Desenvolvimento da Tese de Doutorado

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Durante o desenvolvimento deste trabalho o autor recebeu auxílio financeiro da 
Rio Grande, Março de 2018 
Orientador: Prof. Dr. Paulo Henrique Rezende Calil 
Tese apresentada como parte dos requisitos 
para a obtenção do Título de Doutor 
no Programa de Pós-graduação em Oceanografia 
Física, Química e Geológica-PPOFQG. 
CAPES/PGCD.
CANAL DE MOÇAMBIQUE 
Avelino Ângelo Adolfo Langa 
CICLO ANUAL DA CLOROFILA NO NORTE DO 
EFEITO DO VENTO E DO FLUXO DE CALOR NO 
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Tese apresentada como parte dos requisitos 
para a obtenção do Título de Doutor 
no PPOFQG. 
CICLO ANUAL DA CLOROFILA NO NORTE DO 
EFEITO DO VENTO E DO FLUXO DE CALOR NO 
CANAL DE MOÇAMBIQUE 
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'Todo o rio corre para o mar, 
mas o mar não está cheio.' - Eclesiastes, 1.7
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• Prof. Dr. Paulo Henrique Rezende Calil (orientador) - FURG 
• Prof. Dr. João Sarkis Yunes - FURG 
Banca examinadora: 
Esta versão da tese contém as correções e alterações sugeridas 
pela Comissão avaliadora durante a defesa da versão original do trabalho, 
realizada em 28/03/2018. Uma cópia da versão original está disponível na 
Secretaria no Programa de Pós-graduação em Oceanografia 
Física, Química e Geológica-PPOFQG, 
Instituto de Oceanografia, Universidade Federal do Rio Grande. 
• Prof. Dr. Ricardo de Camargo - USP 
• Prof. Dr. José Luíz Lima de Azevedo - FURG 
CLOROFILA NO NORTE DO CANAL DE 
MOÇAMBIQUE 
CICLO ANUAL DA 
EFEITO DO VENTO E DO FLUXO DE CALOR NO 
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Ao ’mestre’ Rodrigo Mogollón pela dicas fundamentais do ROMS e no processamento 
de dados. 
Aos professores do Programa de Pós-graduação em Oceanografia Física, Química e 
Geológica que contribuíram para o trabalho durante as aulas e nos seminários. 
Porque a concretização deste sonho também contou com o apoio de outras individu-
alidades, gostaria de extender o meu agradecimento em seguida: 
O meu apreço vai também para o Programa de Pós-graduação Ciência para o Desen-volvimento 
(PGCD) do Instituto Gulbenkian de Ciência pela bolsa de estudos na primeira fase do programa em Cabo-
Verde. E também à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pes-soal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa 
de estudos referente à segunda fase do PGCD no Brasil. A concessão da bolsa foi primordial para a 
materialização dos meus objetivos. 
Gostaria de expressar meu profundo agradecimento ao Prof. Paulo Calil por me ofe-recer a oportunidade 
de integrar o grupo do Laboratório de Dinâmica de Modelagem Oceânica (DinaMO) como seu orientado. Os 
três anos passados no DinaMO foram um marco importantíssimo do ponto de vista pessoal e profissional. O 
que aprendi neste curto tempo não tem palavras de apreço que me ajudem a descrever. 
Aos professores João Sarkis Yunes, José Luíz Lima de Azevedo e Fabrício Sanguineti pela contribuição 
no trabalho através de fornecimento de literatura adicional durante o exame de qualificação. 
À todos os meus colegas do DinaMO em especial o Rafael Ávila, Flávia Delcourt, Fer-nanda Telles, 
Fabrício Lapoli, Juan Gabriel, Ricardo Aruda, Átila Torres e Claus Toledo pelos mementos de convivência 
dentro e fora do laboratório durante a minha estadia no 
Rio Grande. 
durante as aulas e no laboratório. 
eu
Às minhas colegas de turma Bárbara Jung e Priscila Orosco pela troca de experiências 
Agradecimentos 
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Aos meus familiares que sempre me apoiaram e me incentivaram a seguir os meus intuitos, especialmente 
aos meus pais Adolfo e Patrícia, aos meus irmãos Emília, Hélio, Inês, Carolina e Patrícia. 
