VORTICES DAS AGULHAS COLIDEM COM A CORRENTE DO …objdig.ufrj.br/60/teses/coppe_d/LuizAlexandreDeAraujoGuerra.pdf · Luiz Alexandre de Araujo Guerra Tese de Doutorado apresentada

VORTICES DAS AGULHAS COLIDEM COM A CORRENTE DO BRASIL?

Luiz Alexandre de Araujo Guerra

Tese de Doutorado apresentada ao Programa

de Pos-graduacao em Engenharia Oceanica,

COPPE, da Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos necessarios

a obtencao do tıtulo de Doutor em Engenharia

Oceanica.

Orientador: Afonso de Moraes Paiva

Rio de Janeiro

Dezembro de 2011



TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ

COIMBRA DE POS-GRADUACAO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)

DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSARIOS PARA A OBTENCAO DO GRAU DE DOUTOR

EM CIENCIAS EM ENGENHARIA OCEANICA.

Examinada por:

Prof. Afonso de Moraes Paiva, Ph.D.

Prof. Carlos Eduardo Parente Ribeiro, D.Sc.

Prof. Marcio Luiz Vianna, Ph.D.

Prof. Paulo Simionatto Polito, Ph.D.

Prof. Susana Beatriz Vinzon, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

DEZEMBRO DE 2011

Guerra, Luiz Alexandre de Araujo

Vortices das Agulhas colidem com a Corrente do

Brasil?/Luiz Alexandre de Araujo Guerra. – Rio de

Janeiro: UFRJ/COPPE, 2011.

XV, 73 p.: il.; 29, 7cm.


Tese (doutorado) – UFRJ/COPPE/Programa de

Engenharia Oceanica, 2011.

Referencias Bibliograficas: p. 63 – 73.

1. Vortices das Agulhas. 2. Corrente do Brasil.

3. Oceano Atlantico Sul. I. Paiva, Afonso de Moraes.

II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE,

Programa de Engenharia Oceanica. III. Tıtulo.

iii

Aos meus filhos Pedro e Felipe.

iv

Agradecimentos

Agradeco a minha esposa Lilian por seu amor e apoio incondicionais. Sem sua ajuda,

nada disto teria sido possıvel. Agradeco tambem aos meus filhos Pedro e Felipe pela

paciencia e compreensao pelas tantas horas que tive de me ausentar. Cumprirei

com o prometido de brincar muito com voces. Agradeco a minha Mae Jeannette

Helena e minha Avo Maria Conceicao (in memoriam) pelo amor, pelo incentivo,

pelos ensinamentos, e por me fazerem crer que eu podia ir alem.

Agradeco ao meu orientador pelos valiosos ensinamentos e por ter acreditado no

meu potencial. Aos demais professores do Programa de Engenharia Oceanica pelas

excelentes aulas. Aos dedicados funcionarios, em especial a Sra. Marise Cardoso,

anjo da guarda dos alunos aflitos. Aos colegas do Grupo de Estudo de Processos

Oceanicos, pelas valiosas discussoes, crıticas construtivas e pela otima convivencia.

Agradeco especialmente a Guilherme N. Mill, Natalia D’Avila Lima, Soyla Olenka

C. de Morais e Vladimir S. da Costa pela ajuda na caca aos vortices.

Meu perıodo de estudos foi financiado pela Petrobras S.A. Agradeco pela con-

fianca depositada pelos gerentes, em especial ao Alvaro Maia pela indicacao do meu

nome. Aos meus colegas da Equipe de Oceanografia da Gerencia de Tecnologia

em Engenharia Oceanica, do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento (CENPES). O

apoio de voces todos foi fundamental para que eu conseguisse cumprir esta missao.

Os dados de correntes da linha de fundeio foram fornecidos pela Shell, Petrobras

e Chevron.

Os dados altimetricos foram produzidos por SSALTO/DUACS (Segment Sol mul-

timissions d’Altimetrie, d’Orbitographie et de localisation precise/Data Unification

and Altimeter Combination System) e distribuıdos por AVISO (Archiving, Vali-

dation and Interpretation of Satellite Oceanographic data) com suporte da CNES

(Centre National d’Etudes Spatiales).

Os dados de derivadores de superfıcie GDP (Global Drifter Program) fo-

ram fornecidos por Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (AOML,

http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac).

Os dados Argo foram coletados e disponibilizados abertamente pelo International

Argo Project (um programa piloto do Global Ocean Observing System) e programas

nacionais contribuintes (http://www.argo.net; http://www.argo.jcommps.org).

v

As imagens de temperatura da superfıcie do mar do satelite GOES 11-12 foram

obtidas no Physical Oceanography Distributed Active Archive Center (PO.DAAC)

do NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA (http://podaac.jpl.nasa.gov).

Os resultados de modelo foram produzidos pelo HYCOM Consortium

(http://www.hycom.org).

Todas as analises e preparacao do texto foram realizados com o uso de Soft-

ware Livre. Meu agradecimento e reconhecimento aos criadores e mantenedores

do sistema operacional GNU/Linux, do programa Ferret (National Oceanic and

Atmospheric Administration/Pacific Marine Environmental Laboratory), da lingua-

gem de programacao Python, das bibliotecas Matplotlib, Numpy, Pupynere, Pydap,

Seawater, o sistema de processamento de texto TEX/LATEXe o pacote CoppeTeX.

vi

Resumo da Tese apresentada a COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessarios

para a obtencao do grau de Doutor em Ciencias (D.Sc.)



Dezembro/2011


Programa: Engenharia Oceanica

A emissao de vortices das Agulhas e um importante processo na conexao entre

os oceanos Indico e Atlantico. Eles transportam aguas quentes e salinas que alimen-

tam o ramo superficial da Celula de Revolvimento Meridional. Estudos anteriores

sugerem que a maioria desses vortices decai e difunde seus nucleos no interior do

giro subtropical, enquanto alguns supoe-se que cruzem inteiramente a largura do

Atlantico Sul e atinjam a Corrente do Brasil. Neste estudo rastreamos 90 vortices

das Agulhas entre 1992 e 2010 utilizando dados combinados de altimetria multi-

satelital. Um deles cruzou o Atlantico Sul ate a borda oeste, em uma jornada de

mais de 5500 km, por cerca de 3,5 anos, capturou derivadores de superfıcie, foi

amostrado por perfiladores Argo e passou por uma linha de fundeio instrumentada

com correntografos instalada 150 km ao sul do Cabo Frio. Este vortice interagiu

com a Corrente do Brasil e com ciclones locais produzindo um jato de 1,2 m/s, tres

vezes a velocidade media local. Esta e a primeira evidencia direta da chegada de um

vortice das Agulhas a borda oeste do Atlantico Sul. Outros dois vortices da Agulhas

foram amostrados por perfiladores Argo e sondas XBT. Em um deles e revelada a

presenca de duas aguas modais que se preservaram ao longo de 1 ano de amostra-

gem contınua. No outro vortice, secoes de temperatura, obtidas em tres cruzeiros no

intervalo de 1 ano, mostram o nucleo com uma estrutura lenticular preenchida com

agua modal. Este ultimo e tambem amostrado por perfiladores Argo que mostram a

persistencia da agua modal ate a costa brasileira. A despeito de seu decaimento, os

vortices das Agulhas foram capazes de transportar aguas modais por mais de 4000

km ate a Bacia do Brasil. Nossas analises dos dados altimetricos sugerem que ao

menos mais tres vortices podem ter atingido a Corrente do Brasil.

vii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)

DO AGULHAS RINGS COLLIDE WITH THE BRAZIL CURRENT?


December/2011

Advisor: Afonso de Moraes Paiva

Department: Ocean Engineering

The shedding of Agulhas rings is an important process in the connection between

the Indian and Atlantic oceans. They transport warm, salty waters that feed the

surface limb of the Meridional Overturning Circulation. Earlier studies suggest that

most of these rings decays and diffuses their cores within the Subtropical Gyre,

while some are supposed to cross the entire width of the South Atlantic and reach

the Brazil Current. In this study we tracked 90 Agulhas rings between 1992 and 2010

using merged satellite altimetry data. One ring crossed the South Atlantic to the

western boundary, on a journey of over 5500 km, for about 3.5 years, captured surface

drifters, was sampled by Argo profilers and underwent an instrumented mooring line

with corrent meters deployed 150 km south of Cabo Frio. This ring interacted with

the Brazil Current and local cyclones producing a jet of 1.2 m/s, three times the

local average velocity. This is the first direct evidence for the arrival of an Agulhas

ring to the western boundary of the South Atlantic. Other two Agulhas rings were

sampled by Argo profilers and XBT probes. In one of them is revealed the presence

of two mode waters that have been preserved over 1 year of continuous sampling.

On the other ring, sections of temperature, obtained on three cruises in the range of

1 year, show the lenticular core with a structure filled with mode water. The latter

is also sampled by Argo profilers that show the persistence of mode water towards

the Brazilian coast. Despite their decay, the Agulhas rings were able to transport

mode waters for over 4000 km to the Brazil Basin. Our analysis of altimetric data

suggest that at least three more rings may have reached the Brazil Current.

viii

Sumario

Lista de Figuras xi

Lista de Tabelas xv

1 Introducao 1

1.1 Preambulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Retroflexao das Agulhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Caracterısticas dos Vortices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 Translacao e Duracao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5 Interacao com o Relevo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.6 A Corrente do Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.7 Avanco do conhecimento - Influencia no clima . . . . . . . . . . . . . 8

1.8 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Colisao de um vortice das Agulhas com a Corrente do Brasil 12

2.1 Resumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Dados e Metodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.1 Seguindo Vortices das Agulhas . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.2 Derivadores de Superfıcie e Perfiladores Argo . . . . . . . . . . 18

2.3.3 Dados de Corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3.4 Modelo Numerico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.4 Resultados e Discussao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.5 Sumario e Conclusoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3 Transporte de aguas modais por vortices das Agulhas 31

3.1 Resumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3.1 Rastreio de vortices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3.2 Amostragem dos vortices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.3.3 Propriedades dos Vortices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

ix

3.4 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.4.1 Vortice Ana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.4.2 Vortice Eliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.5 Discussao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.5.1 Origem das aguas modais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.5.2 Decaimento dos vortices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.5.3 Transporte de aguas modais por longas distancias . . . . . . . 52

3.6 Conclusoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4 Conclusoes 58

4.1 Consideracoes finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Referencias Bibliograficas 63

x

Lista de Figuras

1.1 Imagem POES da temperatura da superfıcie do mar, em 10-Mar-

2007 13:00 UTC, mostrando ocorrencias de vortices na costa sudeste

brasileira. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1 Contornos de Okubo-Weiss de −0.2σW , onde σW e o desvio padrao

do parametro OW, superposto nos campos de AAS (em metros) e

velocidade geostrofica. O Vortice Lilian e precisamente identificado

pelo criterio W como a AAS positiva localizada em aproximadamente

26◦S e 36◦W. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2 Acompanhamento de vortice e propriedades. (a) Caminhos dos

vortices das Agulhas ao longo do Atlantico Sul de 1992 a 2009 base-

ados nos dados altimetricos. Cırculos vermelhos mostram o caminho

do Vortice Lilian desde sua origem ate sua passagem pelo local do

fundeio (triangulo amarelo), localizado no eixo da Corrente do Bra-

sil. (b) Caminho do Vortice Lilian e derivadores de superfıcie GDP

capturados por ele. (c) Valores de AAS de todos os vortices das

Agulhas seguidos (pontos azuis) em funcao da longitude, com a curva

media em verde, barras verticais indicando um desvio padrao e a AAS

do Vortice Lilian destacada em vermelho. Os quadros inseridos na

figura mostram os perfis de temperatura e salinidade (vermelho para

dado do perfilador Argo e azul para climatologia) na longitude 13◦W

(posicao indicada pela seta azul). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3 Trajetoria do Vortice Lilian pelo Atlantico evidenciado pela AAS (em

metros) e contornos do parametro Okubo-Weiss (−0.2σW ). O vortice

pode ser acompanhado inequivocamente desde sua origem na retro-

flexao ate atingir a Corrente do Brasil. . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

xi

2.4 Vortice Lilian se aproximando da Corrente do Brasil e interagindo

com dois ciclones, como visto nos mapas de AAS da altimetria por

satelite. As setas mostram a anomalia da velocidade geostrofica na

superfıcie. O triangulo amarelo marca a posicao da linha de fundeio.

Lilian e a anomalia positiva (vermelha) localizada em 38◦W e 25,5◦S

no painel superior da esquerda, que se move na direcao noroeste para

o local do fundeio ate 12-Jul, e entao para sudoeste ensanduichado

entre os dois ciclones, ou anomalias negativas (azuis) . . . . . . . . . 25

2.5 Velocidades registradas na linha de fundeio. (a) Perfis verticais

medios da Corrente do Brasil - azul para zonal e vermelho para velo-

cidades meridionais. (b) Serie temporal da intensidade e direcao da

velocidade na superfıcie. (c) Anomalia de velocidade zonal - u′ e (d)

meridional - v′ - tons azuis indicam anomalias negativas (para sul) e

tons vermelhos, anomalias positivas (para norte). . . . . . . . . . . . 26

2.6 Serie temporal da anomalia da velocidade meridional v′ (em m/s)

registrada da superfıcie ate o fundo, mostrando a inversao do escoa-

mento durante a passagem do Vortice Lilian. . . . . . . . . . . . . . . 28

2.7 Vortice Lilian representado pela simulacao numerica. (a) Imagem de

temperatura da superfıcie do mar do satelite GOES 11-12 de 24-Jul-

2006 sobreposta pela corrente total superficial resultante da rodada do

modelo HYCOM. A Corrente do Brasil e evidenciada pelo jato quente

(tons de vermelho) para sudoeste, que termina em uma estrutura

com forma de cogumelo que corresponde ao ciclone mais setentrional

a direita, e ao Vortice Lilian a esquerda do jato. (b) Velocidades

normais a secao marcada pela linha tracejada no painel da esquerda

- tons azuis sao velocidades absolutas negativas (para sul) e tons

vermelhos sao positivas (para norte). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Profundidade media da termoclina, em metros, representada pela iso-

terma de 10◦C, baseada nos dados da climatologia anual do World

Ocean Atlas 2009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.2 Campo medio da gravidade reduzida calculado com as medias clima-

tologicas anuais de temperatura e salinidade do World Ocean Atlas

2009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.3 Trajetorias do vortice Ana e dos perfiladores Argo. As estrelas mar-

cam as posicoes onde os perfiladores amostraram dentro do vortice. . 38

xii

3.4 As secoes de temperatura e salinidade construıdas a partir dos dados

medidos pelo perfilador Argo 1900487 permitem a visualizacao das

espessas termostatas, e respectivas halostatas, que indicam as aguas

modais entre as isotermas 16–17◦C e 12–13◦C. As linhas verticais

tracejadas indicam o perıodo em que o perfilador Argo foi capturado

pelo Vortice Ana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.5 Profundidade da termoclina representada pela isoterma de 10◦C ao

longo do caminho do Vortice Ana. A linha azul marca a profundi-

dade da termoclina no centro do vortice calculada com o modelo de

duas camadas. A linha vermelha mostra a profundidade media anual

da termoclina. Os pontos coloridos representam a profundidade da

isoterma de 10◦C medida pelos perfiladores Argo no interior do vortice. 41

3.6 Caminho do Vortice Eliza ate a costa brasileira. Painel superior:

Os cırculos brancos denotam a posicao do centro do Vortice Eliza nos

mapas semanais de altimetria entre 19/09/2007 e 03/11/2010. Os

cırculos vermelhos indicam as posicoes do vortice quando foi amos-

trado em tres diferentes cruzeiros da linha AX18, respectivamente, em

fevereiro e julho de 2009 e janeiro de 2010. Os pontos azuis mostram

os lancamentos de XBT realizados nos cruzeiros da linha AX18. Pai-

nel inferior: Mapas de AAS na data em que o vortice foi amostrado

com perfiladores XBT, cujas posicoes de lancamento sao indicadas

pelos pontos pretos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.7 Secao de temperatura do Vortice Eliza em 31 de janeiro de 2010.

A secao mostra a estrutura lenticular da agua modal entre 16–17◦C

no interior do vortice. A linha vermelha marca a profundidade da

isoterma de 10◦C na climatologia anual do World Ocean Atlas 2009. . 43

3.8 Secao de salinidade do Vortice Eliza em 31 de janeiro de 2010. A

secao mostra a estrutura lenticular da agua modal entre 35,6–35,7◦C

no interior do vortice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.9 Secao de velocidade geostrofica do Vortice Eliza em 31 de janeiro de

2010. As isolinhas de velocidade estao em metros por segundo. . . . . 45

3.10 Temperatura da superfıcie do mar na trajetoria do vortice Ana. As

curvas se referem aos valores da climatologia sazonal WOA09. Apenas

no verao austral nao se observa temperaturas menores ou iguais a 17◦

na Bacia do Cabo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.11 Temperatura media da superfıcie do mar, em graus Celsius, para

a Bacia do Cabo. Os valores se referem a climatologia sazonal de

inverno do WOA09. A isoterma de 17◦C esta assinalada em azul. . . 51

xiii

3.12 Curvas de decaimento dos Vortices Ana e Eliza. Ao fundo ve-se a

curva media de decaimento dos 90 vortices das Agulhas seguidos e as

barras verticais de 1 desvio padrao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.13 Trajetoria do Vortice Eliza entre a secao XBT de 31/01/2010 e a

costa brasileira. Os triangulos marcam as posicoes dos perfis Argo

que amostraram a agua modal de 17◦C no vortice. . . . . . . . . . . . 55

3.14 Perfis de temperatura medidos pelas boias Argo no interior do Vortice

Eliza ate a costa brasileira. Os perfis na cor azul apresentam um

deslocamento na temperatura e foram coletados pelo Argo 3900486.

