Fundamentos de Oceanogra a F sica - turmadafisica.net · Oceanogra a F sicaO Oceano como um uido geof sicoElementos de An alise de EscalaSistema Corrente do BrasilRefer^encias Bibliogr

Oceanografia Fısica O Oceano como um fluido geofısico Elementos de Analise de Escala Sistema Corrente do Brasil Referencias Bibliograficas Referencias Bibliograficas Referencias Bibliograficas

Fundamentos de Oceanografia Fısica

Sueli Susana de Godoi - [email protected]

Laboratorio de Dinamica OceanicaDepartamento de Oceanografia Fısica, Quımica e Geologica

Instituto OceanograficoUniversidade de Sao Paulo

Fevereiro/2010

Sueli Susana de Godoi - [email protected] Fundamentos de Oceanografia Fısica 1


Oceanografia Fısica Descritiva x Oceanografia Dinamica

• Diagrama Esquematico: ar/mar/fundo oceanico

(Miranda, 1998)




• Radiacao Solar

(Dera, 1992)



Oceanografia Fısica Descritiva x Oceanografia DinamicaPropriedades Fısico-Quımicas da Agua do Mar

• Temperatura da Superfıcie do Mar

(The Open University, 1993)Sueli Susana de Godoi - [email protected] Fundamentos de Oceanografia Fısica 4



• Salinidade da Superfıcie do Mar

(The Open University, 1993)




• Secao Vertical de Temperatura





• Secao Vertical de Temperatura ”in situ” ePotencial





• Secao Vertical de Salinidade





• Distribuicao Horizontal: Massa de Agua Central





• Distribuicao Horizontal:Massa de Agua Intermediaria





• Distribuicao Horizontal:Massas de Agua Profunda e de Fundo




Oceanografia Fısica Descritiva x Oceanografia DinamicaOs Movimentos do Oceano/Nocoes sobre CirculacaoMedia do Oceano

• Sistema de Correntes de Superfıcie




• Sistema de Correntes de Superfıcie





• Circulacao Thermohalina





• Circulacao Thermohalina





• Diagramas de Estado T-S





• Diagramas de Estado T-S




O Oceano como um fluido geofısico

O presente topico e baseado em Silveira (2000).

• Solidos e FluidosDefinicao

Um elemento solido, quando submetido a uma forca externa,tem um formato preferencial que tende a retornar quando daremocao das forcas atuantes.

Um elemento fluido nao possui nenhum formato preferencial eira se deformar continuamente ante a aplicacao de uma forcaexterna.



O Oceano como um Fluido Geofısico

Solidos e Fluidos

(Kundu, 1990)




• Geofısica pode ser definida como a ciencia queestuda a fısica das esferas que compoem o planetaTerra:

atmosferahidrosferalitosfera




• Como caracterizar o oceano como um fluidogeofısico?

raso,estratificado e emrotacao




• Geometria: razao de aspecto

Em uma banheira:Hb = profundidade da banheiraLb = largura ou comprimento da banheira• Hb

Lb= 0,5m

1,5m = 0,33Razao de aspecto = 1:3No oceano:Ho = profundidade media do oceanoLo = dimensao horizontal do oceano• Ho

Lo= 3×103m

3×106m= 1× 10−3

Razao de aspecto = 1:1000




• Consideracoes:

Supondo Lo igual a Lb, entao Ho= 1,5 mm !O modelo para o oceano seria uma folha depapel e nao uma banheira!A razao de aspecto entre:• Ho

a = 3×103m6×106m

= 0, 5× 10−3

onde, a - raio da TerraE outra razao importante!




• Estratificacao: estrutura de densidade (ρ)Em uma banheira: a agua tem uma umaestrutura de densidade homogenea

• Perfil Vertical deDensidade:agua pura




No oceano: a agua e mais densa em maiores profundidades

• Perfil Vertical de Densidade Convencional:agua do mar





• Rotacao:

A rotacao da Terra em torno de seu eixo conduzao chamado efeito de CoriolisNo hemisferio Norte, objetos em movimentotendem a ser defletidos para a direita da direcaode sua trajetoria.No hemisferio Sul, objetos em movimentotendem a ser defletidos para a esquerda dadirecao de sua trajetoria.O efeito e mais acentuado nos polos, e decaipara zero em direcao ao equador




Visualizacao: imagine um projetil disparado do Polo Norte emdirecao a New York:

Visto do Espaco

Se o observador encontra-se fixo a esfera em rotacao, oprojetil parecera ter “guinado” em direcao a oeste.