Ao meus amigos Rosa Simbine, Samuel Chiau e Pita Francisco por terem estado pró-ximo da minha 
família nos momentos que foram necessários. 
À direção da Escola Superior de Ciências Marinhas e Costeiras (ESCMC) particular-mente ao Professor 
António Hoguane pelo apoio prestado no meu percurso académico 
À minha esposa Mindinha e às minhas filhas Láquila e Amélia Patrícia pela paciência durante a minha 
ausência e por acreditarem na importância desta causa para a minha vida profissional. 
passamos serão eternamente guardados na minha mente. 
desde o bacharelado.
À Maria Helena António faltam palavras para ti. Os momentos de convivência que 
eu
Aos professores Ricardo de Camargo, João Sarkis Yunes e José Luíz Lima de Azevedo por aceitarem 
fazer parte da banca avaliadora deste trabalho e por terem contribuído com sugestões e correções no 
trabalho final. 
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A concentração clorofila superficial no norte do Canal de Moçambique é sazonal, ca-
racterizada por um máximo durante os meses de inverno e por menores concentrações nos 
restantes meses do ano. Os processos físicos que modulam esta variabilidade temporal da 
clorofila carecem de estudos mais aprofundados. No presente estudo, recorre-se ao modelo 
hidrodinâmico regional acoplado ao modelo biogeoquímico configurado para o Canal de 
Moçambique, para investigar os processos que controlam a sazonalidade da clorofila na 
região. O máximo (mínimo) da clorofila superficial no Canal de Moçambique coincide com a 
maior (menor) intensidade do stress do vento e com os valores negativos (positivos) do 
fluxo de calor, o que sugere um efeito combinado das duas forçantes na modulação da 
camada de mistura e na sazonalidade da clorofila superficial. A simulação climatológica é 
comparada a uma série de experimentos de sensibilidade envolvendo variantes do stress 
vento e o fluxo de calor com o intuito de aferir a importância de cada uma das duas forçantes 
na profundidade da camada de mistura e na sazonalidade da clorofila superfi-cial. Os 
resultados indicam que além do stress do vento, o fluxo de calor é fundamental para a 
sazonalidade da clorofila superficial no norte do Canal de Moçambique. O fluxo de calor 
condiciona o ’timing’ do máximo da clorofila superficial durante o inverno, devido a sua 
influência na redução da estratificação da coluna de água. Por sua vez, o vento é responsável 
pela magnitude da clorofila superficial através das velocidades verticais que intensificam o 
transporte vertical de nutrientes (nitrato) e da clorofila sub-superficial para a superfície. 
Também foi analisada a produção primária em todo o canal, onde o aumento do nitrato na 
zona eufótica estimulou a nova produção primária durante o inverno, tendo contribuído com 
cerca de metade da produção primária (f-ratio 0.5). Na comparação en-tre o efeito do vento 
e do fluxo de calor nas três regiões do Canal de Moçambique, o vento mostrou ser mais 
relevante para a produção primária durante o inverno no norte devido a à sua ampla 
magnitude. Por outro lado, no centro e sul do canal onde o vento tem menor variabilidade 
ao longo do ano o fluxo de calor aparenta ser mais relevante para o 
LANGA, A. A. A. Efeito do stress do vento e do fluxo de calor no ciclo anual da clorofila no 
norte do Canal deMoçambique. 2018. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-graduação em 
Oceanografia Física, Química e Geológica, Instituto de 
Oceanografia, Universidade 
Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2018. 
iii
Resumo 
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suprimento de nutrientes para a nova produção primária. A introdução dos ventos diários 
aumentou a produção primária em até 70% no oceano aberto, quando comparada com a 
simulação com ventos mensais. O aumento na produção primária na simulação diária deveu-
se à intensa mistura vertical causada pela intensificação das velocidades. 
4
Palavras-chave: Clorofila superficial, Canal de Moçambique, sazonalidade, vento e fluxo de 
calor, camada de mistura, nutrientes. 