Os demais sao plotado na cor amarela. O perfil na cor vermelha e

o perfil mais ao norte, coletado pelo Argo 3900486 em 23/11/2010,

e ajustado linearmente para a temperatura da termostata. A linha

tracejada vertical marca a temperatura da termostata em 16, 5◦C. . . 56

xiv

Lista de Tabelas

2.1 Derivadores de superfıcie capturados pelo Vortice Lilian ao longo de

sua trajetoria pelo Oceano Atlantico Sul. . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.1 Parametros utilizados no modelo de duas camadas com gravidade re-

duzida. Os valores de g′ e h1 sao obtidos da climatologia WOA09. Do

mapa altimetrico correspondente ao dia da perfilagem pelas sondas

XBT e extraıdo o valor de η′. A profundidade h1 no centro do vortice

e calculada a partir do modelo. E o valor de h0 equivale a profun-

didade maxima da termoclina no vortice em relacao a profundidade

climatologica h1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.2 Raios do Vortice Eliza (em quilometros) de acordo com os criterios

de definicao adotados. Os subscritos referem-se aos criterios: 1) o

raio do anel de maxima velocidade; 2) o raio da isolinha fechada de

AAS; 3) o raio obtido com o ajuste da curva gaussiana; e 4) o raio da

camada de agua modal de 17◦C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.3 Valores de volume (1012 m3) e energia potencial disponıvel (1015 J)

calculados para o Vortice Eliza para as tres amostragens utilizando-se

as diferentes definicoes do raio, conforme o subscrito. Os subscritos

referem-se aos criterios: 1) o raio do anel de maxima velocidade; 2)

o raio da isolinha fechada de AAS; 3) o raio obtido com o ajuste da

curva gaussiana; e 4) o raio da camada de agua modal de 17◦C. . . . 47

3.4 Parametros de vortices da Confluencia Brasil-Malvinas e das Agulhas.

Foram utilizados com limites dos vortices a isoterma de 10◦C e o anel

de maxima velocidade. No final da tabela sao apresentados os valores

do Vortice Eliza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

xv

Capıtulo 1

Introducao

1.1 Preambulo

O processo de meandramento e formacao de vortices da Corrente do Brasil tem sido

estudado ate a presente data considerando-se apenas fatores intrınsecos ao proprio

escoamento e a bacia por onde flui. Considerar a contribuicao da chegada de vortices

de origem longınqua a regiao da Corrente do Brasil significa acrescentar mais uma

fonte de energia e vorticidade ate entao ignorada.

A ideia de que vortices das Agulhas atingem o domınio da Corrente do Brasil

e, de alguma forma, interferem na circulacao da regiao tem sido especulada em

alguns artigos ja publicados. Entretanto, em nenhum deles encontram-se evidencias

diretas de que isto realmente aconteca. Estudos pioneiros que analisaram dados

altimetricos mono-missao mostraram vortices das Agulhas que se aproximavam do

litoral brasileiro e desapareciam a uma distancia de cerca de 1000 km. Somente com

o advento da altimetria multi-satelite, e que foram produzidos novos conjuntos de

dados com melhor resolucao espacial e temporal, e com correcoes mais acuradas.

Analises recentes baseadas nestes dados apresentam novas evidencias da chegada de

vortices e de sua interacao com a Corrente do Brasil. O presente estudo se baseia

nessas evidencias e visa investigar a influencia desse aporte de energia na dinamica

da Corrente do Brasil.

Vortices possuem a capacidade de transportar em seu nucleo massas de agua

que guardam caracterısticas da zona de formacao. Dados de diversos cruzeiros hi-

drograficos revelaram a presenca no interior de vortices das Agulhas de espessas

camadas isopicnais originarias da zona da Retroflexao das Agulhas. Esses volu-

mes transportados pelos vortices das Agulhas modificam a termoclina do Oceano

Atlantico Sul e parte tem como destino o Atlantico Norte, completando o balanco

da circulacao termohalina global.

No presente estudo destacamos as seguintes questoes:

1

1. Os vortices oceanicos formados na Retroflexao da Corrente das Agulhas cru-

zam o Atlantico Sul e chegam a costa brasileira? Com que frequencia? Existe

algum perıodo e regiao preferenciais?

2. Como os vortices se transformam ao longo do caminho ate chegarem a costa

do Brasil?

3. Ao chegarem a costa brasileira, de que forma eles interagem com a Corrente

do Brasil?

4. Por que alguns vortices chegam e os outros nao?

5. De que forma os vortices oriundos das Agulhas contribuem para o balanco de

energia cinetica e variabilidade do escoamento na regiao oeste do Atlantico

Sul?

6. Os vortices das Agulhas tem capacidade de transportar aguas de seu local de

origem ate a Bacia do Brasil?

Se confirmada a importancia dessa nova fonte de energia e vorticidade, deve-se

questionar, por exemplo, o emprego de modelos hidrodinamicos de area limitada no

estudo da atividade de mesoescala da Corrente do Brasil em termos realistas, em

detrimento do uso de grades que cubram todo o Oceano Atlantico Sul e de condicoes

de contorno que propiciem a correta simulacao da Retroflexao das Agulhas.

Outro ponto que merece destaque e o interesse economico gerado pela crescente

atividade de prospeccao e explotacao de hidrocarbonetos na costa brasileira. A ins-

talacao de estruturas, bem como a realizacao de operacoes rotineiras, sao por demais

impactadas pelas correntes oceanicas. Uma possıvel intensificacao da corrente, ou a

inversao do sentido do escoamento, relacionados ao crescimento de um meandro ou

vortice tem grande importancia nos cenarios de projeto. Desta forma, a chegada de

grandes vortices oceanicos de origem longınqua tambem pode impactar as atividades

humanas em curso na costa brasileira.

1.2 Retroflexao das Agulhas

A Corrente das Agulhas e a corrente de contorno oeste que fecha o giro subtropical do

Oceano Indico. Ela flui para sul ao longo da costa leste africana, contorna o extremo

sul do continente e se projeta no Atlantico entre as longitudes 16◦E e 20◦E, de onde

retroflete no sentido anti-horario, e retorna para o Oceano Indico (LUTJEHARMS

e VAN BALLEGOOYEN, 1988).

O giro anti-ciclonico com diametro medio de 341 ± 72 km (LUTJEHARMS,

1981), que marca o retorno da Corrente das Agulhas ao Oceano Indico, recebe o

2

nome de Retroflexao das Agulhas. Este e um dos sistemas mais energeticos do

oceano mundial, possuindo grande importancia na ligacao entre o Oceano Indico e

o Oceano Atlantico (DE RUIJTER et al., 1999; MATANO e BEIER, 2003).

De sua terminacao oeste, sao emitidos vortices quentes que derivam atraves do

Oceano Atlantico Sul inicialmente na direcao noroeste. Esses vortices transferem

energia e massas de agua com temperatura e salinidade caracterısticas do Oceano

Indico para o giro subtropical do Atlantico Sul. Embora da retroflexao sejam emiti-

dos vortices a cada dois meses em media (LUTJEHARMS, 1996), sua emissao nao e

contınua, nem periodica, e existem perıodos em que ela sequer ocorre (GONI et al.,

1997).

1.3 Caracterısticas dos Vortices

Frequentemente encontramos na literatura a designacao anel das Agulhas em re-

ferencia aos vortices anticiclonicos emitidos pela retroflexao. Segundo OLSON

(1991), o termo anel foi cunhado por Fuglister nos anos 1970 a partir da observacao

de vortices circundados por uma estreita faixa de aguas quentes da Corrente do

Golfo. Da mesma forma, vortices das Agulhas recem emitidos apresentam um anel

superficial com agua quente herdada da Corrente das Agulhas (CHAPMAN et al.,

1987; LUTJEHARMS e GORDON, 1987). No entanto, a intensa troca de calor

entre oceano e atmosfera e a mistura promovida pela tensao do vento na regiao des-

troem rapidamente a assinatura termica superficial dos vortices (MEY et al., 1990;

WALKER e MEY, 1988).

O diametro medio dos vortices das Agulhas junto a zona de formacao e de 307

km (LUTJEHARMS e VAN BALLEGOOYEN, 1988) e nao ha indicativo de que

haja variacao sazonal do seu tamanho (WITTER e GORDON, 1999). A regiao da

Retroflexao das Agulhas e uma zona bastante perturbada onde anomalias da altura

da superfıcie do mar de aproximadamente 1 m e correntes muito intensas sao fre-

quentes. Por exemplo, a primeira vez em que se empregou um perfilador de corrente

LADCP (do ingles lowered acoustic Doppler current profiler) em um levantamento

hidrografico de um vortice recem emitido foram registradas velocidades de 1 m/s

proximo a superfıcie, e uma estrutura que se estendia ate o fundo, com valores de

0,1 m/s a 4500 m de profundidade (VAN AKEN et al., 2003).

Os vortices das Agulhas estao entre os mais energeticos do oceano global. O fluxo

de energia devido a apenas um vortice das Agulhas equivale a 7% da contribuicao

anual do vento sobre toda a regiao da bacia coberta pelo giro subtropical do Atlantico

Sul (OLSON e EVANS, 1986).

3

1.4 Translacao e Duracao

O emprego de navios em longos monitoramentos desses vortices nao e viavel, uma

vez que se propagam por milhares de quilometros ao longo de mais de 3 anos.

Os primeiros estudos a utilizarem sensoriamento remoto na regiao da retroflexao

fizeram uso de imagens termais obtidas com sensores passivos (LUTJEHARMS,

1981). Entretanto, notou-se que a persistencia da cobertura de nuvens na regiao

da Retroflexao das Agulhas dificulta a obtencao de boas imagens (HARRIS et al.,

1978; LUTJEHARMS e VAN BALLEGOOYEN, 1988). Associado a isto, ainda

ha o problema da intensa perda de calor para a atmosfera que elimina o contraste

termal das feicoes com as aguas adjacentes (MEY et al., 1990; WALKER e MEY,

1988), fazendo com que so seja possıvel identifica-las, via temperatura da superfıcie

do mar, por um perıodo muito curto comparado a sua duracao.

Embora os vortices das Agulhas percam a assinatura termica superficial, mantem

uma assinatura na altura da superfıcie do mar. Eles podem usualmente ser identifi-

cados por valores positivos da anomalia da altura da superfıcie do mar, enquanto se

movem para oeste no Atlantico Sul (BYRNE et al., 1995; VAN BALLEGOOYEN

et al., 1994), tornando os dados altimetricos especialmente uteis para o estudo dessas

feicoes. Desde a liberacao dos dados do Geosat para uso da comunidade cientıfica, o

acompanhamento da formacao dos vortices e suas trajetorias ao longo do Atlantico

Sul ate a bacia oeste tornou-se possıvel (BYRNE et al., 1995; FU e ZLOTNICKI,

1989; GORDON e HAXBY, 1990).

Apos a analise de um ano de dados do Geosat, GORDON e HAXBY (1990)

estimaram em cinco o numero de vortices emitidos por ano pela retroflexao. O

estudo revelou que os vortices das Agulhas se afastam da zona de formacao no sentido

noroeste, e que apos cruzarem a Cadeia Walvis, continuam sua deriva para oeste

a uma velocidade de 5–8 cm/s, formando um corredor preferencial de translacao

dos vortices com uma largura meridional de 1000 km, na faixa de latitude 20–30◦S.

Dois vortices anticiclonicos identificados como oriundos da Retroflexao das Agulhas

foram acompanhados da Cadeia Meso-Atlantica ate 30◦W. Os autores sugeriram

que os vortices provavelmente se juntariam a Corrente do Brasil.

Utilizando quase tres anos de dados do mesmo satelite, incluindo o perıodo ana-

lisado por GORDON e HAXBY (1990), e dados de temperatura e salinidade de

varios cruzeiros hidrograficos, BYRNE et al. (1995) acompanharam um total de 20

vortices originarios da Corrente das Agulhas, estimaram sua contribuicao de energia

para o Atlantico Sul, estabeleceram uma curva de decaimento e estimaram o tempo

de residencia em 3–4 anos. De acordo com suas analises, os vortices mantem aproxi-

madamente 10% de sua anomalia da altura da superfıcie do mar inicial ao atingirem

a longitude 40◦W. O trem de vortices das Agulhas e parcialmente responsavel pelo

4

nıvel moderado da energia turbulenta (“eddy”) na metade norte da zona entre 25◦S

e 50◦S por toda a bacia (FU, 1996).

As velocidades de translacao observadas em vortices das Agulhas sao maiores

que as previstas para vortices baroclınicos auto-propulsados pelo efeito β (ver NOF

(1981)), o que sugere haver uma combinacao com a adveccao promovida pela cir-

culacao geral do Oceano Atlantico Sul (OLSON e EVANS, 1986). NOF (2008)

propoe um modelo para explicar o excesso de velocidade meridional observado em

vortices das Agulhas jovens, considerando a combinacao com a componente ba-

rotropica sugerida em estudos anteriores. O autor chama de “explosiva” a velocidade

meridional resultante deste efeito, justificando o adjetivo com os valores expressivos

de velocidade para NNW (10 km/d) e o fato do efeito possuir um decaimento rapido,

entre 50–100 dias. Proximos a Cadeia Walvis os vortices diminuem a velocidade,

mas ao ultrapassarem a barreira, assumem um rumo WNW e deslocam-se com velo-

cidade media de 3,8 km/d, sendo apenas metade deste valor devido a auto-propulsao,

e o restante a adveccao (BYRNE et al., 1995).

DE RUIJTER et al. (1999) estudaram a dinamica e o impacto das trocas entre o

Oceano Indico e o Oceano Atlantico. Alem de dados hidrograficos, utilizaram dados

altimetricos provenientes do satelite Topex/Poseidon, dotado de radares altımetros

mais precisos que os disponıveis ate entao. Embora tenham acompanhado diversos

vortices que cruzaram o Atlantico Sul ate o lado oeste, nao observaram a chegada

desses a Corrente do Brasil, uma vez que o sinal deles desaparecia quando ainda

estavam a varias centenas de quilometros do litoral brasileiro. Porem, sugerem que

os vortices interagem de alguma maneira com a Corrente do Brasil, provavelmente

fornecendo um subito pulso de transporte, que poderia se propagar para jusante

interferindo na Confluencia Brasil-Malvinas. Destacam a influencia dos vortices na

circulacao do Atlantico Sul e especulam uma influencia na estratificacao global e na

circulacao termohalina.

1.5 Interacao com o Relevo

Dois dos vortices acompanhados por GORDON e HAXBY (1990) tem suas veloci-

dades reduzidas e trajetorias defletidas quando alcancam a isobata de 4000 m no

flanco leste da Cadeia Walvis. A resposta dos vortices ao relevo submarino indica

que tratam-se de vortices bastante profundos ou que o escoamento em que estao

embebidos sofre influencia do fundo acidentado. Um dos vortices e cortado por uma

secao CTD (Conductivity, Temperature, Depth) realizada pelo navio de pesquisa

Discovery entre abril e maio de 1987. Nos primeiros 1000 m nota-se uma deflexao

na termoclina e na haloclina associada a presenca do vortice. A isoterma de 10◦C

mergulha de 320 m ate 520 m, na regiao central do vortice, e esta deflexao carac-

5

terıstica das isolinhas pode ser percebida pelo menos ate os 4000 m de profundidade.

OLSON e EVANS (1986) calcularam as velocidades superficiais a partir de dados

hidrograficos e compararam com as velocidades estimadas a partir de derivadores de

superfıcie. As trajetorias dos vortices acompanhados sugerem que sofrem influencia

direta do relevo submarino ou indiretamente atraves da interacao entre a corrente

em que estao embebidos e a topografia do fundo.

BYRNE et al. (1995) mostraram uma secao meridional da Cadeia Walvis e a

distribuicao da passagem de vortices por latitude. A Figura 7, apresentada por

esses autores, sugere que os vortices cruzam a cadeia preferencialmente sobre os

vales.

1.6 A Corrente do Brasil

A Corrente do Brasil e a corrente de contorno oeste que se origina a partir da

bifurcacao do ramo sul da Corrente Sul Equatorial, ao sul de 10◦S (PETERSON e

STRAMMA, 1991; STRAMMA et al., 1990; STRAMMA, 1991; WIENDERS et al.,

2000), e flui junto a margem continental, estendendo-se ate aproximadamente 35◦S,

onde conflui com a Corrente das Malvinas e se separa da costa, fechando o Giro

Subtropical do Atlantico Sul (GONI e WAINER, 2001). Embora as correntes de

contorno oeste se caracterizem por seus fluxos intensos, estreitos e bem definidos,

a Corrente do Brasil apresenta velocidades e volumes de transporte modestos se

comparados a Corrente do Golfo, sua congenere no Atlantico Norte (DA SILVEIRA

et al., 2000; GARFIELD III, 1990).

Enquanto flui para sul, a Corrente do Brasil desenvolve meandros que eventual-

mente se fecham em vortices (SIGNORINI, 1978). Notadamente, ao largo de Vitoria,

do Cabo de Sao Tome, do Cabo Frio e ao longo da Bacia de Santos tem sido ob-

servados de forma recorrente (Figura 1.1). Esse autor sugere que o mecanismo para

a geracao dessas instabilidades pode estar relacionado as anomalias topograficas do

Banco de Abrolhos, e que outra possıvel causa para as instabilidades na Corrente do

Brasil possa ser a abrupta mudanca na direcao da plataforma continental proximo

a 23◦S.

Diversos estudos visaram elucidar o mecanismo pelo qual se da a intensa ativi-

dade de mesoescala associada ao escoamento da Corrente do Brasil. Foram propostos

modelos conceituais de conservacao de vorticidade potencial, passando por instabili-

dade barotropica ate chegar ao modelo atual de interacao entre a Corrente do Brasil

e a subjacente Corrente de Contorno Intermediaria, desenvolvendo condicoes para

ocorrencia de instabilidade baroclınica (CALADO, 2001; CAMPOS et al., 1995; DA

SILVEIRA et al., 2008; FERNANDES et al., 2009; MANO et al., 2009). Embora

apresentem abordagens diferentes, os estudos realizados ate o momento tem em co-

6

Figura 1.1: Imagem POES da temperatura da superfıcie do mar, em 10-Mar-200713:00 UTC, mostrando ocorrencias de vortices na costa sudeste brasileira.

7

mum o fato de levarem em conta apenas o proprio sistema Corrente do Brasil e

seus contornos como fonte de energia e vorticidade para explicar a variabilidade e a

atividade de mesoescala observada na corrente. No presente estudo buscamos levan-

tar algumas questoes sobre a insercao do sistema Corrente do Brasil na circulacao

geral do Atlantico Sul e a contribuicao externa de energia para a variabilidade de

mesoescala associada a Corrente do Brasil.

1.7 Avanco do conhecimento - Influencia no clima

Nos anos 1990, com o advento da altimetria satelital, o estudo dos vortices das

Agulhas ganhou novo folego. Varios artigos foram publicados e a ideia de que os

vortices das Agulhas seriam capazes de cruzar o oceano e colidir com a borda oeste

foi aventada, apesar das grandes limitacoes dos dados disponıveis. Com a entrada em

operacao do Topex/Poseidon, em 1992, pela primeira vez conseguiu-se medir a altura

da superfıcie do mar com um erro inferior a variabilidade do fenomeno. Isto se deu

em virtude do aperfeicoamento dos radares altımetros e de um melhor controle de

orbita. Outro ponto importante a se considerar e a maior duracao da serie de dados

altimetricos do Topex/Poseidon que permitiu um acompanhamento mais extensivo

dos vortices (GONI et al., 1997; GRUNDLINGH, 1995; SCHOUTEN et al., 2000;

WITTER e GORDON, 1999). O desenvolvimento de conjuntos de dados multi-

satelitais possibilitou avancar mais, contando com series contınuas, e cada vez mais

longas, de dados com resolucao espaco-temporal melhoradas, e com novas correcoes

que aumentavam a precisao das medicoes.

