chamadas de brine (PICKARD, 1974;

DELWORTH et al., 2006).

Para a formao de gelo marinho, o ponto de congelamento da gua do mar

passa de 0C para -1,91C a uma salinidade de 35. Associado a esse fato, o gelo ma-

rinho apresenta densidade maior que o gelo puro, chegando a 924 kg/m3 (PICKARD,

1974). A quantidade de sal no gelo marinho diretamente proporcional sua veloci-

dade de formao. Essa velocidade favorecida em condies de baixa salinidade,

pouca mistura devido correntes e vento, pouca profundidade e presena anterior de

gelo, o que diminui a turbulncia do oceano (PICKARD, 1974).

15

4.3. O RTICO

A principal ligao do rtico com o oceano atravs do OA (PICKARD, 1974).

Uma caracterstica importante das massas dgua formadas no rtico sua densidade

ser influenciada principalmente pela salinidade (PICKARD, 1974). Os mares do rtico

so caracterizados como Mediterrneos, uma vez que possuem comunicao limitada

com as grandes bacias ocenicas e a circulao dominada por forantes termohali-

nos e modificada pelo vento (TOMCZAK; GODFREY, 1994). A maior parte dos mares

rticos est sob influncia dos ventos de Leste Polares e exibem circulao superficial

anticiclnica. A Figura 8 representa a mdia anual da circulao elica atuante no rti-

co a partir da mdia de 30 anos do cenrio H2 do GFDL. Observa-se a circulao su-

perficial anticiclnica, principalmente sobre regies ocenicas.

Figura 8: Representao da mdia anual dos ventos atuantes no rtico a partir da m-

dia dos 30 anos do experimento H2.

O gelo nessa regio classificado em trs categorias; calota glacial polar, a

geleira (ice pack) e o gelo costeiro (PICKARD, 1974). A calota glacial polar faz parte

do gelo permanente do rtico, cobre cerca de 70% da superfcie de gelo do Mar rtico

16

e atinge distncias prximas a isbata de 1000 metros (PICKARD, 1974). No vero,

uma parcela desse gelo fundida e sua espessura diminui em mdia 2,5 metros. J

no inverno, a espessura mdia 3,35 metros com colinas que podem chegar a 10

metros de altura. Cerca de da calota renovada todos os anos, uma vez que a CLE

carrega essa parcela de gelo em um giro anticiclnico (PICKARD, 1974).

A geleira perifrica calota polar, mais leve que a calota, cobre cerca de

25% da rea de gelo marinho do rtico e tambm pode atingir distncias prximas a

isbata de 100 metros (PICKARD, 1974). Possui sazonalidade marcada, com rea

mxima em maio e mnima em setembro (PICKARD, 1974). O gelo costeiro se forma

em direo geleira e atinge distncias at a isbata de 20 metros (PICKARD, 1974).

Pode atingir espessura de at 2 metros no inverno, desaparecendo no vero. Nessa

estao, ocorre do gelo se partir e derivar no oceano at o seu derretimento

(PICKARD, 1974). Quando se separa da costa, esse gelo pode carregar uma parcela

do material da praia e, quando ocorre a fuso, esse material depositado no fundo do

oceano.

4.4. O OCEANO ANTRTICO

O OAA possui livre conexo com os oceanos Pacfico, Atlntico e ndico. Exis-

tem dois limites principais bem definidos no OAA, os quais delimitam regies com ca-

ractersticas oceanogrficas distintas. Se traarmos um meridiano e percorrermos a

borda do continente Antrtico em direo ao Equador, a temperatura da gua tende a

aumentar gradualmente, at uma regio de mudana brusca (2 a 3C), denominada

de Convergncia Antrtica (Figura 9) (PICKARD, 1974). Ao norte dessa regio, nova-

mente as temperaturas tendem a aumentar gradualmente, at uma segunda regio de

mudana brusca de temperatura (4C 0,5 de salinidade), denominada de Convergn-

cia Subtropical (Figura 9) (PICKARD, 1974; PETERSON; STRAMMA, 1991). A Figura

9 representa o continente antrtico com suas principais feies.