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A clorofila superficial no Canal Norte de Moçambique é caracterizada por concentrações mais elevadas 
no inverno austral do que no verão austral. Os processos físicos que modulam esta variabilidade sazonal 
não são totalmente compreendidos. Neste estudo, utilizamos um modelo hidrodinâmico regional acoplado 
a um modelo biogeoquímico aplicado ao Canal de Moçambique para investigar os processos que 
impulsionam a variabilidade da clorofila na região. Uma simulação forçada com campos climatológicos 
mensais é comparada a um conjunto de experimentos de sensibilidade com a tensão do vento e fluxos de 
calor, a fim de avaliar sua importância relativa na profundidade da camada mista e nas concentrações 
superficiais de clorofila. Os nossos resultados mostram que as concentrações superficiais de clorofila no 
Canal Norte de Moçambique são fortemente moduladas pela variabilidade temporal da profundidade da 
camada mista. Os máximos de clorofila no inverno na superfície devem-se ao aumento do aprofundamento 
da camada mista como consequência do forte estresse do vento e da perda de calor na superfície do 
oceano. As baixas concentrações de clorofila na superfície durante o verão devem-se à camada mista 
mais rasa que resulta do forte aquecimento solar e do vento relativamente fraco. O modelo também indica 
que a velocidade vertical associada ao estresse do vento é responsável pela intensa magnitude da clorofila 
superficial, enquanto os fluxos de calor controlam o momento do florescimento do inverno. Analisámos 
também a produção primária em todo o canal onde houve nova produção primária durante o inverno, 
contribuindo com cerca de metade da produção primária (rácio f 0,5).
em
A tensão do vento parece ter uma grande influência na nova produção durante o inverno na parte norte, 
quando comparada com as partes centro e sul do canal. Por outro lado, o fluxo líquido de calor parece 
estimular a nova produção no centro e no sul, onde a perda de calor é maior, permitindo o arrastamento 
de nutrientes. A utilização do forçamento sinóptico no modelo mostra que a produção primária aumenta 
em cerca de 70%, quando comparada com a taxa de produção do modelo simulado por dados mensais de 
vento. Os experimentos diários de vento têm maior influência na produção primária no oceano oligotrófico. 
Este aumento na produção primária diária é devido ao aumento da mistura vertical como resultado de
LANGA, A. A. A. On the effect of wind stress and heat fluxes on the annual cy-cle of surface chlorophyll in 
the northern Mozambique Channel. 2018. Doctoral Thesis - Programa de Pós-graduação em Oceanografia 
Física, Química e Geológica, Instituto de Oceanografia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio 
Grande, 2018. 
Abstrato
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intensificação das correntes médias.
nós
Palavras-chave: Ciclo sazonal, clorofila superficial, estresse eólico e fluxos de calor, nutrientes, profundidade da 
camada mista, Canal de Moçambique.
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2.3 Métodos .
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1.3 Questões de pesquisa . . . 
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2.4.1 Validação do Modelo .
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3 Variabilidade sazonal e espacial da produção primária em Moçambique
1 Introdução 
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3.4 Resultados e discussão . .
. . 13
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. . 5
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2.3.1 Descrição do modelo .
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. . 11
2.4.2 O papel da tensão do vento e do fluxo líquido de calor no ciclo sazonal de
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1.5 Organização do Trabalho . 
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. . 15
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1.2 Variabilidade da Clorofila . 
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. . 31
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XI
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aquele canal
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3.2 Introdução .
. . 3
. . .
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. . 16
.
3.3.1 Descrição do modelo . . .
.
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2.1 Resumo .
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ix
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2.4 Resultados e Discussão . .
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Lista de Figuras
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3.3.2 Produtos de dados . . .
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11
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1.4 Objetivos .
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vii
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. . 16
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31
1.1 Vento e fluxo de calor . . . 
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. . 33
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2 Sobre o papel dos processos físicos na variabilidade da clorofila superficial
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2.3.2 Produtos de dados . . .
clorofila .
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. . 6
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2.5 Observações finais .
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. . 27
. . 12
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lista de abreviações
1
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3.1 Resumo . . . .
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no Canal Norte de Moçambique
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. . 34
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. . 9
. . .3.3 Métodos .
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. . 13.
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2.2 Introdução .
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Sumário 
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65
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. . . 50
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. . . 56
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3.4.6 Conclusão e observações .
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4.3.6 Comparação entre produção nova e regenerada . . .
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. . . 69
4 O Impacto do Estresse Diário do Vento na Produção Primária no Mo-
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5 Conclusões 
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5.1 Sugestões para Pesquisas Futuras . 