Elementos de Analise de Escala

Mas, a banheira “gira”?

• Dimensoes Fısicas e Unidades

As leis fundamentais que governam osmovimentos nos oceanos satisfazem ao princıpioda homogeneidade dimensional.Todos os termos em equacoes que expressam asleis fısicas tem a mesma dimensao.




Tais dimensoes podem ser expressas em termos multiplos erazoes de quatro propriedades dimensionalmenteindependentes.

1 Comprimento - [L]metro, m

2 Massa - [M]quilograma, kg

3 Tempo - [T]segundos, s

4 Temperatura [K], graus Kelvin, K ou Celsius, oC




A analise de escalas permite a estimativa de cada termo quecompoe as equacoes hidrodinamicas, que sao equacoesdiferenciais parciais sem solucoes gerais conhecidas.

Como no oceano e mais “facil” estimar uma escala develocidade do que a de tempo, as escalas chaves saogeralmente L, U, M e K.

A escala de tempo pode ser medida ou estimada a partir dadefinicao de velocidade:

• U = LT =⇒ T = L

U

Outras tres escalas importantes sao:

• Escala da profundidade do movimento [H]

• Escala da densidade media [ρo ]

• Escala de variacao de densidade [∆ρ]




As escalas de tempo dos movimentos do oceano podem variarde fracoes de segundos a decadas.





As escalas de tempo dos movimentos do oceano podem variarde fracoes de segundos a decadas: esquema de um espectrode energia da variabilidade oceanica.

(Le Blond & Mysak, 1978)




Mas como a rotacao e a estratificacao podem ter suaimportancia avaliada nos movimentos oceanicos citados?

• A taxa de rotacao da Terra ou velocidadeangular (Ω) e dada por:

Ω = (2 π) / Tempo de 1 revolucao2π24h = 7,29 × 10−5s−1




• A Importancia da Rotacao

Se os movimentos do fluido evoluem em escalade tempo comparaveis ou mais longas que operıodo de rotacao da Terra, podemos afirmarque o fluido ira sentir o efeito da rotacao. Logo,a razaoεt =(Tempo de 1 revolucao)/ (Escala de tempo domovimento)

εt = Ω−1

T = (ΩT )−1




Se εt e menor ou igual a O(1), os efeitos da rotacao da Terratem de ser considerados.

Usando a escala estimada pela velocidade,

ε =(Tempo de 1 revolucao)/ (Tempo que a partıcula necessitapara cobrir uma distancia L tendo velocidade U)

εt e denominado ”numero de Rossby local”

ε e denominado ”numero de Rossby advectivo”




• A Importancia da Estratificacao

O oceano tipicamente consiste de camadas defluido de diferentes densidades, que sob a acaoda gravidade tendem a se arranjar em pilhasverticais correspondentes a um estado de energiapotencial mınima.O movimento dos fluidos tendem a perturbaresse estado de equilıbrio soerguendo fluido maisdenso e afundando fluido mais leve.Por conservacao de energia, aumento de energiapotencial tem de ocorrer as custas dedecrescimos de energia cinetica.Logo, a importancia da estratificacao deve seravaliada comparando a energia cinetica epotencial





S =(Energia cinetica disponıvel / unidade devolume)/ (Variacao de energia potencial /unidade de volume)

S = 1/2ρoU2

∆ρgH





SeS ≈ 1 =⇒ Tıpico acrescimo de EP, consomesignificante EKS 1 =⇒ Existe insuficiente EK paraperturbar a estratificacao e limita a capacidadedo fluido se mover verticalmenteS 1 =⇒ Mudancas em EP ocorrem a custade pouca EK, logo a estratificacao nao eimportante.Ou seja, S 6 O(1) =⇒ Efeitos da estratificacaodevem ser considerados.