17

Figura 9: Representao do continente antrtico e as principais feies de sua circula-

o.

Fonte: Pickard (1974).

A Convergncia Antrtica situa-se aproximadamente na latitude 50S no AS e a

Convergncia Subtropical situa-se aproximadamente em 40S (PICKARD, 1974). Es-

sas frentes delimitam as guas superficiais do OAA, em zona Antrtica e zona Suban-

trtica, as quais apresentam caractersticas semelhantes (PICKARD, 1974; PETER-

SON; STRAMMA, 1991).

A Convergncia Subtropical conhecida como o limite hidrogrfico que separa

o Giro Subtropical do AS e a CCA que flui em direo leste e contorna todo o continen-

te antrtico, forada pela ao dos ventos de Oeste (PICKARD, 1974; KAMPEL; SIL-

VA JR., 1996; CLARKE et al., 2001; RUSSEL, 2006). A CCA penetra no OA pela Pas-

sagem de Drake e deixa-o atravs da passagem entre a frica e a Antrtida. Segundo

PICKARD (1974), a CCA a corrente mais intensa do planeta transportando entre 150

a 190 Sv. Diversos trabalhos tambm estimam o transporte de volume da CCA simila-

res a PICKARD (op cit.) (RINTOUL, 1991; GANACHAUD; WUNSCH, 2000; ASSAD,

2006).

18

A Passagem entre a frica e a Antrtida exibe ainda um processo de funda-

mental importncia para a circulao ocenica global (GORDON, 1985 apud PETER-

SON; STRAMMA, 1991; GORDON, 1986) e para a Clula de Revolvimento Meridional

do Atlntico (Meridional Overturning Circulation - MOC) (GORDON, 2003; BIASTOCH

et al., 2009). A retroflexo da CA injeta gua quente e salina no AS (REID, 1989; PE-

TERSON; STRAMMA, 1991; GORDON, 2003; BIASTOCH et al., 2009; BEAL et al.,

2011). Apesar de ter uma representao restrita no OA, o fenmeno de extrema im-

portncia para as trocas de massas dgua entre os oceanos (PETERSON; STRAM-

MA, 1991), com capacidade de influenciar a formao de massas dgua importantes,

como a APAN (GORDON, 2003). A Figura 10 representa os oceanos AS e ndico, com

algumas feies de circulao, incluindo a retroflexo da CA (linha vermelha) na Pas-

sagem frica-Antrtida e a propagao dos anis que se desprendem da CA no AS.

Figura 10: Esquema dos oceanos Atlntico Sul e ndico com a representao da Re-

troflexo da Corrente das Agulhas (em vermelho) na Passagem frica Antrtida.

Fonte: Modificado de Gordon (2003).

5. METODOLOGIA

A metodologia do trabalho utilizou um modelo numrico computacional climti-

co como mtodo de investigao do papel do gelo marinho e suas mudanas na circu-

lao ocenica do oceano Atlntico. Nas sees seguintes, sero feitas descries

sobre o modelo e a configurao dos experimentos realizados, assim como os mto-

dos de anlise.

19

5.1. O MODELO MOM

O modelo utilizado no estudo o (MOM) o qual tambm o mdulo ocenico

do Modelo Climtico Acoplado 2.1 (CM 2.1) desenvolvido pelo GFDL. O GFDL ad-

ministrado pelo NOAA e desde 1955 contribui para grande parte da pesquisa mundial

sobre as mudanas climticas, inclusive tem sido grande colaborador em todos os

Relatrios do Painel Intergovernamental de Mudanas Climticas (Intergovernmental

Panel on Climate Change - IPCC), os quais contribuem para o conhecimento global

sobre as mudanas climticas. O CM 2.1 foi um dos modelos utilizados no 4 Relatrio

do IPCC de 2007 (AR4 - Fourth Assessment Report) e representa os principais com-

ponentes do sistema climtico classificados em quatro mdulos que interagem entre

si. Maiores informaes sobre o modelo podem ser encontradas no ANEXO I.