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viii SUMÁRIO 
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3.4.2 Variabilidade sazonal da nova produção e da produção primária . . . 37
.
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Referências Bibliográficas 
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. . . 60
. . . 49
4.3.2 Produtos de dados .
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A.3.1 Salinidade superficial . . . 
. . .
4.3 Métodos .
. .
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3.4.4 Mecanismo impulsionador da variabilidadeespacial do PP .
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A.3 Validação do Modelo . . . 
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4.3.4 Profundidade Anual da Camada Mista (MLD) e SST .
. . .
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A.3.3 Clorofila de superfície .
A.1 Modelo Hidrodinâmico . . 
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. . . 34
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4.3.5 Aumento da produção primária através do forçamento sinóptico .
.
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63
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. . . 65.
. . . 52
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zambique Canal 4.1 
Resumo .
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4.3.1 Descrição do modelo .
.
4.3.7 Conclusões .
49
.
. . .
. . .
.
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. . .
3.4.1 Validação do Modelo .
.
.
.
4.2 Introdução . . .
. . .
. . .
.
.
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3.4.3 Fitoplâncton e pastoreio pelo zooplâncton . . . . 40
. . .
.
.
A.2 Modelo Biogeoquímico . .
.
. . .
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. . .
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75
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. . .
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4.3.3 Resultados e discussão . .
. .
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A.3.2 Temperatura da superfície .
.
A Apêndice 
.
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.
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. . .
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3.4.5 Efeitos dos redemoinhos na variação temporal do fitoplâncton .
.
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. . .
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. . . 42
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.
. . . 43
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. . . 66
. . .
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Máximo de clorofila profunda DCM
NMEC Corrente Equatorial do Norte de Madagascar (Northern Madagascar Equatorial Curre 
PP Produção Primária (Primary Production) 
SMEC Corrente Sul Equatorial de Madagascar (Corrente Equatorial Sul de Madagascar)
TSM
ix
CARS Commonwealth Atlas de Mares Regionais
Corrente de Moçambique (Mozambique Current) 
Produto Interno Bruto 
Assimilação simples de dados oceânicos SODA
EKE Energia Cinética Eddy
Nova Produção
Sistema Regional de Modelagem Oceânica ROMS
Modelo de produção primária generalizada vertical VGPM
Carbono Orgânico Dissolvido DOC
fonte de alimentação
NMC Norte do Canal de Moçambique (Northern Mozambique Channel) 
Sudoeste
Corrida Climatológica CLM
MLD Profundidade da camada de mistura (Mixed Layer Depth) 
Esquema de interações pelágicas PISCES para carbono e. Estudos de Ecossistemas 
POM Matéria Orgânica Particulada
Temperatura Superficial do Mar
Corrente das Agulhas (Agulhas Current) 
MC
PIB
Fluxo de calor líquido de superfície SNHF
EACC Corrente costeira da África Oriental (East Africa Coastal Current) 
POR EXEMPLO
Dispersômetro QSCAT Quik
Atlas Mundial dos Oceanos WOA
AC
GEBCO Carta Geral de Batimetria dos Oceanos
Conjunto abrangente de dados oceano-atmosfera COADS
Espectrorradiômetro de imagem de resolução moderada MODIS
NO Noroeste
Unidade de Salinidade Prática (Practical Salinity Unit) 
SO
lista de abreviações
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x LISTA DE ABREVIATURAS
Machine Translated by Google
.
.
2.2 Valores médios anuais de Energia Cinética Eddy (EKE) representando a circulação 
superficial no Canal de Moçambique, caracterizados pela interação
Sul. No interior do canal predominam os vórtices de mesocala (Mozambique 
.
.
.
.
.
1.3 Distribuição do fluxo de calor no Canal de Moçambique obtido da clima-tologia 
COADS mostrando valores positivos em (a) Janeiro e negativos em 
na região do Canal de Moçambique. O Canal de Moçambique é limitado 
. . 4
.
.
2500 metros. (b) Correntes superficiais médias anuais derivadas de ROMS indicando
.
.
climatologia MODIS para os meses de (a) Janeiro e (b) Junho. . . . 
.
XI
.
.
.
.