O Sistema da Corrente do Brasil

Imagem da TSM x Mapa de Funcao de Corrente Geostrofica

em 2 dbar - inverno 1993 (Godoi, 2005)

L

H

H

L



O Sistema Corrente do Brasil

Estrutura Vertical : Circulacao e Massas de Agua (Soutelino, 2008)

-50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 -36 -34 -32 -30 -28-30

-25

-20

-15

-10

-3000

-2000

-1000

0

CSESNB

CNB

CB

CCI

CB

CCP

AT

ACAS

AIA

APAN

Rio de Janeiro

Salvador

Vitoria

Recife



Sistema Corrente do BrasilRegiao Central do Embaiamento de Sao Paulo

Projeto COROAS: Sub-projeto Hidrografia de Meso-escala - HM

Rede hidrografica - Cruzeiros oceanograficos HM1 e HM2 (Godoi, 2005)

-6000 -3000 -1000 0 500 1000 5000

m

Santos

Cabo Frio

Rio de Janeiro

Iguape

Santa Marta

Cabo deHM2

HM1

12

34

56

7

-50˚

-50˚

-49˚

-49˚

-48˚

-48˚

-47˚

-47˚

-46˚

-46˚

-45˚

-45˚

-44˚

-44˚

-43˚

-43˚

-42˚

-42˚

-41˚

-41˚

-29˚ -29˚

-28˚ -28˚

-27˚ -27˚

-26˚ -26˚

-25˚ -25˚

-24˚ -24˚

-23˚ -23˚

-22˚ -22˚

HM1 -20/01-03/02/1993

verao1993

HM2 -17/07-29/07/1993

inverno 1993

Estacoes:

HM1 = 104HM2 = 97∆x = 5 - 10 mn



Sistema Corrente do BrasilEstrutura Vertical de Velocidade

Velocidade Baroclınica Modelada - POMxσ xVelocidade Geostrofica - Metodo Dinamico -

inverno 1993 (Godoi, 2005)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180−1200

−1000

−800

−600

−400

−200

0

Distancia da isobata de 100 m [km]

Pre

ssao

[dba

r]

Velocidade Baroclinica [m s−1] − POMxσ − R7 − HM2

0

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

−0.1

−0.2

−0.3

−0.4

−0.5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180−1200

−1000

−800

−600

−400

−200

0

Distancia da isobata de 100 m [km]

Pre

ssao

[dba

r]

Velocidade Geostrofica [m s−1] − R7 − HM2

0

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

−0.1

−0.2

−0.3

−0.4

−0.5



Referencias Bibliograficas

Dera, J., 1992: Marine Physics. Elsevier Oceanography Series, 507p.

Godoi, S.S. de, 2005: Dinamica Quase-Geostrofica do SistemaCorrente do Brasil no Embaiamento de Sao Paulo (23,5o - 27o S).Tese de Doutorado. Instituto Oceanografico. Universidade de SaoPaulo. 113 p.Disponıvel em:http : //lado.io.usp.br/pt/teses/indexteses.php

Kundu, P.K., 1990: Fluid Mechanics. Academic Press, Inc., 638 p.

Le Blond, P. H. and Mysak, L. A., 1978 : Waves in the Ocean.Elsevier Scientific Publishing, Amsterdan, 602 p.



Miranda, L.B. de, 1998: Analise de Massas de Agua. InstitutoOceanografico. Universidade de Sao Paulo. Sao Paulo, 200 p.

Pickard, G. L. & Emery, W. J., 1990: Descriptive PhysicalOceanography. An Introduction. 5a Edition. Pergamon Press. 320p.

The Open University, 1995: Ocean Circulation. Pergamon Press,238 p.

The Open University, 1993: Seawater: its composition, propertiesand behaviour. Pergamon Press, 238 p.

The Open University, 1989: Waves, Tides and Shallow – WaterProcess. Pergamon Press, 187 p.



Silveira, I.C.A.da, 2000: Notas de aulas da disciplina IOF1222 -Oceanografia Dinamica II, do Curso de Bacharelado emOceanografia. Instituto Oceanografico. Universidade de Sao Paulo.Disponıvel em:http : //lado.io.usp.br/pt/disciplinas/

Soutelino, R. G., 2008: A origem da Corrente do Brasil.Dissertacao de Mestrado. Instituto Oceanografico. Universidade deSao Paulo, Sao Paulo, 101 p.Disponıvel em:http : //lado.io.usp.br/pt/teses/indexd iss.php



MUITO OBRIGADA!! BONS VENTOS ...


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