5.2. OBTENO E INSTALAO DO CDIGO

O MOM4 um modelo numrico de livre acesso para a comunidade cientfica e

pode ser obtido pelo GFDL diretamente da pgina do laboratrio na internet. A verso

do modelo utilizada foi a verso 4,0. O cdigo foi instalado em uma plataforma compu-

tacional de alto desempenho. A plataforma um cluster da marca SGI que possui um

n de gerncia e 8 ns computacionais, cada um com 12 processadores. O cluster

possui sistema operacional SUSE Linux Enterprise Server verso 3.0.101-0.15. O mo-

delo utilizou compiladores Intel Fortran e C verso 14.0.2.144 e bibliotecas NetCDF

verses 3.6.3 e 4.3.0 em 12 processadores em 1 n. A taxa temporal de integrao do

modelo foi de 1 ano em aproximadamente 3,5 horas e cada experimento gerou apro-

ximadamente 2GB de volume de dados.

5.3. EXECUO DOS EXPERIMENTOS

Foram realizados dois experimentos numricos com domnio de integrao

global. Em ambos os experimentos, o modelo foi forado com condies de contorno

dos dados climatolgicos do banco de dados OMIP (ASSAD, 2006) e condies inici-

ais e de contorno de gelo marinho diferenciadas para cada experimento.

O primeiro experimento foi realizado com o intuito de criar um ano climatolgico

e foi utilizado como parmetro de comparao e denominado experimento controle. O

segundo experimento teve como objetivo investigar o papel da influncia de alteraes

do gelo marinho na dinmica ocenica e foi chamado de experimento anmalo.

20

5.3.1. CONDIES INICIAIS E DE CONTORNO

Com o objetivo de gerar resultados em equilbrio e estabilidade dinmicos e

termodinmicos com as equaes governantes do modelo, foi realizada uma fase ini-

cial de integrao do mesmo para o primeiro experimento. Essa fase conhecida co-

mo spin up e pode ser analisada atravs da curva da srie temporal da energia cinti-

ca integrada no volume ocenico total. Dessa forma, a anlise da tendncia de cres-

cimento dessa curva indica se o modelo atingiu o equilbrio.

Uma vez estvel, o modelo pode ser reinicializado com a introduo de anoma-

lias nas condies de contorno e, dessa forma, podem-se analisar as possveis varia-

bilidades na dinmica e termodinmica ocenica influenciada por essas anomalias.

Nas sees seguintes, sero descritos os cenrios e banco de dados dos quais as

condies iniciais e de contorno foram obtidas para os experimentos realizados.

5.3.1.1. O CENRIO ODASI

O conjunto de dados climatolgicos utilizado como condies iniciais deriva do

cenrio ODASI, conduzido pelo GFDL como parte do programa da NOAA/CDEP (SUN

et al., 2007). O projeto teve como objetivo aprimorar os mtodos de assimilao de

dados e sua aplicao na previso com modelos gerais de circulao. O projeto foi

constitudo por grupos de pesquisa de diversas instituies. O experimento conduzido

pelo GFDL utilizou o MOM4 como modelo numrico. O projeto utilizou como forantes

atmosfricas dirias fluxos na superfcie e tenso do vento do NCEP CDAS1 alm de

temperatura da superfcie do mar. Os dados assimilados, atravs do mtodo 3DVAR

incluram perfis de temperatura de XBT disponveis atravs do banco de dados do

NODC e de dados do projeto PIRATA (ASSAD, 2006; SUN et. al., 2007). Os dados

utilizados como condies iniciais incluram o parmetro bidimensional da elevao da

superfcie livre e parmetros tridimensionais de temperatura, salinidade e componen-

tes zonal e meridional de velocidade dos oceanos e seguem a metodologia de ASSAD

(2006).