Junho. Os dados foram obtidos da climatologia QSCAT. . 
. . 14
. . . .
.
.
grade e grade filho (caixa). Os contornos representam isóbatas de 500 e
. 2
. . .
1.4 Concentrações da clorofila superficial no Canal de Moçambique referente à 
.
. . .
.
das áreas de amostragem utilizadas em nossa análise. .
Corrente Equatorial de Madagascar (SEMC), respectivamente no Norte e não
. . .
.
. . .
.
derivado de: (a) AVISO; (b) domínio pai; e (c) domínio filho. .
1.2 A figura é referente ao Stress e velocidade do vento, mostrando as dife-renças na 
direção e magnitude do vento entre os meses de (a) Janeiro e (b) 
. . 5.
1.1 A figura mostra a representação esquemática da circulação e da batimetria 
.
(b) Junho. . . .
. . .
.
. . .
leste, e ainda pelas correntes South Equatorial Current (SEC) e Southeast 
por Schouten et al. (2003). As caixas em (b) indicam os limites geográficos
.
.
. . .
entre redemoinhos anticiclônicos e ciclônicos. Os dados correspondem ao EKE
Canal Eddies, MEC) Fonte: Schouten et al. (2003) . .
.
. . .
.
.
2.1 (a) Batimetria GEBCO 30 arco-seg interpolada em ROMS para pai
. . . .
por dois países, nomeadamente Moçambique no Oeste e Madagascar no 
.
.
.
a SEC (Corrente Equatorial Sul), SEMC (Corrente Equatorial Sul de Mada-
gascar), EACC (Corrente Costeira da África Oriental), MC (Corrente de 
Moçambique), AC (Corrente das Agulhas) seguindo representação esquemática
. . 17
.
. 6
Lista de Figuras
Machine Translated by Google
LISTA DE FIGURAS
painéis - (d) CTL, (e) estresse 'NOWIND' e (f) simulações 'NOHEAT'. . . 28
.
.
xii
.
experimentos é destacado pelo padrão de MLD e clorofila de superfície
. . .
. . . 21
.
.
a caixa no Canal Norte de Moçambique. Painéis coloridos mostram uma variação 
temporal-latitude da Profundidade da Camada Mista calculada em média sobre a longitude no
Figura 2.1b) para: MODIS (ac); domínio pai (df); e domínio filho (gi). Tanto o 
MODIS quanto o modelo mostram um pico nas concentrações de clorofila em
.
. . . 24
.
.
.
. . .
3.1 Produção primária integrada em profundidade (PP) no Canal de Moçambique
sinal que é semelhante à execução de controle. . . .
.
.
.
Região NMC para: (b) observações pelo produto de Boyer Montégut; e C)
.
. . .
. . .
inverno e valores mínimos durante o verão. .
.
.
.
. . .
..
derivado do Modelo de Produção Primária Generalizada (VGPM). O PP em
2.9 Modelo de diagnóstico de nitrato calculado em média sobre o MLD: (a) advecção 
horizontal; (b) termo de mistura vertical; (c) advecção vertical; e (d) arrastamento
.
.
.
. . . 20
.
.
..
2.6 Perfil das concentrações médias anuais de clorofila superficial a 13ÿS de
. . .
latitude entre as zonas costeiras de Moçambique e Madagáscar no
.
.
. . ..
o domínio é caracterizado por maiores taxas de produção no inverno (c) e
2.3 Comparação das principais propriedades oceânicas entre observações e modelo no 
Canal Norte de Moçambique. A figura mostra médias anuais
..
.
.
.
. . . 27
.
. . .
..
Canal Norte de Moçambique, mostrando as tendências espaciais do MODIS 
(círculo/linha), filho (linha sólida) e pai (linha tracejada). .
.
menor no verão(a). Os valores intermediários estão no outono (b) e na primavera (d). 34
.
2.4 Seção vertical do fluxo vertical médio anual de nitrato no Norte
avaliar. Legenda: CTL (linha contínua), 'NOWIND' Stress run (linha tracejada) e
..
de Temperatura (a,d,g); Salinidade (b,e,h); e Nitrato (c,f,i) obtido de
3.2 Mapas que mostram a distribuição espacial da produção primária no Mo-
. . .
. . .
. .
.