Nos ultimos anos, a comunidade cientıfica voltou-se para o problema do aqueci-

mento global e novamente o Grande Sistema das Agulhas1 ganhou importancia em

virtude do papel no controle da celula de revolvimento meridional (MOC, do ingles

Meridional Overturning Circulation) no Atlantico, com consequencias remotas. Di-

versos estudos tem sido publicados e procuramos referenciar alguns deles nesta tese.

Recentemente publicado na revista cientıfica Nature, um estudo de revisao (BEAL

et al., 2011) apresenta e discute os principais avancos nessa area e expoe os desafios

a superar em termos de conhecimento do fenomeno com enfoque global.

Os vortices das Agulhas sao a principal componente do chamado vazamento

1O termo Grande Sistema das Agulhas (numa traducao livre de “Greater Agulhas System”) foicunhado pelo Dr. Johann R. E. Lutjeharms, professor emerito da University of Cape Town, falecidoem 08 de junho do corrente ano, para se referir ao sistema formado pela corrente, sua retroflexao,incluindo as transferencias entre o Indico e o Atlantico. Ele foi sem duvida o grande responsavelpor mostrar a importancia da Corrente das Agulhas para as comunidades de oceanografia e deestudos climaticos. Seu legado inclui, alem dos inumeros discıpulos, um incontavel numero deartigos cientıficos, e um trabalho de revisao bastante completo publicado na forma de livro pelaSpringer em 2006, e intitulado The Agulhas Current. Para mais informacoes sobre as contribuicoesdo Prof. Lutjeharms, ver DE RUIJTER et al. (2011).

8

das Agulhas, que alimenta o ramo superior da MOC no Oceano Atlantico com

aguas quentes e salinas originarias do Oceano Indico (DE RUIJTER et al., 1999;

GORDON, 1986). As trocas entre os oceanos Indico e Atlantico sao dominadas por

uma dinamica de mesoscala (BOEBEL et al., 2003; SCHOUTEN et al., 2000).

O campo de ventos em escala de bacia possui um papel importante no controle

da Retroflexao das Agulhas (DE RUIJTER et al., 1999). A posicao do rotacional

nulo do vento influencia a variabilidade do vazamento (BIASTOCH et al., 2009)

que pode ir de escalas interanuais (WITTER e GORDON, 1999) a decadais (BIAS-

TOCH et al., 2008). Este aporte esta diretamente ligado ao aumento das taxas de

evaporacao que tem consequencias no forcamento da MOC e nos padroes climaticos

locais e globais (DE RUIJTER et al., 1999; WEIJER et al., 2002). Registros fos-

silıferos da regiao da retroflexao indicam que houve alternancia entre resfriamento

das aguas com transicao para nıveis subantarcticos durante perıodos glaciais e aque-

cimento pela ocorrencia do vazamento das Agulhas nos ultimos 450 mil anos (RAU

et al., 2002).

O Oceano Atlantico Sul e o unico no planeta a apresentar um fluxo de calor para

o equador, alimentando o Atlantico Norte (HASTENRATH, 1982). A razao deste

fluxo invertido esta ligada ao aporte de agua quente em uma latitude subtropical

(GORDON, 1986). A producao e exportacao de Agua Profunda do Atlantico Norte

(APAN) e compensada parcialmente pelo ramo quente da MOC no Atlantico Sul

(GORDON, 1986).

Desde os anos 1980 tem havido aumento da temperatura no sistema das Agulhas,

devido a intensificacao do vento com deslocamento do maximo para sul (ROUAULT

et al., 2009). Este deslocamento se traduz num aumento do vazamento das Agulhas

(BIASTOCH et al., 2009). Este aumento do vazamento tem implicacoes sobre a

estabilizacao da MOC no Atlantico que pode ser um contraponto a uma tendencia de

desmantelamento da circulacao termohalina em virtude do derretimento das geleiras

na Groenlandia. Maiores detalhes podem ser encontrados em BEAL et al. (2011).

O ponto de interesse aqui e questionar se o bem sucedido acompanhamento de

vortices das Agulhas ate a borda oeste obtido nos dados dos ultimos 16 anos se

deve a uma melhoria da qualidade do conjunto de dados ou se tem havido uma

intensificacao da retroflexao que resulte na emissao de vortices das Agulhas mais

energeticos e, portanto, propensos a lograr sucesso na travessia do Atlantico.

1.8 Objetivos

O foco deste trabalho sao os vortices das Agulhas e sua translacao pelo Oceano

Atlantico Sul em direcao ao continente americano.

Os objetivos especıficos sao:

9

1. Demonstrar que vortices das Agulhas chegam a regiao da Corrente do Brasil

com energia suficiente para afetar de forma significativa o campo de correntes;

2. Demonstrar que os vortices das Agulhas transportam aguas modais por gran-

des distancias desde sua origem na zona da retroflexao ate a Bacia do Brasil.

Para atingir estes objetivos, serao analisados um novo conjunto de dados al-

timetricos constituıdo por um combinado de ate quatro satelites produzido pela

agencia francesa AVISO (Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oce-

anographic data - http://www.aviso.oceanobs.com), juntamente com os resultados

do modelo HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) rodado pelo HYCOM Con-

sortium, alem de perfis de temperatura e salinidade medidos por perfiladores Argo,

trajetorias de derivadores de superfıcie e um conjunto de dados de corrente medidos

ao largo do Cabo Frio na costa sudeste do Brasil.

Atraves dos campos de anomalia da elevacao de superfıcie serao tracadas as tra-

jetorias dos vortices originarios da Corrente das Agulhas. Serao estabelecidas novas

curvas de decaimento dos vortices, levando em conta o trajeto ate a costa brasileira

e sera estimada a contribuicao de energia para a Corrente do Brasil. Esses dados

tambem serao utilizados para estimar a estrutura vertical dos vortices, atraves da

aplicacao de um modelo de duas camadas com gravidade reduzida. Essas estima-

tivas serao aferidas com a utilizacao de perfis de temperatura e salinidade medidos

por perfiladores Argo. Por fim, serao utilizados registros correntograficos obtidos

proximo a costa brasileira para demonstrar que vortices das Agulhas atingem a

regiao da Corrente do Brasil com energia suficiente para influenciar a circulacao

local.

A tese foi dividida em quatro capıtulos, sendo este primeiro uma introducao

geral em que e apresentada uma breve revisao sobre o problema dos vortices das

Agulhas no Atlantico Sul. Os capıtulos 2 e 3 foram escritos na forma de artigos

para submissao a periodicos com o fim de publicacao. Desta forma, pode haver

certa redundancia na contextualizacao do tema em cada um dos capıtulos. No pri-

meiro deles, o capıtulo 2, e realizado o rastreio de vortices das Agulhas entre 1992

e 2010, sendo um dos vortices acompanhado ate a costa brasileira, tendo sua passa-

gem registrada por um conjunto de correntografos instalado ao largo do Cabo Frio,

obtendo-se assim a primeira evidencia direta da chegada de um vortice das Agulhas

a regiao da Corrente do Brasil. No terceiro capıtulo e analisada a estrutura vertical

de dois vortices e e avaliada a sua capacidade de transportar aguas modais ate a

bacia oeste do Atlantico Sul. No quarto capıtulo, segue-se uma discussao dos re-

sultados alcancados nas diversas analises em que se busca integrar o conhecimento

gerado num contexto mais geral da interacao dos vortices das Agulhas com a Cor-

rente do Brasil e seu papel na circulacao do Atlantico Sul, e por fim, a apresentacao

10

das conclusoes faz o fechamento da tese.

11

Capıtulo 2

Colisao de um vortice das Agulhas

com a Corrente do Brasil

2.1 Resumo

Os vortices das Agulhas sao um componente chave da celula de revolvimento me-

ridional, afetando o clima da Terra atraves da conexao entre os oceanos Indico e

Atlantico. Estudos anteriores sugerem que a maioria desses vortices decaem e es-

palham suas aguas quentes e salinas no interior do giro subtropical do Atlantico

Sul enquanto alguns supoe-se que cruzem inteiramente a largura do Atlantico Sul

e colidam com a Corrente do Brasil. Neste estudo apresentamos evidencias claras,

baseadas em dados combinados de altimetria multi-satelital e apoiadas em medicoes

diretas, de que um vortice cruzou o Atlantico Sul ate a borda oeste, em uma jornada

de mais de 5500 km, por cerca de 3,5 anos. O vortice colidiu com a Corrente do

Brasil, interagiu com ciclones locais, e produziu um jato de 1,2 m/s, contribuindo

para a variabilidade de mesoscala em uma regiao de intensiva exploracao oceanica.

A fim de avaliar a complexa interacao entre o vortice das Agulhas, a Corrente do

Brasil e o par de ciclones, sao tambem analisados resultados de uma integracao de

alta resolucao de extensao global com assimilacao de dados do modelo numerico

HYCOM. Os resultados do modelo sao comparaveis com as series de corrente medi-

das e com dados de sensoriamento remoto, apresentando uma notavel concordancia.

Nossas analises dos dados altimetricos, em que 90 vortices das Agulhas foram segui-

dos entre 1992 e 2009, sugerem que ao menos mais tres vortices podem ter atingido

a Corrente do Brasil durante esse perıodo.

12

2.2 Introducao

A retroflexao, um dos sistemas mais energeticos no oceano mundial, e uma extensao

da Corrente das Agulhas que flui para sul ao longo da costa leste africana. Ela

segue a linha de costa ate o extremo sul do continente, onde se separa da costa e

retroflete em aproximadamente 40◦S e entre 16◦E e 20◦E, fluindo entao para leste

de volta para o Oceano Indico (LUTJEHARMS e VAN BALLEGOOYEN, 1988).

Grandes vortices anticiclonicos, com diametros medio de 307 km (LUTJEHARMS

e VAN BALLEGOOYEN, 1988) e profundidades que podem atingir 4,5 km (VAN

AKEN et al., 2003), emitidos a cada dois meses em media (LUTJEHARMS, 1996)

da Retroflexao das Agulhas. Esses vortices, referidos como aneis ou vortices das

Agulhas, transportam aguas quentes e salinas do Oceano Indico para o Oceano

Atlantico Sul, aumentando as taxas de evaporacao e auxiliando no forcamento da

MOC, afetando padroes climaticos tanto em nıvel local quanto global (DE RUIJTER

et al., 1999; WEIJER et al., 2002).

Apos serem emitidos, os vortices das Agulhas rumam para noroeste embebidos

na Corrente de Benguela no interior da Bacia do Cabo (GARZOLI e GORDON,

1996; GONI et al., 1997). A maioria dos vortices acaba cruzando a Cadeia Walvis

(SCHOUTEN et al., 2000) e ruma para oeste com velocidades de 5 a 8 cm/s entre

25◦S e 35◦S (BYRNE et al., 1995). Eles rapidamente perdem sua assinatura termal

superficial mas mantem um forte sinal positivo de anomalia da altura da superfıcie do

mar (AAS) que pode ser seguido por altimetria satelital enquanto se deslocam para

oeste pela Bacia do Atlantico Sul (BYRNE et al., 1995; FU e ZLOTNICKI, 1989;

GORDON e HAXBY, 1990; GRUNDLINGH, 1995; VAN BALLEGOOYEN et al.,

1994; WITTER e GORDON, 1999). As primeiras analises baseadas em dados do

Geosat puderam identificar os vortices ate 30◦W (BYRNE et al., 1995; GORDON e

HAXBY, 1990). Desde o lancamento da missao TOPEX/Poseidon em 1992, tem sido

possıvel seguir a assinatura dos vortices, ainda que fraca, ate 40◦W (SCHOUTEN

et al., 2000; WITTER e GORDON, 1999).

Os vortices das Agulhas transferem energia e aguas com temperatura e salinidade

tıpicas do Oceano Indico para o giro subtropical no Atlantico Sul. Considerando

as aguas mais rasas que a Agua Intermediaria Antarctica (AIA), o fluxo de agua

do Oceano Indico para o Atlantico por vortices das Agulhas pode ser cerca de 10

a 15 Sv por ano (1 Sv = 106 m3/s) (GORDON e HAXBY, 1990). O giro do

Atlantico Sul recebe agua de termoclina injetada por vortices das Agulhas mais

quentes que aquelas trazidas do ramo sul alimentadas com aguas mais frias e de

baixa salinidade da Passagem de Drake. A razao entre estes fluxos interoceanicos

define as caracterısticas da termoclina do Atlantico Sul (GORDON e HAXBY, 1990).

A assinatura de temperatura da superfıcie do mar alta presente nos vortices

13

das Agulhas logo apos sua emissao e rapidamente destruıda pela intensa troca de

calor com a atmosfera mais fria (MEY et al., 1990; WALKER e MEY, 1988). O

aumento da salinidade na superfıcie devido a evaporacao e a mistura forcada pelo

vento agem para converter gradualmente a agua do Oceano Indico em agua tıpica do

Oceano Atlantico (GORDON e HAXBY, 1990; OLSON et al., 1992). Termostatas e

halostatas associadas com caracterısticas do local de formacao, entretanto, tem sido

identificadas no interior dos vortices (BYRNE et al., 1995; GARZOLI et al., 1999),

indicando que abaixo da superfıcie uma notavel parte do seu conteudo termohalino

original pode ser preservado durante a translacao pelo Atlantico Sul.

Os vortices das Agulhas estao entre os maiores e mais energeticos vortices no

oceano global. Um simples vortice contribui com 7% do aporte anual de energia

do vento sobre toda a Bacia do Atlantico Sul (OLSON e EVANS, 1986). Sua pro-

pagacao pelo Oceano Atlantico Sul gera uma significativa variabilidade interanual

no transporte da camada superior no ramo norte do giro subtropical (mais de 2 Sv

rms para um fluxo medio da ordem de 10 Sv) (GARNIER et al., 2003).

O Oceano Atlantico Sul exerce um papel chave no sistema climatico global

(BEAL et al., 2011), sendo unico por apresentar um fluxo de calor para o equador,

que alimenta o Atlantico Norte (HASTENRATH, 1982). A producao e exportacao de

APAN e parcialmente compensada pela rota superficial de agua quente no Atlantico

Sul conectando os oceanos Indico e Atlantico no extremo sul da Africa (GORDON,

1986). Variacoes no campo de vento influenciam o vazamento das Agulhas e por con-

seguinte as caracterısticas da APAN (BIASTOCH et al., 2009; GORDON, 1986).

A maior parte do vazamento de aguas do Oceano Indico para o Atlantico Sul, o

chamado vazamento das Agulhas, ocorre atraves da emissao de grandes vortices

da Retroflexao das Agulhas (DE RUIJTER et al., 1999; GORDON, 1986; LUT-

JEHARMS, 1996). Esses vortices cruzam o Atlantico Sul espalhando seu conteudo

de massa d’agua e energia ao longo do giro subtropical.

Uma hipotese ja formulada, embora nunca demonstrada, e a de que vortices

das Agulhas possam atingir a regiao da bacia oeste e colidir com a Corrente do

Brasil (AZEVEDO et al.; BYRNE et al., 1995; GORDON e HAXBY, 1990; NOF,

1999), fornecendo energia que poderia disparar anomalias no transporte da corrente.

GARNIER et al. (2003) interpolaram dinamicamente no espaco e tempo os dados das

passagens do TOPEX/Poseidon, de outubro de 1992 a setembro de 1997, usando um

modelo quasi geostrofico capaz de resolver vortices com uma tecnica de relaxacao.

A alta resolucao espaco-temporal (grade horizontal regular com 1/6◦ a cada 3 dias)

permitiu acompanhar cerca de 32 vortices quase continuamente. Dois vortices foram

seguidos passando ao norte da Elevacao do Rio Grande e finalmente colidindo com

a Corrente do Brasil. Um deles derivou pela Corrente do Brasil por varios meses

ate 37◦ S. Este vortice, que foi chamado A2, corresponde ao vortice E2-93 em GONI

14

et al. (1997). Mais recentemente, CHELTON et al. (2011) usaram um algoritmo

automatico para identificar e acompanhar vortices em mapas altimetricos seguindo

contornos fechados de altura da superfıcie. Esse estudo e um aperfeicoamento de

CHELTON et al. (2007), e resultou no acompanhamento de mais de 35000 vortices

com duracao de mais de 16 semanas em todo o planeta. No Atlantico Sul, os

resultados mostram varios vortices das Agulhas colidindo com a costa brasileira.

Neste trabalho apresentamos evidencias diretas da colisao de um vortice das

Agulhas (daqui por diante nomeado Lilian) com a Corrente do Brasil, baseadas em

registros de corrente obtidos por uma linha de fundeio localizada no talude con-

tinental ao sul do Cabo Frio, Brasil. O vortice foi seguido desde sua origem, na

Retroflexao das Agulhas, com mapas de altimetria multi-satelital. Enquanto se des-

locava atraves do Atlantico, capturou derivadores de superfıcie e perfiladores Argo,

cujos dados revelaram o campo de velocidade em torno do vortice e sua estrutura

de massa d’agua. A complexa interacao entre o vortice das Agulhas, a Corrente

do Brasil e dois vortices ciclonicos emitidos pela Corrente do Brasil e investigada

usando-se o sistema de modelagem global de alta resolucao, com assimilacao de da-

dos, baseado no HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) (CHASSIGNET et al.,

2009). A combinacao de diferentes tecnicas e amostragens para investigar o vortice

fornece uma visao robusta e completa da sua vida desde o inıcio ate a dissipacao

embebido na Corrente do Brasil.

O capıtulo e organizado conforme mostrado a seguir. Na secao 2, apresentamos

cada conjunto de dados e tecnicas de analise usadas e como contribuıram para

esclarecer o evento analisado. A secao 3 lida com a descricao do vortice desde

sua evolucao pelo Atlantico ate sua chegada a costa brasileira. A interacao do

vortice com a Corrente do Brasil e vortices ciclonicos e elucidada atraves de uma

analise combinada dos dados de satelite e dados in situ. Resultados de modelo

sao empregados para prover uma ampla visao espaco-temporal. Um sumario dos

resultados e uma avaliacao do seu impacto no conhecimento e provido na secao 4.