5.3.1.2. CENRIOS DO GFDL

Os cenrios empregados so oriundos de rodadas do CM 2.1 e tem por objeti-

vo simular condies climticas globais. As condies de contorno de gelo marinho

foram obtidas atravs dos cenrios H2 e A1FI para a execuo dos experimentos con-

trole e anmalo, respectivamente. O cenrio H2 (CM2.1U-D4_1860-2000-AllForc_H2)

caracteriza-se por simular o clima do sculo XX e o cenrio A1FI (CM2.1U-

H2_SresA1FI_Z1) caracteriza-se por ser um experimento de consumo intensivo de

combustveis fsseis Os cenrios foram disponibilizados no site do GFDL em 25 de

21

agosto de 2005 (H2) e 19 de janeiro de 2006 (A1FI). Maiores detalhes sobre os referi-

dos experimentos podem ser encontrados no ANEXO II. Na seo seguinte ser apre-

sentada a metodologia da utilizao dos cenrios como condio de contorno nas ro-

dadas do MOM.

5.3.1.2.1. CONDIES DE CONTORNO DE GELO UTILIZADAS

As variveis utilizadas como condio de contorno so denominadas concen-

trao (sic) e espessura (sit) do gelo marinho. Para cada experimento, as variveis

foram utilizadas em mdias mensais para um ano. O experimento controle utilizou am-

bas as variveis de gelo marinho referentes mdia dos ltimos 30 anos do cenrio

H2 (de 1971 a 2000) e o experimento anmalo utilizou as variveis referentes ao ano

de 2100 do cenrio A1FI. A Figura 11 representa a srie temporal mdia para cada

hemisfrio das variveis de gelo marinho utilizadas como condio de contorno nos

experimentos controle (mdia de 1971-2000 H2) e anmalo (ano de 2100). Observa-

se que para ambos os parmetros, as curvas do H2 e 2100 exibem comportamento

similar ao longo dos meses e representam a climatologia de gelo marinho, apresen-

tando mximos ao final do inverno e mnimos ao final do vero, diferenciando-se prin-

cipalmente pela quantidade de cada parmetro. A escolha do ano de 2100 justificada

por estudos anteriores detalhados no item 2.1.

22

Figura 11: Srie temporal mensal mdia para cada hemisfrio a) concentrao (SIC) e

b) espessura (SIT) de gelo marinho para a mdia dos ltimos 30 anos do H2 e para o

ano 2100.

23

5.3.1.2.2. TERMINOLOGIA DO GELO MARINHO

Segundo Centro Nacional de Dados de Neve e Gelo (National Snow; Ice Data

Center NSIDC a sigla em ingls), o gelo marinho descrito pela rea de cobertura,

espessura, idade e movimento de acordo com os padres de vento e corrente. O es-

tudo do gelo marinho atravs de sensoriamento remoto realizado por meio de pixels

ou clulas de grade. A mesma abordagem utilizada em estudos com modelos num-

ricos, uma vez que o espao discretizado em clulas de uma dada resoluo. O pa-

rmetro concentrao de gelo marinho, apresentado atravs dos resultados do mdulo

de gelo marinho, disponibilizados pelo GFDL, ser conceituado a seguir com base no

NSIDC.

A concentrao de gelo marinho um termo sem unidade, porm tipicamente

descrita em porcentagem, que pode ser definida como o montante de rea coberta por

gelo, comparada a uma dada rea, que, no caso da grade do MOM em altas latitudes,

seria de 1x1. Regies com valor igual a 0 significam ausncia de gelo e 100% signi-

fica reas totalmente cobertas por gelo. A Figura 12 apresenta, de maneira simplifica-

da, como realizado o clculo da concentrao de gelo marinho. Se a clula dividida

em uma dada quantidade de partes iguais, a concentrao de gelo marinho ser igual

quantidade de partes com presena de gelo dividida pelo nmero de clulas totais.

Propriedade

do gelo A B C D

Concentra-

o (%)

0

%

25

%

50

%

100

%

Figura 12: Representao esquemtica de como o clculo da concentrao do gelo

marinho realizado.

Fonte: Modificado de NSIDC (2013).

Na literatura, as alteraes de gelo marinho so avaliadas atravs dos meses

de mnima extenso. A Figura 13 representa a srie temporal mdia mensal por he-

misfrio da extenso de gelo marinho, representada pela concentrao (sic) em %, da

mdia dos ltimos 30 anos do experimento H2. Observa-se que o ms de mnima ex-

tenso de gelo marinho no rtico ocorre em setembro, assim como observado por

24

HOLLAND et al. (2006) e na Antrtida o ms de mnima extenso ocorre em fevereiro.

A srie anual mdia do sic referente ao ano de 2100 do cenrio A1FI, como dito ante-

riormente, difere essencialmente da mdia dos 30 anos do H2 na quantidade de gelo

marinho, uma vez que o ciclo sazonal se mantm assim como os meses de mnima

extenso para cada hemisfrio (Figura 11). Dessa forma, a influncia da alterao do

gelo marinho na circulao ocenica ser devido exclusivamente mudanas na sua

extenso e espessura e no em mudanas do seu comportamento sazonal.

Figura 13: Srie temporal mensal da concentrao de gelo marinho mdia por hemis-

frio em % obtida atravs da mdia dos ltimos 30 anos do experimento H2 do GFDL.

5.3.1.3. O BANCO DE DADOS OMIP

Esse conjunto de dados oriundo do projeto de reanlise do ECMWF ERA-

15 e foi criado com o objetivo de criar um banco climatolgico para a execuo de mo-

delos ocenicos globais ASSAD (2006). O projeto produziu 15 anos de resultados de

experimentos numricos com dados validados atravs de assimilao para o perodo

de 1979 a 1993 (ASSAD, 2006). Entre as variveis disponibilizadas, foram utiliza-

das como condio de contorno atmosfrica os componentes zonal e meridional da

tenso de cisalhamento do vento, radiaes de onda longa e curta, fluxos de calor

latente e sensvel, precipitao e descarga fluvial e segue a metodologia de ASSAD

(2006).

25

5.3.2. RESUMO DOS EXPERIMENTOS

Como dito anteriormente, foram executados dois experimentos numricos utili-

zando o MOM4 com as condies iniciais ocenicas e de contorno descritas nos itens

5.3.1.1, 5.3.1.2.1 e 5.3.1.3, respectivamente. O primeiro experimento, denominado de

controle teve como objetivo a obteno de um estado ocenico climatolgico e foi utili-

zada a condio de contorno de gelo marinho referente mdia dos 30 anos do H2 do

A1FI, como descrito no item 5.3.1.2.1. O modelo foi forado at atingir um estado di-

nmico e termodinmico estvel, representado pelo padro cclico anual contnuo das

variveis geradas pelo modelo.

O segundo experimento, denominado de experimento anmalo, teve como ob-

jetivo simular anomalias na dinmica e termodinmica ocenicas causadas por altera-

es na concentrao e espessura de gelo marinho global. Dessa forma, para esse

experimento, foi utilizada a condio de contorno de gelo marinho referente ao ano de

2100 do experimento A1FI. As Tabela I e Tabela II detalham as configuraes utiliza-

das em cada um dos experimentos.

26

Tabela I: Configurao e tempo de integrao do experimento controle.

Condio Inicial

ODASI (1985)

- Elevao da superfcie livre

- Temperatura

- Salinidade

- Velocidade

Condio de Contorno

OMIP (2001)

- Tenso de cisalhamento do vento mdia diria

- Radiao lquida de onda curta mdia diria

- Radiao lquida de onda longa mdia diria

- Fluxo de calor latente mdia mensal

- Fluxo de calor sensvel mdia mensal

- Precipitao mdia diria

- Drenagem fluvial mdia diria

WOA (1998)

- Temperatura da superfcie do mar mdia mensal

- Salinidade da superfcie do mar mdia mensal

H2 (mdia dos anos 1971 a 2000)

- Concentrao de gelo marinho mdia mensal

- Espessura de gelo marinho mdia mensal

Tempo de integrao 30 anos

27

Tabela II: Configurao e tempo de integrao do experimento anmalo.