2.3 Dados e Metodos

2.3.1 Seguindo Vortices das Agulhas

Analisamos mapas semanais de anomalia da altura da superfıcie do mar (Mapped

Sea Level Anomaly - Delayed Time - Updated) distribuıdos pela AVISO para o

perıodo de Outubro de 1992 ate Julho de 2009 em uma grade Mercator com resolucao

de 1/3◦ × 1/3◦. Os mapas de AAS foram produzidos com dados de altimetria

multi-satelite, relativos a uma media de 7 anos da altura da superfıcie do mar. Os

dados altimetricos multi-satelitais combinados usados no presente estudo provem

15

uma melhor resolucao e reduzem erros sendo mais realistas na representacao das

estatısticas da altura da superfıcie do mar e correntes geostroficas que dados de uma

so missao (DUCET et al., 2000; LE TRAON et al., 1998, 2003). Este conjunto de

dados, que emprega ate quatro satelites, representa melhor as feicoes de mesoescala

no oceano (PASCUAL et al., 2006).

O procedimento de acompanhamento de vortices foi feito manualmente (nenhum

algoritmo automatico foi usado) baseado na identificacao visual de estruturas vorti-

cais coerentes com AAS positiva nas vizinhancas da retroflexao, e apoiado por um

criterio objetivo: o parametro Okubo-Weiss (W ) (OKUBO, 1970; WEISS, 1991).

A origem, a duracao e o decaimento de cada vortice tambem foram documentados.

O acompanhamento visual dos vortices das Agulhas baseado na AAS altimetrica

demonstrou-se possıvel desde a Geosat Exact Repeat Mission (ERM) (BYRNE et al.,

1995; FU e ZLOTNICKI, 1989; GORDON e HAXBY, 1990). O lancamento da

missao TOPEX/Poseidon tornou disponıvel dados altimetricos mais precisos e com

uma melhor resolucao temporal que o Geosat, e SCHOUTEN et al. (2000) usaram

estes dados para acompanhar visualmente 21 vortices das Agulhas entre 1993 e 1996

desde sua origem na retroflexao ate 40◦W. A assuncao basica adotada por esses pri-

meiros estudos, de que AAS positiva observada junto a Retroflexao das Agulhas e

seguidas atraves do Atlantico sao de fato vortices das Agulhas, e confirmada por da-

dos hidrograficos (ARHAN et al., 1999; GONI et al., 1997; VAN BALLEGOOYEN

et al., 1994).

O parametro Okubo-Weiss (OKUBO, 1970; WEISS, 1991) e um criterio fısico

para detectar vortices que leva em conta a importancia relativa da vorticidade e

deformacao em um escoamento bidimensional nao-divergente. Ele e expresso pela

seguinte equacao:

W = S2n + S2

s − ω2, (2.1)

onde as componentes normal e cisalhante da deformacao, e vorticidade sao definidas,

respectivamente, como:

Sn =∂u′

∂x− ∂v′

∂y, Ss =

∂v′

∂x+∂u′

∂y, ω =

∂v′

∂x− ∂u′

∂y.

As componentes anomalas da velocidade superficial foram calculadas a partir

dos gradientes horizontais da AAS altimetrica assumindo-se balanco geostrofico:

u′ = − gf

∂η

∂x, v′ =

g

f

∂η

∂y,

onde η e a AAS, g e a aceleracao da gravidade, e f e o parametro de Coriolis.

ISERN-FONTANET et al. (2003) demonstraram que o parametro Okubo-Weiss

poderia ser usado para identificar e seguir vortices a partir da AAS altimetrica ma-

16

Figura 2.1: Contornos de Okubo-Weiss de −0.2σW , onde σW e o desvio padraodo parametro OW, superposto nos campos de AAS (em metros) e velocidade ge-ostrofica. O Vortice Lilian e precisamente identificado pelo criterio W como a AASpositiva localizada em aproximadamente 26◦S e 36◦W.

peada. O parametro Okubo-Weiss divide o escoamento em regioes dominadas pela

deformacao e regioes onde a vorticidade prevalece. Regioes de alta vorticidade rode-

adas por uma celula de circulacao com altas taxas de deformacao definem um vortice

(ELHMAIDI et al., 1993). Porem, a fim de melhorar a capacidade discriminatoria

do metodo, faz-se necessario estabelecer um limiar para isolar as feicoes vorticais

de um fundo com valores pequenos de |W |. Assim, nucleos de vortices aparecem

como regioes coerentes de W < −0.2σW , areas dominadas pela deformacao como

W > 0.2σW , e o campo de fundo como |W | ≤ 0.2σW , sendo σW o desvio padrao

espacial de W calculado em cada tempo (MCWILLIAMS, 1984; PASQUERO et al.,

2001).

Verificamos que os contornos W identificaram precisamente os vortices das

Agulhas (Figura 2.1), embora outras feicoes possam ser erroneamente assinaladas

como vortices (CHAIGNEAU et al., 2008). Um filtro espacial pode minimizar as

ocorrencias de falsos positivos removendo estruturas de pequena escala, mas tambem

atenuam as assinaturas dos vortices o que causaria impacto no acompanhamento de

vortices de longa duracao (SOUZA et al., 2011). A maioria dos vortices, e Lilian em

particular, puderam ser continuamente seguidos tanto como contornos fechados de

AAS positiva quanto do parametro W . O parametro Okubo-Weiss tem sido usado

com sucesso para estimar a cobertura global de vortices (CHELTON et al., 2007), e

tem tambem se mostrado efetivo em estudos regionais de vortices de longa duracao

(HENSON e THOMAS, 2008; ISERN-FONTANET et al., 2004; MORROW, 2004).

O centro dos vortices foi determinado como a posicao de valor maximo de AAS

17

no interior do anticiclone. Todos os vortices que foram identificados cruzando a

Cadeia Walvis, localizada aproximadamente entre 20◦S-8◦E e 35◦S-5◦W, tiveram

seus caminhos rastreados de volta ate sua origem na Retroflexao das Agulhas, a fim

de certificar que os sinais haviam sido gerados na retroflexao. Esta e uma regiao

de intensa variabilidade da AAS onde a determinacao do exato instante de emissao

do vortice nao e trivial (FERON et al., 1992). Um vortice era considerado emitido

quando podia ser identificado como uma feicao circular coerente com contornos

fechados de AAS e W , isolada da retroflexao. Nosso metodo de identificacao e

acompanhamento de vortices apresentou boa concordancia com estudos anteriores,

tendo identificado os mesmos vortices e respectivas trajetorias (ARHAN et al., 1999;

GARZOLI et al., 1999; SCHOUTEN et al., 2000).

2.3.2 Derivadores de Superfıcie e Perfiladores Argo

Foram usados dados historicos de boias de deriva acompanhadas por satelite, per-

tencentes ao Global Drifter Program (GDP), que possuem qualidade controlada e

sao interpolados para intervalos regulares de 6 h para auxiliar na identificacao dos

vortices (para maiores detalhes ver LUMPKIN e PAZOS (2006)). Derivadores cap-

turados por vortices das Agulhas durante sua jornada pelo Atlantico realizaram vol-

tas anticiclonicas, seguindo aproximadamente isolinhas de AAS, aumentando nossa

confianca no metodo de identificacao usado para seguir os vortices. Os derivadores

usados no acompanhamento do Vortice Lilian ao longo da bacia do Atlantico estao

listados na Tabela 2.1. Dois perfiladores Argo (WMO 1900284 e WMO 1900285)

amostraram o Vortice Lilian na passagem sobre a Cadeia Meso-Atlantica. Estes per-

filadores forneceram perfis de temperatura e salinidade que ajudaram na avaliacao

da estrutura vertical do vortice.

Tabela 2.1: Derivadores de superfıcie capturados pelo Vortice Lilian ao longo de suatrajetoria pelo Oceano Atlantico Sul.

Derivador Inıcio Fim

39682 20/04/2004 20/07/200434390 15/07/2004 10/10/200434390 25/10/2004 10/12/200440008 20/08/2004 13/03/200544175 30/08/2005 15/10/200544175 05/11/2005 01/12/200539624 16/01/2006 10/03/200641290 19/03/2006 23/04/200660357 09/12/2006 26/12/200644053 30/10/2006 15/11/200644053 28/11/2006 03/01/2007

18

2.3.3 Dados de Corrente

Os dados correntograficos foram obtidos de uma linha de fundeio lancada a 150 km ao

sul do Cabo Frio, equipada com um ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) RDI

75 kHz Long Ranger, voltado para cima, instalado a 400 m de profundidade, e quatro

correntografos Aanderaa RCM (Recording Current Meters) nas profundidades 600

m, 800 m, 1200 m e 1564 m. Na superfıcie, uma boia Oceanor Wavescan foi equipada

com um correntogrado Aanderaa DCS 1,5 m abaixo (VOGEL et al., 2010). Os

dados de velocidade foram medidos em intervalos amostrais de 20 minutos. A serie

foi promediada vetorialmente para 1 h e aplicou-se um filtro Butterworth passa-

baixa de 40 h (EMERY e THOMSON, 2004) para remover os sinais de frequencias

proximas a inercial e a de mare.

2.3.4 Modelo Numerico

A interacao entre o vortice das Agulhas e outros dois vortices ciclonicos da Cor-

rente do Brasil, bem como sua estrutura vertical foram avaliados atraves da analise

de resultados de modelo numerico de uma simulacao realista com assimilacao de

dados produzidos pelo HYCOM Consortium (http://hycom.coaps.fsu.edu). Os re-

sultados do modelo numerico sao do sistema de previsao oceanica em alta re-

solucao com assimilacao de dados baseado no HYCOM (CHASSIGNET et al., 2009)

(http://www.hycom.org). O modelo HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model)

(BLECK, 2002; CHASSIGNET et al., 2003; HALLIWELL, 2004), configurado em

uma grade Mercator global com resolucao horizontal equatorial de 1/12o e 32 cama-

das isopicnais, foi forcado por campos atmosfericos resultantes do US Navy Opera-

tional Global Atmospheric Prediction System (NOGAPS), usando formulas bulk. O

modelo assimilou dados de altura da superfıcie do mar de altimetria satelital, tempe-

ratura da superfıcie do mar, e perfis de temperatura e salinidade de uma variedade

de fontes.

2.4 Resultados e Discussao

Nossa analise, baseada em dados altimetricos multi-satelitais combinados da AVISO

de 1992 a 2009, focou nos 90 vortices que identificamos cruzando a Cadeia Walvis.

As trajetorias dos vortices mostradas na Figura 2.2 (a) evidenciam um corredor

bem desenvolvido com cerca de 1500 km de largura atravessando o Atlantico, li-

gando a Africa do Sul a costa brasileira entre 25◦S e 30◦S. Entretanto, a maioria

do vortices perde intensidade antes de chegar a 30◦W e, em concordancia com es-

timativas previas, notamos que apenas alguns vortices cruzam o meridiano 30◦W e

chegam a longitudes proximas a 40◦W. Os vortices que se deslocam mais ao norte

19

parecem ter vida mais curta, comparados aqueles que seguem caminhos mais ao

sul. Dos poucos vortices que cruzaram 30◦W, quatro puderam ser seguidos com os

dados altimetricos ate o domınio da Corrente do Brasil. A estrutura de velocidade

de um destes vortices (Vortice Lilian) foi registrada por varios dias por uma linha

de fundeio instrumentada instalada 150 km ao sul do Cabo Frio.

Durante os 3,5 anos que levou para cruzar o Atlantico Sul e chegar ao local do

fundeio, o Vortice Lilian capturou varios derivadores de superfıcie que realizaram

voltas anticiclonicas (Figura 2.2 (b)). Mesmo apos o Vortice Lilian ter passado pelo

local do fundeio quando ja estava embebido na Corrente do Brasil, tres derivadores

de superfıcie capturados completaram voltas anticiclonicas no seu entorno. Proximo

a Cadeia Meso-Atlantica o vortice foi perfilado varias vezes por duas boias Argo. Os

perfis de temperatura e salinidade medidos por um dos perfiladores em 16 de Marco

de 2005 no interior do vortice sao comparados na Figura 2.2 (c), detalhe) a perfis

medios climatologicos sazonais do World Ocean Atlas 2009 (ANTONOV et al., 2010;

LOCARNINI et al., 2010). A massa de agua intermediaria aprisionada no interior do

vortice e mais quente e salina que a climatologia, enquanto os perfis medidos fora do

vortice (nao mostrados) sao muito similares a climatologia. A anomalia maxima da

temperatura (+5◦C) foi observada aproximadamente na profundiade de 700 m, en-

quanto a anomalia maxima de salinidade (+0,6) foi observada em aproximadamente

600 m. Duas termostatas e respectivas halostatas foram registradas pelo perfila-

dor no interior do vortice (profundidades 120–280 m, temperaturas de 16–17◦C e

salinidades de 35,6–35,7, e profundidades 360–600 m, temperaturas de 12–14◦C, e

salinidade de 35,1–35,3), e foram identificadas como Agua Modal Subtropical do

Oceano Indico (SIMW) (BYRNE et al., 1995; OLSON et al., 1992) e Agua Modal

Subantarctica (SAMW) (MCDONAGH e HEYWOOD, 1999), respectivamente. Es-

tes dados diferem significativamente dos perfis climatologicos e das medidas feitas

pela boia Argo fora do vortice (nao mostradas). Dados hidrograficos de cruzeiros

realizados nas vizinhancas da Retroflexao das Agulhas apresentam sinais da Agua

Modal Subtropical do Oceano Indico com uma termostata caracterıstica de 17◦C

(BYRNE et al., 1995) e uma termostata mais profunda (entre 440 e 580 m de pro-

fundidade) de 12,2◦C com uma halostata correspondente de 35,07–37,10 (GARZOLI

et al., 1999). Esta termostata mais fria esta relacionada a injecao de Agua Super-

ficial Subantartica presente ao sul da Frente Subtropical proximo a retroflexao, e

considera-se que tome parte no processo de emissao de vortices (ARHAN et al.,

1999; LUTJEHARMS e VAN BALLEGOOYEN, 1988).

A curva de decaimento de AAS (Figura 2.2 (c)) mostra que Lilian e um vortice

incomum, com elevacoes mais altas que a media (maior que um desvio-padrao).

Curvas de decaimento similares para vortices das Agulhas foram apresentadas em

estudos previos (BYRNE et al., 1995; SCHOUTEN et al., 2000). A principal di-

20

Figura 2.2: Acompanhamento de vortice e propriedades. (a) Caminhos dos vorticesdas Agulhas ao longo do Atlantico Sul de 1992 a 2009 baseados nos dados al-timetricos. Cırculos vermelhos mostram o caminho do Vortice Lilian desde suaorigem ate sua passagem pelo local do fundeio (triangulo amarelo), localizado noeixo da Corrente do Brasil. (b) Caminho do Vortice Lilian e derivadores de superfıcieGDP capturados por ele. (c) Valores de AAS de todos os vortices das Agulhas se-guidos (pontos azuis) em funcao da longitude, com a curva media em verde, barrasverticais indicando um desvio padrao e a AAS do Vortice Lilian destacada em ver-melho. Os quadros inseridos na figura mostram os perfis de temperatura e salinidade(vermelho para dado do perfilador Argo e azul para climatologia) na longitude 13◦W(posicao indicada pela seta azul).

21

ferenca entre os resultados desses estudos e a curva aqui apresentada e o fato do

conjunto de dados multi-satelitais combinados nos permitir seguir os vortices por

distancias maiores. E interessante notar que a anomalia media nao varia substan-

cialmente apos os vortices cruzarem a longitude 20◦W, enquanto sua variabilidade

diminui um pouco. A AAS do Vortice Lilian ao atingir a Corrente do Brasil e cerca

de 10% do seu valor inicial, indicando que o vortice perdeu a maior parte de sua

energia. Entretanto, a analise dos dados do fundeio mostrara que o Vortice Lilian

ainda era relativamente forte quando comparado a Corrente do Brasil e aos vortices

ciclonicos associados, e ainda capaz de afetar a velocidade e direcao da corrente

medida no local. Durante sua interacao com o escoamento da Corrente do Brasil, o

vortice migrou para sudoeste com o escoamento ate 30◦S, onde seu sinal altimetrico

se perdeu em meio ao campo perturbado pela Confluencia Brasil-Malvinas.

O Vortice Lilian apresenta uma assinatura positiva de AAS bem definida, clara-

mente discernıvel do ambiente (tanto em AAS quanto em W ). Esta caracterıstica

possibilitou o seu rastreio inequıvoco desde sua origem ate atingir o local do fun-

deio. Isto e mostrado na Figura 2.3 para diferentes instantes ao longo da trajetoria

de Lilian. O caminho que registramos para o Vortice Lilian, da origem ate sua

dissipacao ao largo do estado do Rio Grande do Sul, tambem foi acompanhado pelo

algoritmo automatico do estudo de CHELTON et al. (2011) (os dados de trajetorias

dos vortices estao disponıveis em http://cioss.coas.oregonstate.edu/eddies/). Nao

resta duvida de que o sinal que vemos atingir o local do fundeio e aquele do vortice

das Agulhas seguido ao longo do Atlantico, e nao de qualquer vortice gerado local-

mente. Seu sinal de AAS, entretanto, e fortemente atenuado enquanto se aproxima

da Corrente do Brasil sugerindo que o vortice pode ter perdido a maior parte de

sua energia. Como sera mostrado a seguir pelas analises da velocidade geostrofica

derivada e das medicoes diretas no local do fundeio, Lilian e ainda relativamente

forte quando comparado a Corrente do Brasil e seus vortices ciclonicos associados, e

foi capaz de produzir um impacto significativo na intensidade e direcao da corrente

medida no local.

A AAS derivada de satelite e as velocidades geostroficas associadas fornecem

uma ampla visao espacial e temporal da interacao entre o vortice e a corrente.

Enquanto Lilian se aproxima da Corrente do Brasil e do local do fundeio, em 07-Jun-

2006 (Figura 2.4 (a)), ele encontra dois vortices ciclonicos gerados localmente pela

instabilidade da corrente. Apos se posicionar lentamente entre esses dois ciclones,

em 05-Jul (Figura 2.4 (b)), o conjunto formado pelo vortice das Agulhas e os dois

vortices da Corrente do Brasil gira em torno de si mesmo em sentido anti-horario,

movendo-se para o local do fundeio. O ciclone mais ao norte, nesse momento ainda

como um grande meandro da Corrente do Brasil ao largo do Cabo Frio, cruza o

local primeiro; e apos quase um mes, em 02-Ago, (Figura 2.4 (f)) a borda norte de

22

Figura 2.3: Trajetoria do Vortice Lilian pelo Atlantico evidenciado pela AAS (emmetros) e contornos do parametro Okubo-Weiss (−0.2σW ). O vortice pode ser acom-panhado inequivocamente desde sua origem na retroflexao ate atingir a Corrente doBrasil.