Condio Inicial

REINICIALIZAO DO EXPERIMENTO CONTROLE

- Elevao da superfcie livre

- Temperatura

- Salinidade

- Velocidade

Condio de Contorno

OMIP (2001)

- Tenso de cisalhamento do vento mdia diria

- Radiao lquida de onda curta mdia diria

- Radiao lquida de onda longa mdia diria

- Fluxo de calor latente mdia mensal

- Fluxo de calor sensvel mdia mensal

- Precipitao mdia diria

- Drenagem fluvial mdia diria

WOA (1998)

- Temperatura da superfcie do mar mdia mensal

- Salinidade da superfcie do mar mdia mensal

A1FI (2100)

- Concentrao de gelo marinho mdia mensal

- Espessura de gelo marinho mdia mensal

Tempo de integrao 30 anos

28

5.4. DEFINIO DAS SEES MONITORADAS

As sees monitoradas foram selecionadas com o objetivo de avaliar os trans-

portes advectivos de calor e volume das massas dgua relevantes Circulao Ter-

mohalina; APAN, AIA e AFA. Foram definidas cinco sees zonais e trs sees meri-

dionais, apresentadas na Figura 14. Com exceo das sees ML, MG e 22W, as

demais sees so classicamente utilizadas em trabalhos na literatura. As sees ML

e MG so apontadas por COLLING (1989) e TOMCZAK; GODFREY (1994) como as

duas regies de formao da APAN e a seo 22W foi selecionada para monitorar o

espalhamento meridional das massas dgua. A Tabela III descreve os limites geogr-

ficos de cada seo e os trabalhos que as monitoraram.

Figura 14: Mapa com a localizao das sees monitoradas.

29

Tabela III: Limites geogrficos de cada seo e referncias de trabalhos anteriores que as monitoram.

SEO LATITUDE LONGITUDE REFERNCIA

Drake 50S a

70S 70W

Rintoul (1991); Ganachaud; Wunsch

(2000); Assad (2009b) e outros

AF-AA 35S a

70S 20E Assad (2009b); Reid (1989) e outros

25S 25S 50W a 20E Sancho (2012)

24N 24N 75W a 15E Schmitz; Richardson (1991); Reid

(1994)

50N 50N 55W a 5E WOCE

MG 78N 19W a 13E Colling (1989)

ML 60N 64W 44W Colling (1989); Tomczak; Godfrey

(1994)

22W 75S a

71N 22W -

5.5. DEFINIO DOS NDICES TERMOHALINOS UTILIZADOS

Nas sees mencionadas, foram adotados ndices de temperatura, salinidade e

densidade que, de acordo com a literatura, representam as massas dgua de interes-

se segundo os quais os transportes foram estimados. Devido distribuio no homo-

gnea das massas dgua na bacia do OA, as mesmas no sero monitoradas em

todas as sees. Alm disso, a APAN, em suas regies de formao (MG e ML), ser

monitorada pelos ndices termohalinos de cada uma delas (item 4.1.3), enquanto que

para as demais reas do oceano, ser considerado um ndice mais abrangente. Os

respectivos intervalos associados a cada massa dgua de acordo com as suas regi-

es onde so encontradas esto representados na Tabela IV.

.

30

Tabela IV: Valores de temperatura potencial, salinidade e densidade potencial para as

massas dgua, assim como a referncia dos ndices termohalinos a que se referem.

MASSA

DGUA REGIO

TEMPERATURA

(C) SALINIDADE

DENSIDADE

(kgm-3

) REFERNCIA

AFA

Espalha-

mento pelo

OA

0,3 34,7 1027,8476

Tomczak;

Godfrey

(1994);

Amercian Me-

teorological

Society

APAN

Oceano

rtico 3,5 34,9 1027,7575

Tomczak; Go-

dfrey (1994)

MG 2,5 35,03 1027,9540

Colling (1989)

ML 3 34,9 1027,8053

AIA Leste do

Pacfico 2,2 33,8 1026,9947

Tomczak; Go-

dfrey (1994)

Classicamente, a literatura utiliza intervalos de densidade para o monitoramen-

to da coluna dgua e assim delimitam camadas atravs das quais estimam transpor-

tes de calor, volume, emerso ou submerso de guas (REID, 1989; RINTOUL, 1991;

REID 1994; SCHMITZ, 1996; GANACHAUD; WUNSCH, 2000; HOLFORT; SIEDLER,

2001; GANACHAUD; WUNSCH, 2002; ASSAD, 2006 BNING et al., 2006; SANCHO,

2012). Atravs dessa metodologia, observa-se na Figura 15, que as massas dgua de

interesse so encontradas em todas as sees, tanto no experimento controle como

no experimento anmalo, inclusive em sees onde, na literatura, elas no so encon-

tradas. Esse comportamento evidencia que, analisados isoladamente, valores de den-

sidade no podem ser atribudos a nenhuma massa dgua descrita na literatura. Des-

sa forma, para avaliar a distribuio das massas dgua especificadas acima e suas

potenciais mudanas frente imposio de uma nova configurao de gelo marinho,

optou-se por isol-las no apenas por seus valores de densidade, mas tambm por

seus pares de temperatura e salinidade de acordo com a Tabela V. Dessa forma, bus-

31

cou-se investigar o impacto do gelo marinho sobre elas e as consequncias para a

Circulao Termohalina. Observa-se que a distribuio das isopicnais nas sees

25S, Drake e AF-AA (Figura 15e, f e g) similar quela encontrada por Sancho

(2012), baseada no ano 2000 do experimento clima.

a b

cd

32

Figura 15: Geometria das sees monitoradas com as isopicnais de topo das massas

dgua analisadas a partir dos resultados dos casos controle e anmalo. a seo

MG, b seo ML, c 50N, d 24N, e 25S, f Drake, g AF-AA.

e f

g

33

Tabela V: Intervalos de temperatura, salinidade e densidade segundo os quais cada

massa dgua foi isolada de acordo com os ndices termohalinos de cada regio.

MASSA

DGUA REGIO

TEMPERATURA

(C) SALINIDADE

DENSIDADE

(kgm-3

)

AFA Espalhamento

pelo OA < 0,3 < 34,7 > 1027,8476

APAN

Oceano rtico 0,3 < T < 3,5 34,7 < S < 34,9 1027,8476 < <

1027,7575

MG T < 2,5 S < 35,03 > 1027,9540

ML T < 3 S < 34,9 > 1027,8053

AIA Leste do Pac-

fico 3,5 > T > 2,2 34,9 > S > 33,8

1027,8476 > >

1026,9947

Como dito anteriormente, as massas dgua na bacia do OA no so igualmen-

te distribudas. Por esse motivo, as massas dgua de interesse no foram encontra-

das em todas as sees monitoradas. A Tabela VI ilustra as massas dgua encontra-

das em cada seo monitorada. Observa-se que a AIA somente representada nas

sees do Drake, AF-AA e 25S, uma vez que essa massa dgua, com seus ndices

termohalinos da regio de formao s pode ser acompanhada at latitudes prximas

a 20N (COLLING, 1989). A APAN encontrada em todas as sees, exceto no

Drake, uma vez que formada em altas latitudes do AN, flui em direo ao AS, ganha

vorticidade e se incorpora CCA, recirculando nessa corrente (STRAMMA; EN-

GLAND, 1999).