23

Lilian comeca tambem a cruzar o local do fundeio. Sua influencia neste local, como

indicada pelas anomalias da velocidade geostrofica na superfıcie, durara por cerca

de 20 dias ate proximo a 23-Ago (Figura 2.4 (i)), quando ha uma transicao para

uma influencia mais forte do segundo ciclone sobre o local do fundeio, tambem um

vortice de Cabo Frio que fora destacado da corrente meses antes. A influencia de

Lilian apresenta um pico em torno de 16-Ago, quando as anomalias de velocidade

superficial mais fortes sao observadas para norte.

Toda esta sequencia de eventos, baseada na AAS derivada dos satelites, e cor-

roborada pelas medicoes in situ, que fornecem uma evidencia direta da chegada

de um vortice das Agulhas a regiao da Corrente do Brasil, atraves de um registro

unico de velocidades ao longo da coluna d’agua. A corrente e fortemente baroclınica,

com velocidade media nula em aproximadamente 400 m (Figura 2.5 (a)). Antes da

chegada do Vortice Lilian, as velocidades na superfıcie (Figura 2.5 (b)) mostram

inicialmente o fluxo relativamente estavel da Corrente do Brasil para sudoeste ate

02-Ago. No inıcio de Agosto, entretanto, com a aproximacao de Lilian, a corrente

decresce subitamente quase a zero no local do fundeio, e entao comeca a aumen-

tar rapidamente, com mudanca de direcao para um escoamento mais zonal e com

velocidades atingindo um pico de mais de 1,2 m/s no meio do mes.

A intensidade do fluxo da Corrente do Brasil torna difıcil perceber a influencia dos

ciclones e de Lilian na analise das velocidades totais. A influencia, entretanto, pode

ser destacada computando-se as anomalias das velocidades zonal (u′) e meridional

(v′) in situ (Figura 2.5 (c) e (d), respectivamente). Um casamento perfeito entre

as anomalias medidas e geostroficas nao e esperado, uma vez que nao se supoe

que o escoamento seja perfeitamente geostrofico, e visto que a resolucao espacial e

temporal dos dados de satelite torna problematica a extracao de series de velocidade

em um ponto. O que se espera dos dados satelitais e uma visao espacial e temporal

ampla dos processos como um todo, enquanto o fundeio fornece velocidade exatas

(com erros de medicao) em um ponto. Os dados do fundeio mostram que ate o

inıcio de agosto, a influencia da borda norte e depois leste do primeiro ciclone e

predominante, como indicado por u′ positiva e v′ negativa. O princıpio de agosto

marca um perıodo de transicao, com u′ e v′ positivas, indicando escoamento para

nordeste, que tambem e sugerido pela Figura 2.4 (f) para o perıodo. De 09-Ago em

diante, a inversao do escoamento, iniciando com u′ negativa e v′ positiva e mudando

entao apos 21-Ago para quase u′ nula e v′ positiva, indica a influencia sobre o local

do fundeio da borda norte e depois leste da AAS positiva associada com o Vortice

Lilian, que neste ponto e ensanduichado entre os dois ciclones (ver paineis inferiores

da Figura 2.4).

Enquanto as anomalias de velocidade associadas com o ciclone possuem uma forte

componente barotropica (pelo menos nos primeiros 400 m), as anomalias durante a

24

Figura 2.4: Vortice Lilian se aproximando da Corrente do Brasil e interagindo comdois ciclones, como visto nos mapas de AAS da altimetria por satelite. As setasmostram a anomalia da velocidade geostrofica na superfıcie. O triangulo amarelomarca a posicao da linha de fundeio. Lilian e a anomalia positiva (vermelha) loca-lizada em 38◦W e 25,5◦S no painel superior da esquerda, que se move na direcaonoroeste para o local do fundeio ate 12-Jul, e entao para sudoeste ensanduichadoentre os dois ciclones, ou anomalias negativas (azuis)

25

Figura 2.5: Velocidades registradas na linha de fundeio. (a) Perfis verticais mediosda Corrente do Brasil - azul para zonal e vermelho para velocidades meridionais. (b)Serie temporal da intensidade e direcao da velocidade na superfıcie. (c) Anomalia develocidade zonal - u′ e (d) meridional - v′ - tons azuis indicam anomalias negativas(para sul) e tons vermelhos, anomalias positivas (para norte).

26

passagem de Lilian sobre o fundeio sao mais baroclınicas. As velocidades medidas

abaixo de 400 m (Figura 2.6) mostram que a influencia do ciclone e forte ate 800 m

pelo menos, e ainda notavel ate 1500 m, enquanto que o sinal associado com o vortice

das Agulhas torna-se fraco abaixo de 400 m. Entretanto, ainda e surpreendente que

sua influencia seja sentida em tais profundidades apos 3,5 anos de duracao e uma

jornada de mais de 5500 km.

As observacoes acima sao reforcadas pela visualizacao dos resultados diarios de

modelo do sistema global assimilativo de dados HYCOM 1/12◦ (CHASSIGNET

et al., 2009), que prove campos de velocidade absoluta para toda a regiao e uma

visao completa tridimensional da interacao entre o vortice, a Corrente do Brasil e os

ciclones. A situacao apresentada acima e bem representada pelo modelo, embora as

velocidades simuladas sejam mais fracas que as observadas. A velocidade intensifi-

cada pelo dipolo chegou a 1,2 m/s, enquanto o modelo previu 0,9 m/s. Escolhemos

apresentar aqui as velocidades absolutas do modelo para o dia 24-Jul-2006, uma

vez que uma imagem de temperatura da superfıcie do mar com alta qualidade esta

disponıvel nessa data para comparacao (Figura 2.7 (a)). O jato superficial associado

com a Corrente do Brasil que flui por entre um dipolo formado pelo ciclone a sua

direita e Lilian a sua esquerda, corresponde bem com a imagem de temperatura

da superfıcie do mar, em que se observa uma feicao em forma de cogumelo. Uma

secao vertical de velocidade do modelo (Figura 2.7 (b)) mostra um escoamento pro-

fundo para sudoeste que se estende ate profundidades intermediarias sobre o talude

continental, associado com a Corrente do Brasil e com a borda leste do ciclone, e

o escoamento mais raso para nordeste associado com a borda leste do vortice das

Agulhas. Os resultados do modelo estao em concordancia com os dados do fundeio

com relacao a extensao vertical dos sinais de ambos os vortices, como visto nos dados

durante a transicao do ciclone para a influencia do vortice das Agulhas.

Medicoes diretas de velocidades da Corrente do Brasil proximo a 23◦S mos-

tram um escoamento para sul acima dos 400 m de profundidade confinado a regiao

proxima ao talude continental e um escoamento para norte da Agua Intermediaria

Antarctica (AIA) abaixo dela (EVANS e SIGNORINI, 1985). O sistema integrado

pela Corrente do Brasil-Corrente de Contorno Intermediaria (CB-CCI) e dominado

pelo primeiro modo baroclınico com uma reversao do escoamento em aproximada-

mente 450 m, uma espessura da CCI de 1200 m e um nucleo de velocidade centrado

em 800 m excedendo 0,30 m/s (DA SILVEIRA, 2004). Dados recentes analisados por

LIMA (2011) mostram que enquanto o sistema CB-CCI e claramente baroclınico no

primeiro modo, seus vortices ciclonicos associados possuem uma forte componente

barotropica, conforme registrado nas nossas medicoes.

AZEVEDO et al. investigaram a interacao vortice-parede entre vortices an-

ticiclonicos nao-lineares com perfil lenticular e bordas continentais em um plano

27

Figura 2.6: Serie temporal da anomalia da velocidade meridional v′ (em m/s) re-gistrada da superfıcie ate o fundo, mostrando a inversao do escoamento durante apassagem do Vortice Lilian.

28

Figura 2.7: Vortice Lilian representado pela simulacao numerica. (a) Imagem detemperatura da superfıcie do mar do satelite GOES 11-12 de 24-Jul-2006 sobre-posta pela corrente total superficial resultante da rodada do modelo HYCOM. ACorrente do Brasil e evidenciada pelo jato quente (tons de vermelho) para sudoeste,que termina em uma estrutura com forma de cogumelo que corresponde ao ciclonemais setentrional a direita, e ao Vortice Lilian a esquerda do jato. (b) Velocidadesnormais a secao marcada pela linha tracejada no painel da esquerda - tons azuissao velocidades absolutas negativas (para sul) e tons vermelhos sao positivas (paranorte).

beta, usando modelos analıticos e numericos, remetendo-se ao caso dos vortices das

Agulhas. A conclusao aponta para um enfraquecimento do transporte a montante,

enquanto a jusante permanece inalterado. Outro ponto destacado e que dada a

similaridade de escalas entre o trem de vortices que chega e a Corrente do Brasil,

parte do sinal do trem de vortices pode se juntar a corrente e seguir seu caminho

para sul, afastando-se do local da colisao. Com relacao a este ultimo ponto, nossos

resultados mostram o vortice das Agulhas seguindo para sul na Corrente do Brasil,

encaixado entre o par de vortices ciclonicos com que interagiu na colisao, sendo um

a montante e outro a jusante, configurando uma fila de vortices cruzando a Bacia

de Santos com alternancia entre sinais positivos e negativos de vorticidade.

2.5 Sumario e Conclusoes

As evidencias apresentadas neste trabalho, baseadas na analise combinada de alti-

metria por satelite e temperatura da superfıcie do mar, derivadores de superfıcie,

perfiladores Argo, simulacoes de modelo e medicoes diretas de velocidade, demons-

tram que ao menos um vortice das Agulhas cruzou o Oceano Atlantico Sul e atingiu a

29

Corrente do Brasil com energia suficiente para influenciar substancialmente o campo

de velocidades nos primeiros 400 m da coluna d’agua. As analises tambem mostram

que a colisao de um vortice das Agulhas com a Corrente do Brasil pode envolver uma

complexa interacao com meandros da corrente e seus vortices. O quanto um vortice

das Agulhas contribui com a variabilidade de mesoscala na regiao e quanto eles re-

presentam em termos de pulsos de energia que possam disparar uma variabilidade no

transporte da Corrente do Brasil possivelmente realimentando o interior do domınio

do Atlantico Sul, ainda sao questoes abertas que demandam mais investigacoes.

Embora o vortice das Agulhas fosse mais raso que os ciclones da Corrente do

Brasil, houve uma clara interacao entre eles e o jato da Corrente do Brasil. Foi

observada uma rotacao do conjunto de vortices e a formacao de um dipolo que

intensificou o escoamento da Corrente do Brasil atingindo um pico de 1,2 m/s. O

resultados do modelo foram comparados as series de corrente medidas e dados de

sensoriamento remoto com uma notavel concordancia.

A analise da altimetria mostra evidencias de que pelo menos mais tres vortices

podem ter chegado a regiao no perıodo 1992–2009, mas nao necessariamente no

mesmo local. Isto sugere que o que foi registrado no fundeio nao representa um

fenomeno unico, e que a chegada de vortices, se nao comum, pode ser recorrente.

O meandramento e a emissao de vortices na Corrente do Brasil tem sido estuda-

dos levando-se em conta apenas condicionantes devidas ao proprio escoamento e

sua bacia subjacente. Considerar a chegada de vortices de origem remota significa

adicionar outra fonte de energia e vorticidade desprezadas ate agora.

30

Capıtulo 3

Transporte de aguas modais por

vortices das Agulhas

3.1 Resumo

A emissao de vortices das Agulhas e um importante processo na conexao entre os

oceanos Indico e Atlantico. Os vortices transportam aguas quentes e salinas que

alimentam o ramo superficial da celula de revolvimento meridional. Neste estudo

analisamos o caminho de dois vortices das Agulhas e apresentamos os perfis de tem-

peratura e salinidade obtidos por boias Argo e sondas XBT (expendable bathyther-

mograph). Em um dos vortices e revelada a presenca de duas aguas modais que

se preservaram ao longo de 1 ano de amostragem contınua. O segundo vortice e

amostrado por secoes XBT, realizadas em tres cruzeiros no intervalo de 1 ano, que

mostram o nucleo com uma estrutura lenticular preenchida com agua modal. Este

vortice e tambem amostrado por perfiladores Argo que mostram a persistencia da

agua modal ate a costa brasileira. A despeito de seu decaimento, os vortices das

Agulhas foram capazes de transportar aguas modais por mais de 4000 km ate a

bacia oeste do Oceano Atlantico Sul. Estes fatos demonstram sua capacidade de

transportar massas d’agua aprisionadas no seu nucleo por longas distancias ate a

margem continental brasileira.

3.2 Introducao

A Retroflexao das Agulhas exerce um papel importante na ventilacao da termoclina

do Atlantico Sul por meio da emissao de vortices quentes, conhecidos como vortices

das Agulhas, com 300 km de diametro e profundidades de centenas de metros. Cada

vortice transporta em media cerca de 1 Sv (1 Sv = 106 m3/s) de aguas quentes

e salinas originarias do Oceano Indico para o Atlantico Sul, contribuindo para o

31

ramo superior da MOC (BYRNE et al., 1995; GONI et al., 1997). Assumindo-

se um numero medio de 6 vortices emitidos por ano (LUTJEHARMS, 1996), esse

transporte representa entao um aporte anual de aproximadamente 6 Sv.

Embora considere-se difıcil usar indicadores de massa d’agua para seguir aguas

originarias do Indico no Atlantico Sul, dada a similaridade entre as aguas de termo-

clina (GORDON e HAXBY, 1990), aguas modais, caracterizadas pela homogenei-

dade vertical de suas propriedades, podem ser boas tracadoras porque sua origem

se da em sıtios especıficos sob condicoes especiais e podem ser reconhecidas na es-

trutura vertical de temperatura e salinidade (MCCARTNEY, 1982). Aguas modais

originarias do Oceano Indico e transportadas como parte do vazamento das Agu-

lhas podem ser encontradas em vortices das Agulhas no Oceano Atlantico Sul. A

SIMW, marcada pela termostata de 17◦C, e bem desenvolvida dentro de vortices

das Agulhas proximos a Retroflexao (GORDON, 1985; GORDON e HAXBY, 1990).

Com o distanciamento da origem, a agua modal e erodida no topo e na base, mas

ainda e reconhecıvel nos perfis de temperatura e salinidade (BYRNE et al., 1995).

Outra variedade de agua modal presente em vortices das Agulhas e reconhecida

pela termostata de 12◦C, e frequentemente citada como SAMW (MCDONAGH e

HEYWOOD, 1999). OLSON et al. (1992) sugerem que aguas modificadas na Re-

troflexao das Agulhas podem desempenhar um papel determinante na natureza da

termoclina do Atlantico Sul.

Estudos anteriores mostraram que os vortices das Agulhas decaem enquanto cru-

zam o Atlantico Sul, possivelmente difundindo seu conteudo quente e salino no inte-

rior do giro subtropical (BYRNE et al., 1995; GORDON e HAXBY, 1990; SCHOU-

TEN et al., 2000). Neste trabalho, procuramos mostrar que a influencia da conexao

entre o Oceano Indico e o Oceano Atlantico pode ser ainda mais extensa, uma vez

que aguas modais podem ser preservadas no nucleo de vortices das Agulhas e trans-

portadas por distancias maiores que 4000 km ao longo do Atlantico Sul, chegando

a atingir a regiao da Corrente do Brasil. Para tanto, analisamos dois vortices que

foram identificados e seguidos desde a Retroflexao das Agulhas, usando-se mapas al-

timetricos da anomalia da altura da superfıcie do mar. O primeiro vortice analisado

(chamado Ana) capturou um perfilador Argo por 1 ano, possibilitando um registro

contınuo de aguas modais em seu interior. O segundo vortice (chamado Eliza) foi

fatiado em tres diferentes ocasioes, ao longo de 1 ano, por secoes de XBT. Os dados

mostram um volume lenticular de agua modal em seu nucleo que se preservou du-

rante o perıodo amostrado. Entre a secao XBT mais ocidental e a costa brasileira,

o Vortice Eliza foi tambem amostrado diversas vezes por perfiladores Argo, cujos

perfis revelaram a persistencia da agua modal. Esta foi usada como tracador para

acompanhar o vortice ate a margem continental brasileira, quando o sinal da AAS

ja era fraco. O transporte de Aguas Modais no interior de vortices das Agulhas, sua

32

possıvel diminuicao de volume e alteracao, e importancia para a ventilacao do giro

subtropical do Oceano Atlantico Sul e conexao com a Corrente do Brasil sao foco de

interesse neste capıtulo. A evolucao das propriedades da agua modal, a espessura

das camadas e a sua ocorrencia, considerada a distancia para a zona de formacao,

sao examinadas.

Este capıtulo esta estruturado conforme descricao a seguir. Na secao 3, apre-

sentamos os conjuntos de dados utilizados, bem como as tecnicas de analise. Apre-

sentamos ainda uma descricao sucinta do modelo de duas camadas com gravidade

reduzida usado para inferir as propriedades dinamicas dos vortices. Os resultados

sao mostrados na secao 4, onde procuramos apresentar as variacoes nos parametros

dos vortices e as tendencias observadas. Na secao 5 discutimos nossos resultados e

fazemos uma confrontacao com os da literatura. Por fim, na secao 6 fazemos um

sumario e apresentamos as conclusoes do estudo.

3.3 Metodologia

3.3.1 Rastreio de vortices

Vortices das Agulhas foram identificados na regiao de formacao e entao seguidos ao

longo do Atlantico Sul a partir da analise de mapas semanais de AAS, no perıodo de

Outubro de 1992 ate Maio de 2010. Esses mapas, produzidos por SSALTO/DUACS

e distribuıdos pela AVISO, sao identificados como Mapped Sea Level Anomaly -

Delayed Time - Updated e possuem resolucao espacial de 1/3◦ em uma grade Mer-

cator, tendo sido calculados com dados de altura da superfıcie do mar medidos por

altımetros de todas as missoes disponıveis no perıodo. Foram aplicadas correcoes

geofısicas usuais (mare, atmosfericas, etc), e por fim foram referenciados a uma al-

tura media de 7 anos (1993–1999) (DUCET et al., 2000; LE TRAON et al., 1998,

2003; PASCUAL et al., 2006).

O metodo de rastreio consistiu na identificacao visual de estruturas vorticais

coerentes nas proximidades da Retroflexao das Agulhas. Essas estruturas sao carac-

terizadas pela forma aproximadamente circular, com isolinhas de altura fechadas,

e com AAS positiva. Utilizou-se um criterio objetivo como apoio: o parametro

Okubo-Weiss (OKUBO, 1970; WEISS, 1991), que leva em consideracao a vortici-

dade e a taxa de deformacao do escoamento. O acompanhamento nao se baseou em

um algoritmo automatico e os vortices foram identificados individualmente em cada

mapa de AAS. A premissa de que estruturas vorticais com AAS positiva observadas

na Bacia do Cabo junto a retroflexao sao de fato vortices das Agulhas, sustenta-

se em estudos hidrograficos realizados anteriormente (ARHAN et al., 1999; GONI

et al., 1997; VAN BALLEGOOYEN et al., 1994). Para maiores detalhes sobre o

33

metodo, ver o Capıtulo 2.

3.3.2 Amostragem dos vortices

Perfis de temperatura e salinidade obtidos por boias Argo

(http://www.argo.ucsd.edu e http://argo.jcommops.org) entre as latitudes

10◦S–45◦S, no Oceano Atlantico, foram usados neste estudo. Selecionamos somente

aqueles que amostraram os vortices analisados. Foram utilizadas medicoes com

flags recomendados pelo controle de qualidade (WONG et al., 2009). Utilizamos o

World Ocean Atlas 2009 (WOA09) (ANTONOV et al., 2010; LOCARNINI et al.,

2010) como base para comparacao com os perfis Argo. Aqueles perfis com valores

considerados erroneos, tomando-se por base os perfis climatologicos sazonais do

World Ocean Atlas 2009, foram desconsiderados.

Perfis de temperatura das secoes de alta densidade de XBT, denominadas AX18,

que cruzam o Atlantico Sul desde a Africa do Sul ate o Brasil, e disponibilizadas

pela NOAA/AOML, tambem foram utilizados. Os lancamentos foram espacados em

aproximadamente 50 km e as sondas atingiram a profundidade de 850 m. Foram

identificadas 3 secoes (em 8◦W, 16◦W e 24◦W de longitude, respectivamente nos

cruzeiros de Fevereiro/2009, Julho/2009 e Janeiro/2010) cruzando o mesmo vortice

(Eliza), no intervalo de 1 ano. O controle de qualidade dos dados de XBT seguiu

os procedimentos descritos por BAILEY et al. (1994). Perfis de salinidade foram

estimados pela metodologia descrita por THACKER (2004) para o Atlantico Sul.

Secoes de velocidade geostrofica foram calculadas usando-se os perfis de tempera-

tura e salinidade dos cruzeiros AX18. Foi utilizado o metodo dinamico, tomando-se

por referencia a velocidade geostrofica na superfıcie calculada a partir da altura da

superfıcie do mar absoluta (STEWART, 2003). Os mapas de velocidade geostrofica

na superfıcie (produzidos por SSALTO/DUACS e distribuıdos pela AVISO) foram

calculados a partir da altura da superfıcie do mar absoluta, que soma a AAS a

topografia dinamica media MDT CNES-CLS09, produzida pela CLS Space Oceano-

graphy Division e tambem distribuıda pela AVISO (CLS, 2011; RIO et al., 2011).

3.3.3 Propriedades dos Vortices

Com o intuito de se avaliar a estrutura dos vortices e sua variacao ao longo da

trajetoria, empregou-se um modelo de duas camadas com gravidade reduzida na

derivacao de suas propriedades dinamicas. Numa primeira aproximacao, um mo-

delo simplificado que represente o oceano dividido em duas camadas, uma aquecida

sobrejacente a uma camada mais fria e densa, pode ser utilizado para se estimar

a estrutura vertical de vortices (OLSON, 1991). Neste tipo de modelo, os desvios

da termoclina tem por contrapartida variacoes na altura da superfıcie do mar de-

34

Figura 3.1: Profundidade media da termoclina, em metros, representada pela iso-terma de 10◦C, baseada nos dados da climatologia anual do World Ocean Atlas2009.

fasadas em 180◦. Os gradientes de pressao resultantes estao associados a estrutura

baroclınica do escoamento e assume-se que ambas as camadas estao em movimento,

sendo o movimento da camada inferior amarrado a componente barotropica do gra-

diente de pressao. A camada superior se estende da superfıcie ate a termoclina prin-

cipal que e representada por uma isoterma (ver Figura 7 de GONI et al. (1996)),

cuja profundidade possui forte correlacao com a altura da superfıcie do mar. Nas

proximidades da Retroflexao das Agulhas, a correlacao entre a profundidade da iso-

terma de 10◦C e a altura da superfıcie do mar e significativa (GARZOLI et al.,

1997; OLSON e EVANS, 1986). Neste estudo tambem adotou-se a isoterma de 10◦C

como representativa da termoclina, pois sua correlacao e forte no interior do giro

subtropical ao longo do caminho dos vortices.

A profundidade media da isoterma de 10◦C foi determinada a partir dos dados

de temperatura da climatologia anual do WOA09 (Figura 3.1). Observa-se na figura

um aprofundamento da termoclina no sentido leste–oeste no Oceano Atlantico Sul.

Nota-se tambem uma divisao em duas celulas mais profundas, uma confinada a Bacia

do Cabo e outra a Bacia do Brasil. Os limites das celulas parecem ser impostos pelo

relevo submarino. A celula oriental deve sua existencia possivelmente a grande

ocorrencia de vortices das Agulhas no interior da Bacia do Cabo, cujas termoclinas

rebaixadas devem reverter a tendencia geral de elevacao da termoclina no Atlantico

Sul subtropical no sentido leste. Ja a celula ocidental domina a bacia oeste do

Atlantico Sul, na zona subtropical. Porem, o nucleo com as maiores profundidades

da termoclina, com cerca de 525 m, encontra-se confinado a oeste da Elevacao do

Rio Grande a ao sul do Plato de Sao Paulo.

A gravidade reduzida, que e utilizada no modelo, da uma medida da forca res-

tauradora que depende da estratificacao local. Ela foi calculada de acordo com a

35

Figura 3.2: Campo medio da gravidade reduzida calculado com as medias clima-tologicas anuais de temperatura e salinidade do World Ocean Atlas 2009.

seguinte equacao:

g′ =ρ2(x, y)− ρ1(x, y)

ρ2(x, y)g (3.1)

onde g = 9, 8 m/s2 representa a aceleracao da gravidade, e ρ1 e ρ2 a densidade

media das camadas superior e de fundo, respectivamente. A densidade foi calculada

de acordo com (FOFONOFF e MILLARD, 1983) a partir dos dados de temperatura

e salinidade da climatologia anual do WOA09, desconsiderando-se o efeito da pressao

(densidade potencial). A camada de fundo foi limitada, para efeito de integracao

da densidade, em 1500 m de profundidade ou, quando em local mais raso, no fundo

oceanico. A Figura 3.2 mostra a distribuicao de g′ na regiao estudada.

Conhecida a profundidade media da termoclina e o campo medio de gravidade

reduzida, calculou-se a variacao instantanea da espessura da camada superior no

centro do vortice utilizando-se o modelo, a partir da AAS da altimetria (GONI

et al., 1996):

h1(x, y, t) = h1(x, y) +g

g′(x, y)[η′(x, y, t)−B′(x, y)] (3.2)

onde h1 e a espessura da camada superior, h1 e a espessura media da camada

superior, que equivale a profundidade media da isoterma em relacao ao nıvel medio

do mar, η′ e a anomalia da altura da superfıcie do mar, B′ equivale a contribuicao

barotropica a anomalia da altura da superfıcie do mar, sendo que B′ = 0, pois

|B′| � |η′|.No caso do Vortice Eliza, alem da estimativa da profundidade maxima da ter-

moclina usando o modelo, foi possıvel tambem fazer uma avaliacao da distribuicao

36

radial da profundidade da termoclina a partir das secoes XBT que fatiaram a feicao.

Utilizando-se um sistema de coordenadas radiais com origem no centro do vortice,

ajustou-se uma curva gaussiana para definir o seu limite inferior (GONI et al., 1997;

OLSON et al., 1985):

h1(r) = h0e−r2/(2L2) + h∞ (3.3)

onde r corresponde a distancia radial; h∞ e a profundidade da termoclina fora do

vortice, que equivale aproximadamente a profundidade media climatologica; h0 e

a diferenca entre a profundidade maxima da termoclina, no centro do vortice, e a

profundidade h∞; e L e o raio do vortice.

Um diagnostico simples das variacoes do vortice e feito pela avaliacao do seu

volume (OLSON et al., 1985). O limite inferior do volume considerado do vortice

e dado pela distribuicao radial da profundidade da termoclina, representada pela

isoterma de 10◦C. O volume do vortice corresponde a anomalia gerada no campo

de massa por sua passagem, e seu calculo considera a depressao da termoclina em

relacao a sua profundidade fora da influencia do vortice, e e calculado por

V ol =

∫A

(h1(r)− h∞)dA (3.4)

onde, considerando-se a forma dada pela funcao gaussiana, a integracao se reduz a

V ol = 2πL2h0. (3.5)

Embora o volume do vortice se estenda a profundidades maiores que a da isoterma

de 10◦C, conforme sera mostrado adiante, a escolha do parametro se da em con-

formidade com o modelo utilizado e de forma a permitir comparacoes com outros

estudos (por exemplo, GARZOLI et al. (1999); GONI et al. (1997)). A energia

potencial disponıvel baseada no modelo (OLSON et al., 1985), e calculada por

APE =ρ1g′

2

∫A

[(h1(r)− h∞)2]dA. (3.6)

onde novamente, considerando-se uma secao gaussiana, a solucao se reduz a

APE =π

2ρ1g′h20L

2. (3.7)

37

Figura 3.3: Trajetorias do vortice Ana e dos perfiladores Argo. As estrelas marcamas posicoes onde os perfiladores amostraram dentro do vortice.

3.4 Resultados

3.4.1 Vortice Ana

O Vortice Ana foi acompanhado entre os dias 22/09/2004 e 02/05/2007, quando

deixou de apresentar uma assinatura clara no campo de AAS ao norte da Elevacao

do Rio Grande, proximo ao meridiano 35◦W. O perfilador Argo 1900487 foi cap-

turado pelo vortice, proximo a 7◦W em 05/10/2005, e transportado por mais de

3 mil quilometros (aproximadamente 1, 93 × 103 km em linha reta), ao longo de

393 dias, realizando um total de 40 perfilagens e 7 voltas anticiclonicas no interior

do vortice resultando em uma amostragem extraordinariamente longa (Figura 3.3).

Alem deste, dois outros perfiladores tambem foram capturados pelo vortice e amos-

traram sua estrutura: 1900525, entre 26/10/2005 e 22/02/2006; e 1900285, entre

08/03/2006 e 24/05/2006.

As secoes de temperatura e salinidade construıdas a partir dos dados do perfi-

lador Argo 1900487 (Figura 3.4) mostram duas termostatas de 17◦C e 12◦C, e suas

respectivas halostatas de 35,6 e 35,1, entre as profundidades de 70–280 m e 400–550

m, apenas no perıodo em que o perfilador esteve aprisionado no interior do vortice.

A termostata de 17◦C se nota durante todo o perıodo de amostragem, enquanto

a de 12◦C e mais evidente em duas ocasioes. Esta variacao na espessura das ter-

mostatas esta relacionada a distancia do perfil Argo ao centro do vortice. Apesar

do resfriamento da superfıcie pela chegada do inverno austral observa-se, na secao

de temperatura, que nao ocorre a recaptura da camada entre 16–17◦C. Esta secao

torna evidente que aguas modais sao preservadas por longas distancias dentro de

vortices das Agulhas, sendo amostradas pelo perfilador a mais de 5000 km da regiao

de formacao. Os valores de temperatura e salinidade, bem como a ocorrencia das

picnostatas, sao confirmados pelos perfiladores 1900285 e 1900525.

Usando-se o modelo de duas camadas, calculou-se a profundidade da termoclina

38

Figura 3.4: As secoes de temperatura e salinidade construıdas a partir dos dadosmedidos pelo perfilador Argo 1900487 permitem a visualizacao das espessas ter-mostatas, e respectivas halostatas, que indicam as aguas modais entre as isotermas16–17◦C e 12–13◦C. As linhas verticais tracejadas indicam o perıodo em que o per-filador Argo foi capturado pelo Vortice Ana.

39

no centro do Vortice Ana (Figura 3.5). Embora, segundo a climatologia, a pro-

fundidade media da isoterma de 10◦C aumente enquanto o vortice se desloca para

oeste, observa-se uma expressiva reducao da profundidade da mesma no interior do

vortice, de acordo com o modelo. Esta tendencia se deve ao decaimento que o vortice

experimenta com o tempo que resulta numa diminuicao da elevacao da superfıcie.

As profundidades da termoclina medidas pelos perfiladores Argo sao marcadas por

pontos no grafico. Quanto mais proximo do centro do vortice o perfil estiver, mais

profunda se encontra a termoclina, se aproximando da estimativa feita pelo modelo.

No entanto, observa-se que no terco final do perıodo de amostragem, embora al-

guns perfis tenham sido amostrados a poucas dezenas de quilometros do centro do

vortice, a profundidade medida da isoterma se aproxima mais da climatologica que

da estimativa do modelo. A Figura 3.4 mostra uma subida de aproximadamente

200 m da isoterma neste perıodo. Esta discrepancia entre o resultado do modelo e

a amostragem pode estar relacionada a uma imprecisao na determinacao do centro

do vortice nos mapas altimetricos, ou a uma possıvel heterogeneidade do vortice

relacionada a sua inclinacao ou interacoes com feicoes vorticais proximas. Algumas

perfilagens realizadas no interior do vortice mostram tambem a termoclina mais rasa

que a media climatologica que fora utilizada para representar h∞ no lugar de valores

medidos fora da influencia do vortice.

3.4.2 Vortice Eliza

O Vortice Eliza foi seguido entre os dias 19/09/2007 e 03/11/2010, desde sua

formacao na regiao da Retroflexao das Agulhas ate a costa brasileira, na regiao

ao largo da Bacia de Campos. Este vortice foi amostrado por sondas XBT nas

longitudes 8◦W, 16◦W e 24◦W, em tres cruzeiros consecutivos, realizados em feve-

reiro de 2009, julho de 2009, e janeiro de 2010, respectivamente (Figura 3.6). Nas

tres secoes, os dados de XBT mostraram um grande volume de agua modal entre

16–17◦C no interior do vortice, com espessura de aproximadamente 250 m, eviden-

ciando a estrutura lenticular da agua aprisionada (Figura 3.7). Neste vortice, nao se

observa a agua modal de 12–13◦C identificada no Vortice Ana. A partir de 25◦W, o

Vortice Eliza foi amostrado 22 vezes por 7 perfiladores Argo em diferentes posicoes,

atingindo o meridiano de 38◦W chegando a Bacia de Campos. Os perfis Argo mos-

traram a persistencia da termostata (e halostata correspondente de 35,6) ate atingir

a regiao da Corrente do Brasil, preservando parte da agua modal no interior do

vortice. Este item sera discutido adiante.

Na Figura 3.7 observa-se que, no interior do Vortice Eliza, a termoclina, re-

presentada pela isoterma de 10◦C, encontra-se afundada cerca de 150 m abaixo da

profundidade da climatologia e da regiao distante do vortice. Ao longo deste tra-

40

Figura 3.5: Profundidade da termoclina representada pela isoterma de 10◦C ao longodo caminho do Vortice Ana. A linha azul marca a profundidade da termoclinano centro do vortice calculada com o modelo de duas camadas. A linha vermelhamostra a profundidade media anual da termoclina. Os pontos coloridos representama profundidade da isoterma de 10◦C medida pelos perfiladores Argo no interior dovortice.

41

Figura 3.6: Caminho do Vortice Eliza ate a costa brasileira. Painel superior: Oscırculos brancos denotam a posicao do centro do Vortice Eliza nos mapas semanaisde altimetria entre 19/09/2007 e 03/11/2010. Os cırculos vermelhos indicam asposicoes do vortice quando foi amostrado em tres diferentes cruzeiros da linha AX18,respectivamente, em fevereiro e julho de 2009 e janeiro de 2010. Os pontos azuismostram os lancamentos de XBT realizados nos cruzeiros da linha AX18. Painelinferior: Mapas de AAS na data em que o vortice foi amostrado com perfiladoresXBT, cujas posicoes de lancamento sao indicadas pelos pontos pretos.

42

Figura 3.7: Secao de temperatura do Vortice Eliza em 31 de janeiro de 2010. A secaomostra a estrutura lenticular da agua modal entre 16–17◦C no interior do vortice.A linha vermelha marca a profundidade da isoterma de 10◦C na climatologia anualdo World Ocean Atlas 2009.

balho privilegiamos o uso da profundidade climatologica da isoterma de 10◦C em

detrimento da profundidade nao perturbada distante da influencia do vortice. Esta

escolha se deveu ao fato de nem sempre a amostragem disponıvel favorecer a ob-

servacao do campo fora da influencia do vortice, como no caso do Vortice Ana,

amostrado por perfiladores Argo, ou por estar o vortice frequentemente associado a

ciclones que igualmente perturbam a estrutura de massa do campo proximo.

A secao de salinidade sintetica calculada pela NOAA/AOML de acordo com

(THACKER, 2004) (Figura 3.8) reproduz bem o valor tıpico da halostata respec-

tiva a termostata de 17◦C. Na Figura 3.9 observa-se a secao de velocidade geostrofica

do Vortice Eliza no dia 31/01/2010. Esta secao e a que melhor representa a veloci-

dade no interior do vortice pois foi a que mais se aproximou do centro da feicao. O

maximo de velocidade ocorre abaixo da superfıcie centrado entre 200 m e 250 m. O

escoamento para norte, na borda leste do vortice, e ligeiramente mais intenso e es-

treito que do bordo contrario devido a proximidade de um ciclone posicionado a leste

da feicao. O nucleo de velocidade maxima do vortice coincide com a profundidade

da termostata de 17◦C.

43

Figura 3.8: Secao de salinidade do Vortice Eliza em 31 de janeiro de 2010. A secaomostra a estrutura lenticular da agua modal entre 35,6–35,7◦C no interior do vortice.

44

Figura 3.9: Secao de velocidade geostrofica do Vortice Eliza em 31 de janeiro de2010. As isolinhas de velocidade estao em metros por segundo.

45

A Tabela 3.1 apresenta os parametros utilizados no modelo de duas camadas para

a estimativa do volume e da energia potencial disponıvel. A gravidade reduzida, g′, e

a espessura media da camada superior do modelo, h1, foram obtidas da climatologia

WOA09 (Figuras 3.2 e 3.1). A espessura instantanea da camada superior do modelo

no centro do vortice, h1, foi calculada com o modelo a partir de η′ obtida do mapa

altimetrico do dia correspondente as perfilagens, e h0 representa a diferenca entre

h1 e h1.