A AFA encontrada apenas na seo AF-AA no sendo observada na passa-

gem do Drake. Esse comportamento pode estar relacionado, no Drake, essa regio

apresentar batimetria mais rasa. De acordo com GARLOZI; BARINGER (2007), a AFA

encontrada abaixo de 4000 metros e, por conta disso, entraria no AS pelo Drake

(COLLING, 1989). Entretanto, ela pde ser observada na AF-AA pois a AFA no AS

formada no mar de Weddel (SPEER; ZANK, 1993).

34

Para as sees 25S e 24N, no h temperaturas iguais ou menores que

0,3C, impossibilitando a identificao da AFA. Esse comportamento pode estar condi-

cionado, em parte, limitao do modelo em representar profundidades maiores que

cerca de 5500 metros, impedindo dessa forma, a representao de escoamentos mais

profundos que esse limite. Por outro lado, esse comportamento pode estar associado

mistura dessa massa dgua e ganho de temperatura, impedindo a identificao dela

de acordo com os ndices escolhidos.

Tabela VI: Identificao das massas dgua representadas em cada seo com base

no experimento controle.

Seo monitorada Massa(s) dgua encontrada(s)

AIA APAN AFA

MG X

ML X

50N X

24N X

25S X X

Drake X

AF-AA X X X

5.6. ESTIMATIVAS DOS PARMETROS ANALISADOS

Os transportes advectivos de calor (TC) e volume (TV) foram estimados em

sees zonais e meridionais anteriormente definidas. Esses parmetros foram obtidos

aplicando-se as Equaes 1 e 2. Para as sees zonais (meridionais), transportes com

valores positivos indicam fluxo para norte (leste) e transportes com valores negativos

indicam fluxo para sul (oeste).

Equao 1

Equao 2

35

Onde:

TC Transporte de Calor

TV - Transporte de volume

v - Representa a componente da velocidade normal seo

L Limite da dimenso lateral

-h(z) Limite da dimenso vertical

z - Dimenso vertical

x - Dimenso lateral

- Densidade da gua do mar

- Temperatura potencial

cp - Calor especfico da gua do mar.

As anomalias referentes s propriedades avaliadas anteriormente tambm fo-

ram estimadas partir da diferena entre os experimentos anmalo e controle (Equa-

o 3). Para fluxos positivos (negativos), anomalias positivas indicam intensificao

(desintensificao) e anomalias negativas indicam desintensificao (intensificao).

Equao 3

Onde a propriedade considerada.

6. RESULTADOS E DISCUSSES

Nesse captulo so apresentados os resultados e anlises dos experimentos

realizados. O item 6.1 expe uma breve discusso a respeito do clima ocenico obtido

pelo modelo atravs do experimento controle. Aps essa descrio, os resultados do

experimento anmalo e suas anlises comparativas em relao ao experimento con-

trole so apresentados no item 6.2.

6.1. EXPERIMENTO CONTROLE

O experimento controle atingiu satisfatoriamente os objetivos propostos, apre-

sentando, nos primeiros anos de integrao, um ciclo sazonal bem definido e um clima

ocenico que representa os principais fenmenos de grande e mdia escala. Apesar

disso, optou-se por integrar o modelo por 30 anos para minimizar quaisquer efeitos de

36

menor escala ou frequncia. A Figura 16 representa a srie temporal da energia cin-

tica integrada no sistema ocenico para todo o perodo de integrao. Como dito ante-

riormente, observa-se que o experimento controle apresenta um ciclo sazonal bem

definido j nos primeiros anos de integrao, o qual relaciona-se com a variao sazo-

nal dos forantes nas condies de contorno. Apesar disso, observa-se claramente um

aumento da energia cintica ao longo dos anos de integrao, o que pode ser confir-

mado pela linha de tendncia total. Entretanto, a partir da taxa de crescimento anual,

observa-se uma mudana de comportamento da curva aps o 25 ano de integrao.

De fato, observa-se na Figura 17,

variaÇÃo da extensÃo do gelo marinho e seu …numa.lamce.coppe.ufrj.br/data/formacao/msc livia...

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