Tabela 3.1: Parametros utilizados no modelo de duas camadas com gravidade redu-zida. Os valores de g′ e h1 sao obtidos da climatologia WOA09. Do mapa altimetricocorrespondente ao dia da perfilagem pelas sondas XBT e extraıdo o valor de η′. Aprofundidade h1 no centro do vortice e calculada a partir do modelo. E o valor de h0equivale a profundidade maxima da termoclina no vortice em relacao a profundidadeclimatologica h1.

Data g′ η′ h1 h1 h0

[m/s2] [m] [m] [m] [m]

14/02/2009 0,009 0,43 945 480 465

20/07/2009 0,009 0,30 827 495 332

31/01/2010 0,010 0,23 732 510 222

A estimativa das propriedades dinamicas do vortice exige a definicao dos limites

da feicao. Destes limites, o mais crıtico e o raio, que por sua ordem de grandeza

possui maior peso nos calculos. Adotamos quatro maneiras de definir o raio do

vortice: 1) o raio do anel de maxima velocidade em torno do vortice; 2) o raio

da isolinha fechada de altura da superfıcie do mar (respectivamente, 10 cm, 10 cm

e 14 cm); 3) o raio obtido a partir do ajuste da curva gaussiana; e 4) o raio da

camada de agua modal de 17◦C. Os valores foram estimados nos extremos dos eixos

meridional e zonal e adotou-se o valor medio (estimativas 1, 2 e 4), uma vez que

o Vortice Eliza e aproximadamente circular. No caso do raio definido pelo ajuste

de curva, conhecidos os valores de h0 e h1, variou-se o parametro L em busca do

melhor ajuste. Na Tabela 3.2 estao listados os valores dos raios conforme o criterio

empregado. Note-se que em cada amostragem, a area calculada do vortice variou

de 6–8 vezes a menor estimativa, de acordo com o criterio de definicao do raio.

A Tabela 3.3 apresenta os valores de Vol e APE calculados utilizando-se os

diferentes raios do vortice. Nossos resultados sao comparaveis aos da literatura

(GARZOLI et al., 1999; GONI et al., 1997). Os valores obtidos utilizando-se o raio

da camada de agua modal sao os mais altos, uma vez que este criterio define um raio

duas vezes maior que o de maior velocidade, que e o mais utilizado na literatura. A

excecao fica por conta da amostragem do dia 31/01/2010. Os vortices das Agulhas

estao entre os mais enegeticos do oceano global, e mesmo quando o Vortice Eliza

46

ja apresentava uma AAS tres vezes menor que o pico na Bacia do Cabo, na ultima

amostragem, os valores de APE sao comparaveis aos vortices da Confluencia Brasil-

Malvinas (Tabela 3.4) e de outras correntes de contorno oeste (OLSON, 1991).

Tabela 3.2: Raios do Vortice Eliza (em quilometros) de acordo com os criteriosde definicao adotados. Os subscritos referem-se aos criterios: 1) o raio do anel demaxima velocidade; 2) o raio da isolinha fechada de AAS; 3) o raio obtido com oajuste da curva gaussiana; e 4) o raio da camada de agua modal de 17◦C.

Data L1 L2 L3 L4

14/02/2009 90 154 65 176

20/07/2009 108 139 78 194

31/01/2010 107 119 50 97

Tabela 3.3: Valores de volume (1012 m3) e energia potencial disponıvel (1015 J)calculados para o Vortice Eliza para as tres amostragens utilizando-se as diferentesdefinicoes do raio, conforme o subscrito. Os subscritos referem-se aos criterios: 1) oraio do anel de maxima velocidade; 2) o raio da isolinha fechada de AAS; 3) o raioobtido com o ajuste da curva gaussiana; e 4) o raio da camada de agua modal de17◦C.

Data V ol1 V ol2 V ol3 V ol4 APE1 APE2 APE3 APE4

14/02/2009 24 69 12 90 25 74 13 97

20/07/2009 24 40 13 78 19 31 9,7 60

31/01/2010 16 20 3,5 13 9,1 11 2,0 7,5

3.5 Discussao

3.5.1 Origem das aguas modais

A formacao de aguas modais decorre da conveccao profunda que se da no inverno,

quando as condicoes atmosfericas geram uma camada de mistura que pode se tornar

bem profunda. Isto ocorre especialmente quando as aguas aquecidas da superfıcie do

mar estao em contato com massas de ar frias. Este e o caso da regiao da Retroflexao

das Agulhas que recebe aguas subtropicais calidas, trazidas pela corrente de con-

torno oeste, e onde ocorrem intensos ventos de origem subpolar. Sob estas condicoes

reinam na regiao fluxos sazonalmente persistentes do oceano para a atmosfera (BUN-

KER, 1988; WALKER e MEY, 1988) que modificam a agua da termoclina superior,

originando grandes volumes de agua com propriedades homogeneas. O fluxo de ca-

lor e sal na superfıcie da Retroflexao das Agulhas excede o de qualquer outra regiao

no Hemisferio Sul, e como resultado dessa interacao ar-mar sao produzidas aguas

47

Tabela 3.4: Parametros de vortices da Confluencia Brasil-Malvinas e das Agulhas.Foram utilizados com limites dos vortices a isoterma de 10◦C e o anel de maximavelocidade. No final da tabela sao apresentados os valores do Vortice Eliza.

Fonte Vortice Vmax Lmax V ol APE

[m/s] [km] [1012 m3] [1015 J]

Brasil/Malvinas

GORDON (1989) Cleopatra 0,50 135 - 23

Anthony 0,35 55 - 2,1

Asp 0,77 70 - 9,1

Agulhas

VAN AKEN et al. (2003) Astrid 1,0 120 38 20

OLSON e EVANS (1986) RE 0,9 130 26 51

CTE 0,6 115 30 31

MCDONAGH et al. (1999) Ring 1 0,6 71 15 5

Ring 2 0,8 75 24 8

GARZOLI et al. (1999) Ring 1 0,4 100 31 43

Ring 2 0,2 110 42 52

Ring 3 0,3 100 19 15

Este estudo Eliza Fev/09 0,3 90 24 25

Eliza Jul/09 0,3 108 24 25

Eliza Jan/10 0,4 107 16 9

modais com temperaturas potenciais na faixa de 17,4–17,8◦C, e as mais modificadas

pelas trocas com a atmosfera apresentam temperaturas ≈ 16, 5◦C (OLSON et al.,

1992). Estas aguas intemperizadas sao encontradas predominantemente no entorno

da Retroflexao das Agulhas, mas tambem aprisionadas em vortices das Agulhas

(OLSON et al., 1992).

Entretanto, TSUBOUCHI et al. (2010) afirmam que a Agua Modal Subtropical

do Indico e formada na regiao ao norte da Frente Subtropical entre os paralelos 27–

38◦S e os meridianos 28–45◦E e apresenta como caracterısticas medias temperatura

de 16,54±0, 49◦C, salinidade de 35,51±0,04 e densidade 26,0±0, 1σθ. Os autores

apontam que a temperatura desta agua modal varia espacialmente, apresentando

temperaturas mais altas a oeste da zona de formacao, tendo sido observada a oeste

de 40◦E com propriedades em torno de 17◦C, 35,6 e 26,0σθ, justificando o fato de

ser encontrada na retroflexao com cerca de 1◦C acima da media. A termostata de

17◦C ja foi observada tambem na latitude de 32◦S, a oeste de 40◦E (MCDONAGH

et al., 2005; TOOLE e WARREN, 1993). As analises de MCDONAGH et al. (2005)

sugerem que a termoclina a oeste de 40◦E nao seja recentemente ventilada, ao inves,

48

recirculada no sub-giro anticiclonico na porcao sudoeste do Oceano Indico, o que

excluiria a possibilidade de contato com a atmosfera por meio de uma recaptura

pela camada de mistura.

GORDON et al. (1987) sugerem a formacao local de aguas modais como resul-

tado da mistura de inverno na zona da retroflexao. Concentracoes de oxigenio dissol-

vido proximas a saturacao sugerem que na regiao da retroflexao, no final do inverno,

ocorre a ventilacao da termoclina com aguas com caracterısticas muito proximas da

SIMW (17–18◦C, 35,57) (ARHAN et al., 1999; GORDON, 1985). Dados de tem-

peratura da superfıcie do mar da climatologia sazonal WOA09, nas posicoes do

caminho do Vortice Ana, mostram que a unica estacao do ano em que a agua de

17◦C permanece isolada da superfıcie e o verao austral (Figura 3.10). No restante

do ano e comum o resfriamento e afundamento da camada de mistura na Bacia

do Cabo, o que provavelmente leva a uma recaptura de uma agua de 17◦C even-

tualmente transportada pela Corrente das Agulhas ate a retroflexao. Os dados de

temperatura dos diversos cruzeiros NOAA/AOML da linha AX18 confirmam esse

padrao. Na Figura 3.11 observa-se a temperatura da superfıcie do mar tıpica de in-

verno (WOA09) no sudeste do Oceano Atlantico. Na Bacia do Cabo a temperatura

media na superfıcie e menor que 17◦C, enquanto na Bacia de Angola e na regiao

da Retroflexao das Agulhas as temperaturas sao mais elevadas. Desta forma, seria

mais apropriado afirmar que a agua modal caracterizada pela termostata de 17◦C

que ocorre no entorno da Retroflexao das Agulhas e no interior dos vortices emitidos

dela, trata-se na verdade de uma agua modal da Retroflexao das Agulhas, ao inves

de uma agua modal subtropical do Indico. Deve-se notar que a regiao de ocorrencia

desta temperatura superficial esta confinada a Bacia do Cabo. Fora dela, na vizinha

Bacia de Angola, nao se observam tais valores na superfıcie.

A termostata mais profunda de 12◦C tambem ja foi observada no interior de

vortices das Agulhas na regiao da retroflexao e na Bacia do Cabo. Ela foi iden-

tificada como Agua Modal Subantarctica (SAMW), e sua presenca no interior dos

vortices das Agulhas foi sugerida como sendo fruto do entranhamento de aguas su-

perficiais oriundas do sul da Frente Subtropical por ocasiao da emissao do vortice

(SCHMID et al., 2003). Segundo MCDONAGH et al. (2005) esta agua modal e

formada ao norte da frente das Agulhas, portanto de origem subtropical ao inves de

subantarctica.

Cada vortice das Agulhas apresenta caracterısticas proprias tais como diametro,

profundidade, velocidade de rotacao, presenca ou ausencia de aguas modais, que

estao ligadas a sua formacao (ARHAN et al., 1999). A ausencia da termostata

de 12◦C no Vortice Eliza pode indicar que durante a formacao do vortice esta agua

modal nao estivesse disponıvel na regiao de formacao. Nao parece razoavel supor que

uma possıvel camada de agua modal de 12◦C tivesse sido completamente erodida

49

Figura 3.10: Temperatura da superfıcie do mar na trajetoria do vortice Ana. Ascurvas se referem aos valores da climatologia sazonal WOA09. Apenas no veraoaustral nao se observa temperaturas menores ou iguais a 17◦ na Bacia do Cabo.

50

Figura 3.11: Temperatura media da superfıcie do mar, em graus Celsius, para aBacia do Cabo. Os valores se referem a climatologia sazonal de inverno do WOA09.A isoterma de 17◦C esta assinalada em azul.

resultando na sua nao observacao. Se a erosao esta associada ao decaimento da

feicao, que por sua vez parece estar relacionado ao tempo de vida do vortice, por

que entao a mesma agua modal teria sido claramente observada proximo a Cadeia

Mesoatlantica no Vortice Ana? A despeito do Vortice Eliza ter sido emitido em

julho, no inverno austral, e o Vortice Ana ter sido emitido em setembro, na primavera

austral, o primeiro nao apresenta sinal da SAMW, conforme ja pontuado. Nossos

dados nao permitem tecer conclusoes sobre este fato.

3.5.2 Decaimento dos vortices

Desde que tornaram-se disponıveis os dados de altimetria do satelite Geosat, fo-

ram estabelecidas curvas de decaimento dos vortices das Agulhas que dao indicacao

da perda exponencial de energia ao longo da trajetoria no Oceano Atlantico Sul

(BYRNE et al., 1995; GORDON e HAXBY, 1990; SCHOUTEN et al., 2000). As

curvas de decaimento sugerem que os vortices se desmancham e possivelmente di-

fundem seu conteudo no interior do giro subtropical. Entretanto, pouco se conhece

da hidrografia e estrutura vertical desses vortices para alem dos limites da Bacia

do Cabo. Supoe-se que ocorra uma erosao do nucleo do vortice na mesma taxa de

decaimento da AAS (BYRNE et al., 1995; SCHOUTEN et al., 2000).

51

Nossos resultados indicam que ocorre um decaimento dos vortices observavel

na altura da superfıcie do mar, e com resposta direta no volume e energia. A

Figura 3.12 mostra que os vortices Ana e Eliza possuem um sinal de elevacao da

superfıcie do mar acima da media e que experimentam uma acentuada diminuicao ao

cruzarem a Cadeia Walvis. A influencia da Cadeia se faz notar ate na desaceleracao

dos vortices das Agulhas na passagem por entre seus vales (GRUNDLINGH, 1995).

A interacao entre os vortices e a Cadeia Walvis causa alteracoes na estrutura das

feicoes (KAMENKOVICH et al., 1996), ocorrendo perda de massa (RICHARDSON

e GARZOLI, 2003). Apos ultrapassar a cadeia, eles continuam decaindo enquanto

cruzam o Atlantico mas numa taxa aproximadamente linear. Os dados do Vortice

Eliza permitem avaliar se esse decaimento tambem se constata da mesma forma nos

resultados de Vol e APE (Tabela 3.3). Observamos que o decaimento nao e linear

independente do criterio de definicao de raio utilizado.

Uma serie temporal do perfil de temperatura no centro do vortice seria sufici-

ente para demonstrar a erosao do seu nucleo. Embora o Vortice Ana tenha sido

amostrado continuamente por mais de um ano, nao e possıvel confirmar a relacao

proposta. A Figura 3.4 mostra uma oscilacao na espessura das termostatas que esta

relacionada a distancia entre os perfis amostrados e o centro do vortice, o que sugere

uma forma lenticular da estrutura do mesmo. Entretanto, a estimativa da profundi-

dade da termoclina, que representa no modelo de duas camadas o limite inferior do

vortice, indica uma expressiva diminuicao da profundidade, ainda que a tendencia

no Atlantico Sul seja de um aprofundamento da isoterma de 10◦C (Figura 3.5). As

perfilagens realizadas mais proximos ao centro do vortice confirmam a estimativa do

modelo. Desde o instante em que o Argo 1900487 foi capturado pelo vortice, a AAS

diminuiu de 28 cm para 19 cm o que representa uma queda de 16% em relacao ao

total de reducao da altura do vortice. Embora o Argo forneca uma serie temporal

da estrutura termohalina do vortice, nao e possıvel confirmar se o volume de agua

modal esta diminuindo na mesma taxa da AAS uma vez que a posicao do Argo nao

e fixa em relacao ao centro do vortice. Dos dados de Argo se deduz que haja uma

frente bem definida na borda do vortice que limita e contem a massa de agua em

seu interior, fazendo com que os perfis amostrados do lado de fora deste limite nao

apresentem sinal das picnostatas.

3.5.3 Transporte de aguas modais por longas distancias

A Figura 3.3 mostra o caminho do Vortice Ana e dos perfiladores Argo que foram

capturados. As estrelas marcam a posicao de perfis realizados no interior do vortice.

Nota-se a ocorrencia de sete voltas anticiclonicas realizadas pelo Argo 1900487 sob

influencia do Vortice Ana. Considerando que o Argo permanece estacionado a uma

52

Figura 3.12: Curvas de decaimento dos Vortices Ana e Eliza. Ao fundo ve-se a curvamedia de decaimento dos 90 vortices das Agulhas seguidos e as barras verticais de1 desvio padrao.

53

profundidade de 1000 m derivando ao sabor das correntes por 10 dias antes de iniciar

um novo perfil, deduz-se que as partıculas estao aprisionadas dentro do vortice ate

aquele nıvel, pelo menos. Este dado mostra que os vortices das Agulhas podem

atingir profundidades de 1000 m mesmo apos ter cruzado a Cadeia Walvis.

Por onde passa, um vortice perturba as partıculas de fluido que podem assumir

um caminho que meandra como uma onda em seu entorno, ou que realiza voltas fe-

chadas, resultando no aprisionamento de parcelas do fluido que passam a se deslocar

com o vortice. A capacidade de reter fluido em seu nucleo, em uma certa profun-

didade, e definida pela a razao entre a maxima velocidade azimutal e a velocidade

de translacao do vortice (FLIERL, 1981). MCCARTNEY e WOODGATE-JONES

(1991) aplicaram esta relacao a um vortice das Agulhas amostrado em um cru-

zeiro transatlantico. Baseados na literatura, eles consideraram uma velocidade de

translacao de 5–10 cm/s. Eles estimaram entao a profundidade limite de aprisiona-

mento no nucleo do vortice em 1100 m para um vortice mais lento e 670 m para um

mais rapido.

Embora nossos dados nao permitam conhecer a distribuicao de velocidades den-

tro do Vortice Ana, podemos fazer uma estimativa baseada no fato do vortice ter

capturado o perfilador Argo 1900487 por mais de um ano (Figura 3.3). O perfila-

dor realizou sete voltas anticiclonicas completas ate ser liberado. Sabendo-se que o

Argo permanece estacionado a uma profundidade de 1000 m por 10 dias antes de

cada nova perfilagem, e conhecendo a velocidade de translacao do vortice, podemos

estimar a velocidade azimutal naquela profundidade. A velocidade de translacao do

vortice variou entre 0,05 m/s e 0,07 m/s no perıodo em que o Argo esteve aprisio-

nado. Quando o Argo foi liberado, a velocidade de translacao apresentou um pico

de 0,10 m/s. Isto significa que a 1000 m a velocidade azimutal do vortice deve ser

maior que 0,07 m/s e menor que 0,10 m/s.

As secoes de temperatura e salinidade do Vortice Eliza mostram que ele trans-

portava um volume de agua modal marcado pela termostata de 16–17◦C. Em

31/01/2010 a camada de agua modal ocupava a faixa de profundidade de 100–350

m, que correspondia ao estrato com as maiores velocidades no interior do vortice

(Figuras 3.7 e 3.9). A figura com a velocidade geostrofica mostra tambem que a 800

m de profundidade ocorriam velocidades de 0,1 m/s. A velocidade de translacao na

data variou entre 0,05–0,06 m/s. Portanto, conclui-se que a velocidade azimutal na

profundidade era mais que suficiente para reter fluido no interior do vortice.

Apesar da assinatura altimetrica do vortice se enfraquecer a partir de 25◦W (Fi-

gura 3.12), o que poderia indicar o desmantelamento da feicao, o volume de agua

modal continuou a apresentar um sinal claro em 22 perfis Argo que amostraram o

vortice desde a secao XBT (25◦W) ate a Bacia de Campos (Figura 3.13). A Figura

3.14 apresenta os perfis de temperatura medidos pelos Argo. Observa-se a termos-

54

Figura 3.13: Trajetoria do Vortice Eliza entre a secao XBT de 31/01/2010 e a costabrasileira. Os triangulos marcam as posicoes dos perfis Argo que amostraram a aguamodal de 17◦C no vortice.

tata centrada na temperatura 16,5◦C. O ultimo perfilador Argo a amostrar o Vortice

Eliza foi o Argo 3900486, que realizou perfilagens no interior da Bacia de Campos ate

proximo ao flanco sul da Cadeia Vitoria-Trindade. O Argo em questao apresentou

uma deriva nos dados de temperatura e salinidade. Apesar disto, ele mostra clara-

mente a existencia de uma termostata na mesma faixa de profundidades que outros

perfis, porem deslocada. Os perfis defeituosos estao plotados na cor azul. A soma de

uma constante igual a diferenca entre a termostata medida consistentemente pelos

outros perfiladores e a medida nos quatro perfis do Argo 3900486 permite deslocar

o perfil para junto dos outros. Mesmo quando nao era mais possıvel se observar

qualquer sinal do vortice nos mapas altimetricos, dada a proximidade com a plata-

forma continental, o Argo 3900486 continuou a produzir perfis com um sinal claro

da termostata, ainda que todo o perfil estivesse deslocado em -2,4◦C, enquanto se

deslocava para norte, em direcao a Cadeia Vitoria-Trindade. Considerando a pro-

fundidade de repouso dos Argo, o perfilador estava sendo transportado, juntamente

com o sinal de agua modal, para norte pela Corrente de Contorno Intermediaria.

3.6 Conclusoes

Neste trabalho analisamos uma serie de 1 ano de perfis de temperatura e salinidade

medidos por um perfilador Argo dentro de um vortice das Agulhas (Vortice Ana)

e tres secoes de XBT de cruzeiros consecutivos que cruzaram um segundo vortice

das Agulhas (Vortice Eliza) num intervalo de um ano. Os dados nos permitiram

55

Figura 3.14: Perfis de temperatura medidos pelas boias Argo no interior do VorticeEliza ate a costa brasileira. Os perfis na cor azul apresentam um deslocamentona temperatura e foram coletados pelo Argo 3900486. Os demais sao plotado nacor amarela. O perfil na cor vermelha e o perfil mais ao norte, coletado pelo Argo3900486 em 23/11/2010, e ajustado linearmente para a temperatura da termostata.A linha tracejada vertical marca a temperatura da termostata em 16, 5◦C.

56

analisar as estruturas verticais de temperatura e salinidade desses vortices que se

propagavam pelo Oceano Atlantico Sul. Foram observadas duas variedades de aguas

modais aprisionadas no nucleo dos vortices que foram preservadas durante todo

o tempo de amostragem. No Vortice Ana foram encontradas uma agua modal

com temperatura de 17◦C e salinidade de 35,6 nas profundidades de 70 a 280 m, e

uma mais profunda localizada entre 400 e 550 m, com 12◦C e 35,1 de salinidade,

identificada como SAMW. No Vortice Eliza foi encontrada apenas a variedade de

17◦C entre as profundidades de 90 e 340 m. Esta agua modal tem sido identificada na

literatura como SIMW modificada na regiao da Retroflexao. Secoes de temperatura

na Bacia do Cabo mostram que a isoterma de 17◦C aflora em todas as estacoes do

ano, com excecao do verao austral, e que somente na Bacia da Angola esta agua

encontra-se isolada da superfıcie e caracterizada pela termostata na coluna d’agua.

Desta forma, seria mais apropriado trata-la como uma agua modal da Bacia do

Cabo.

Nao e possıvel afirmar que haja uma diminuicao no volume de agua modal trans-

portado, dada a natureza da amostragem, embora o decaimento dos vortices se ex-

presse na diminuicao de suas anomalias do volume. Os vortices inicialmente tem

um decaimento exponencial ao cruzarem a Cadeia Walvis, e depois passam por uma

fase de decaimento linear. Ambos foram amostrados durante esta fase.

A despeito das transformacoes e decaimento, os vortices foram capazes de trans-

portar as aguas modais por distancias maiores que 4000 km ate a Bacia do Brasil, no

lado oeste do Oceano Atlantico Sul. Isto reforca a ideia de que vortices das Agulhas

sao importantes na ventilacao da termoclina do Atlantico Sul, mostrando que sua

influencia nao se restringe a Bacia do Cabo e entorno. E possıvel que os vortices

das Agulhas constituam um importante vetor de transporte de aguas modais no

Atlantico. A colisao do Vortice Eliza com a Corrente do Brasil na latitude da Bacia

de Campos foi acompanhada por meio da assinatura da agua modal de 17◦C amos-

trada em mais de vinte perfis Argo. Pudemos ainda constatar que a agua modal,

junto a costa sudeste brasileira, foi advectada em direcao a Cadeia Vitoria-Trindade

provavelmente embebida no fluxo da Corrente de Contorno Intermediario.

Uma vez que um perfilador Argo tenha completado sete voltas anticiclonicas, ao

longo de um ano aprisionado no interior do Vortice Ana, e considerando-se que o

perfilador permanece estacionado a uma profundidade de 1000 m por 10 dias antes

de cada nova perfilagem, torna-se evidente que as partıculas estejam presas dentro

do vortice, da superfıcie ate este nıvel, pelo menos. Este dado mostra que vortices

das Agulhas podem atingir profundidades de 1000 m mesmo depois de cruzar a

Cadeia Walvis.

57

Capıtulo 4

Conclusoes

O objetivo geral desta tese foi investigar a chegada de vortices das Agulhas a borda

oeste do Oceano Atlantico Sul. Os objetivos especıficos foram:

1. Demonstrar que vortices das Agulhas chegam a regiao da Corrente do Brasil

com energia suficiente para afetar de forma significativa o campo de correntes;

2. Demonstrar que os vortices das Agulhas transportam aguas modais por gran-

des distancias desde sua origem na zona da retroflexao ate a Bacia do Brasil.

Para tanto, buscamos:

1. Verificar e quantificar a chegada dos vortices das Agulhas aos domınios da

Corrente do Brasil;

2. Analisar as alteracoes que sofrem ao longo do caminho, considerando a perda

de energia, alteracao da estrutura baroclınica, mistura da massa de agua do

nucleo e diminuicao da elevacao da superfıcie;

3. Quantificar a energia de vortices que chegam; e

4. Investigar ate que ponto a chegada desses vortices representa uma contribuicao

externa significativa de energia para o sistema Corrente do Brasil.

Dentre os requisitos para atingir os objetivos destacam-se o acompanhamento dos

vortices em mapas altimetricos, a identificacao de perfis de temperatura e salinidade

e de derivadores de superfıcie coincidentes com a passagem de vortices, a analise de

resultados do modelo hidrodinamico e a busca por dados de correntometria ao largo

da costa brasileira coincidentes com a chegada de vortices. As analises dos diversos

conjuntos de dados utilizados foram realizadas de forma sinergica.

A analise combinada de dados de altimetria por satelite e temperatura da su-

perfıcie do mar, derivadores de superfıcie, perfiladores Argo, perfis XBT, simulacoes

de modelo e medicoes diretas de velocidade nos permitiram concluir que ao menos

58

dois vortices das Agulhas chegaram a Corrente do Brasil, sendo um ao sul do Cabo

Frio (Vortice Lilian) e o outro ao norte da Bacia de Campos (Vortice Eliza). Outros

tres vortices foram acompanhados nos mapas altimetricos ate o litoral brasileiro. Os

resultados nao permitem inferir a frequencia de chegada e perıodo e regiao preferen-

ciais, mas esta e delineada pelo largo corredor de vortices definido pelo espalhamento

das trajetorias dos 90 vortices rastreados neste estudo (Figura 2.2).

O sinal mais evidente da transformacao dos vortices ao longo do seu transito

pelo Atlantico Sul no sentido oeste e a diminuicao do sinal da AAS por conta do

decaimento. Outro aspecto da transformacao sofrida pelos vortices e a diminuicao

do volume. Vortices das Agulhas junto a regiao de formacao podem atingir pro-

fundidade de 4500 m (VAN AKEN et al., 2003). Ao ultrapassarem a barreira fisi-

ografica imposta pela Cadeia Walvis, os vortices perdem massa (RICHARDSON e

GARZOLI, 2003). O Vortice Lilian em aproximadamente 15◦W de longitude apre-

sentava uma anomalia positiva de temperatura, em relacao ao perfil climatologico,

que ia ate aproximadamente 1200 m. Na chegada a costa brasileira, quando teve

sua estrutura dinamica registrada por uma linha de fundeio instrumentada se esten-

dia ate aproximadamente 400 m de profundidade. Os resultados das analises dos

vortices Ana e Eliza tambem sugerem que ocorre uma diminuicao do volume dos

vortices enquanto atravessam o Atlantico.

Os resultados das analises demonstraram que o Vortice Lilian chegou com energia

suficiente para triplicar a velocidade da corrente no local de medicao, influenciando

o campo de velocidades nos primeiros 400 m da coluna d’agua. Concluımos tambem

que a colisao de um vortice das Agulhas com a Corrente do Brasil pode envolver

uma complexa interacao com meandros da corrente e vortices emitidos por ela.

A colisao do Vortice Lilian com um ciclone da Corrente do Brasil deu origem a

um dipolo vortical que gerou um pico de velocidade de 1,2 m/s, numa regiao em

que a velocidade media e de 0,40 m/s. O jato da Corrente do Brasil, neste caso,

encontrava-se combinado com o ciclone e o vortice das Agulhas, ainda que o vortice

das Agulhas tivesse apenas um quarto da extensao vertical do ciclone da Corrente do

Brasil. Em seguida, o Vortice Lilian, ja associado aos dois ciclones da Corrente do

Brasil, se acopla ao fluxo da corrente caracterizando um trem de ondas de vorticidade

propagando-se para sul atraves da Bacia de Santos. Quanto ao Vortice Eliza, os

dados de perfis Argo mostram um sinal da agua modal de 17◦C se deslocando para

norte, possivelmente tendo a feicao associada em nıveis intermediarios a Corrente

de Contorno Intermediaria. Resta a questao se o vortice ainda possuıa integridade

de forma a conter o volume de agua modal evitando sua completa difusao no meio.

Se assim for, possivelmente implicaria numa perturbacao do campo de correntes.

A Tabela 3.3 apresenta os valores de anomalia de volume e energia potencial

disponıvel calculados. Os vortices das Agulhas estao entre os mais enegeticos do

59

oceano global, e mesmo quando o Vortice Eliza ja apresentava uma AAS tres vezes

menor que o pico na Bacia do Cabo, na ultima amostragem, os valores de energia

potencial disponıvel sao comparaveis aos dos vortices da Confluencia Brasil-Malvinas

e de outras correntes de contorno oeste (ver Tabela 1 em OLSON (1991)).

Os dados de perfiladores Argo e sondas XBT nos permitiram avaliar as estrutu-

ras termohalinas dos vortices Ana e Eliza enquanto cruzavam o Oceano Atlantico

Sul. Foram observadas duas variedades de aguas modais aprisionadas no nucleo dos

vortices que foram preservadas durante o tempo de amostragem. No Vortice Ana

foram encontradas uma agua modal com temperatura de 17◦C e salinidade de 35,6

nas profundidades de 70 a 280 m, e uma mais profunda localizada entre 400 e 550

m, com 12◦C e 35,1 de salinidade, identificada como SAMW. No Vortice Eliza foi

encontrada apenas a variedade de 17◦C entre as profundidades de 90 e 340 m. Esta

agua modal tem sido identificada na literatura como SIMW modificada na regiao

da Retroflexao. Secoes de temperatura na Bacia do Cabo mostram que a isoterma

de 17◦C e recapturada, e que somente na Bacia da Angola esta agua encontra-se

isolada da superfıcie. Desta forma, propomos que seria mais apropriado referir-se a

ela como Agua Modal Subtropical da Bacia do Cabo.

A despeito das transformacoes e decaimento, os vortices foram capazes de trans-

portar as aguas modais por distancias maiores que 4000 km ate a Bacia do Brasil, no

lado oeste do Oceano Atlantico Sul. Isto reforca a ideia de que vortices das Agulhas

sao importantes na ventilacao da termoclina do Atlantico Sul, mostrando que sua

influencia nao se restringe a Bacia do Cabo e entorno. E possıvel que os vortices

das Agulhas constituam um importante vetor de transporte de aguas modais no

Atlantico. A colisao do Vortice Eliza com a Corrente do Brasil na latitude da Bacia

de Campos foi acompanhada por meio da assinatura da agua modal de 17◦C amos-

trada em mais de vinte perfis Argo. Pudemos ainda constatar que a agua modal,

junto a costa sudeste brasileira, foi advectada em direcao a Cadeia Vitoria-Trindade

provavelmente embebida no fluxo da Corrente de Contorno Intermediario.

4.1 Consideracoes finais

A analise da altimetria mostrou evidencias de que pelo menos mais tres vortices

podem ter chegado a regiao no perıodo 1992–2009, alem dos vortices Lilian e Eliza,

mas nao necessariamente no mesmo local. Isto sugere que o que foi registrado no

fundeio nao representa um fenomeno unico, e que a chegada de vortices, se nao

comum, pode ser recorrente. O meandramento e a emissao de vortices na Corrente

do Brasil tem sido estudados levando-se em conta apenas condicionantes devidas

ao proprio escoamento e sua bacia subjacente. Considerar a chegada de vortices de

origem remota significa adicionar outra fonte de energia e vorticidade desprezadas

60

ate agora. Isto tem implicacao direta nos estudos de modelagem. Possivelmente, a

correta simulacao da variabilidade da corrente deve necessitar considerar o aporte

de energia dos vortices de origem longınqua vindos de leste.

As evidencias apresentadas neste trabalho demonstram que ao menos um vortice

das Agulhas cruzou o Oceano Atlantico Sul e atingiu a Corrente do Brasil com

energia suficiente para influenciar substancialmente o campo de velocidades nos

primeiros 400 m da coluna d’agua. As analises tambem mostram que a colisao de

um vortice das Agulhas com a Corrente do Brasil pode envolver uma complexa

interacao com meandros da corrente e vortices. O quanto um vortice das Agulhas

contribui com a variabilidade de mesoscala na regiao e quanto eles representam em

termos de pulsos de energia que possam disparar uma variabilidade no transporte da

Corrente do Brasil possivelmente realimentando o interior do domınio do Atlantico

Sul, ainda sao questoes abertas que demandam mais investigacoes.

Nossos resultados nao permitem inferir as causas que levam um vortice das Agu-

lhas a persistir por toda a travessia ate a borda oeste. A curva de decaimento mostra

que eles passam por um intenso processo de dissipacao (Figura 2.2). Os vortices Li-

lian, Eliza, e os outros tres acompanhados nos mapas altimetricos possuiam valores

de AAS acima da media (Figuras 2.2 e 3.12, somente para Lilian e Eliza). Porem

outros vortices que tambem possuiam valores de AAS significativamente acima da

media aparentemente nao chegaram. Dos vortices que vencem a barreira da Cadeia

Walvis e cruzam o oceano, a maioria desaparece nos mapas altimetricos no interior

do giro subtropical entre 30◦W e 40◦W. Esta e uma regiao muito turbulenta aonde

os vortices ja chegam com a assinatura de AAS fraca. E possıvel que eles se dissi-

pem, ou se juntem com outros vortices na regiao. E possıvel tambem que a perda de

assinatura na altimetria seja um problema de sinal/ruıdo da medicao da distancia

entre o satelite e a superfıcie do mar. No caso do Vortice Eliza, embora seu sinal

na altimetria fosse fraco, indicando uma possıvel dissipacao, o conteudo de agua

modal serviu como tracador indicando a existencia do vortice como feicao ıntegra,

visto ser necessaria a existencia de velocidade azimutal maior que a de translacao

para preservar o conteudo do nucleo do vortice (FLIERL, 1981). Este dado sugere

que vortices das Agulhas podem perder a assinatura altimetrica e ainda continuar a

existir e se deslocar para oeste com possıveis consequencias para o sistema CB-CCI.

Uma questao a ser considerada a respeito da deteccao de vortices das Agulhas

colidindo com a Corrente do Brasil, juntamente com os estudos recentes que apon-

tam um aumento da atividade da retroflexao ligada aos deslocamento para sul do

rotacional nulo do vento, e se o evento chegada de vortices tem se tornado mais

frequente pelo aumento da energia dos mesmos ou se e um efeito da melhoria da

amostragem.

Por fim, vale chamar a atencao para o que indicam os resultados das analises

61

dos vortices Lilian e Eliza. No caso do primeiro, apos a colisao com o ciclone

da Corrente do Brasil, o vortice se acopla ao escoamento da corrente e deriva para

sudoeste formando, juntamente com os ciclones associados, uma sequencia de nucleos

de vorticidade com alternancia de sinal. Sendo os vortices das Agulhas o elemento

principal do vazamento do Indico para o Atlantico que integra o ramo quente da

MOC, e que retorna para o Atlantico Norte completando o balanco da circulacao

termohalina, o fato de um vortice das Agulhas atingir a borda oeste ao sul do Cabo

Frio e se acoplar a Corrente do Brasil e escoar para sul significa um aumento do

tempo de residencia dessas aguas no Atlantico Sul. No caso do Vortice Eliza, em que

o conteudo de agua modal foi rastreado indo para norte, possivelmente acoplado a

Corrente de Contorno Intermediario, cumpre-se o descrito na literatura (BEAL et al.

(2011), por exemplo), em que o fluxo retorna para completar o balanco de formacao

da APAN. Se este balanco depende da posicao de chegada desses vortices, entao, a

julgar pelo espalhamento das trajetorias dos vortices das Agulhas no Atlantico Sul

(Figura 2.2), e possıvel que grande parte do vazamento das Agulhas nao se destine

diretamente para o Atlantico Norte.

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VORTICES DAS AGULHAS COLIDEM COM A CORRENTE DO …objdig.ufrj.br/60/teses/coppe_d/LuizAlexandreDeAraujoGuerra.pdf · Luiz Alexandre de Araujo Guerra Tese de Doutorado apresentada