.. . .
2.7 Variabilidade sazonal de (a) Tensãomeridional do vento (Tauy, linha preta) e
Canal de Moçambique para domínios pai (a) e filho (b). .
. . .
.
Execução 'NOHEAT' (linha pontilhada circular). .
..
perfis verticais zonais na seção 13 ÿS. .
Canal de Zambeze, no (a) verão; (b) queda; (c) inverno: e (d) primavera. . . . 36
.
.
.
2.8 Evolução em profundidade da clorofila (colorida), MLD (linha contínua) e nitraclina 
(linha tracejada) para: (a) Teste de controle; (b) experimento de estresse 'NOWIND';
.
.
.
.
fluxo de calor líquido superficial (SNHF, linha azul). Ambos os forçamentos foram calculados em média
. . . 25
.
. . .
2.10 Seção vertical a 13 ÿS para: nitrato no painel superior - (a) CTL, (b)
. 22
. . .
. 18
.
.
.
e (c) 'experiência NOHEAT. O efeito do fluxo líquido de calor na sensibilidade
.
.
.
2.5 Evolução temporal-latitude da clorofila superficial correspondente às caixas que 
representam as três sub-regiões do Canal de Moçambique (ver
..
domínio filho. . .
. . .
.
Simulações 'NOWIND' e (c) 'NOHEAT'; e temperatura na parte inferior
Machine Translated by Google
.
.
.
termos verticais e horizontais de nitrato (gi) nas três regiões do
4.5 Profundidade Anual da Camada Mista (m) derivada de (a) conjunto de dados climatológicos de
..
.
.
.
.
.
.
partes central (b) e sul (c) do Canal de Moçambique (ver Fig. 3.3a). 52
..
Canal de Moçambique. . . . . 41
.
.
3.8 Diferença relativa (%) entre o experimento CLIM e NOWIND (CLIM-NOWIND/CLIM*100), 
mostrando a distribuição espacial e sazonal de
. . .
.
.
. . 40
Canal de Moçambique. . .
3.3 Igual à figura 3.2, mas para a nova produção primária. As linhas e estrelas
. . 54
. . .
..
.
. . .
de Boyer Montégut, (b) ARGO, (cd) Experimentos mensais e (ef) Diários. 57
.
4.2 Mapas médios anuais de energia cinética parasita (EKE, cm2 s
.
.
.
a contribuição do vento para a PP média de profundidade no Canal de Moçambique. . 43
3.6 Evolução temporal e profundidade do nitrato (colorido) sobreposto pela profundidade da camada mista
.
3.11 Igual à figura 3.10, mas para a parte central do Canal de Moçambique. . 46
3.9 Igual à figura 3.8, mas para o experimento de fluxo de calor líquido (NOHEAT). .
.
.
..
.. . .
. . .
. . .
.
.
.
.
) derivado para (a)
.
. 38
(m) representando as partes (a) norte, (b) centro, (c) sul do Canal de Moçambique. . .
.
3.12 Igual à figura 3.10, mas para a parte sul do Canal de Moçambique. 47
em (a) indique os locais onde os dados são amostrados para nossa análise neste capítulo. 37
.
4.3 Mapas anuais de velocidade superficial no correspondente do Canal de Moçambique
.
.. . .
.
.
.
. . .
. . .
.
.
AVISO; (b) e (d) Pai, respectivamente para Mensal e Diário; e C) &
4.1 Comparação entre forçamento de superfície mensal (pontilhado em azul) e diário
.
.
3.10 Instantâneo de 2 dias mostrando a evolução temporal da biomassa fitoplâncton 
superficial, EKE e nitrato no norte do Canal de Moçambique. . . .
. . .
.
3.4 Perfis verticais de oxigênio dissolvido obtidos a 13ÿS (ab); 18ÿS (cd);
. . .para (ab) Execução mensal e (cd) Execução diária. .
.
. .
. . .
.
.
. . 39
.
. . .
(e), para Mensal e Diário, respectivamente. .
3.7 Evolução temporal de duas classes/grupos de fitoplâncton no Canal de Moçambique. 
Os dados correspondem a (a) diatomáceas (dia); (b) nanofitoplâncton (nano); (c) 
fitoplâncton total (dia+nano); e (d) pastoreio
. . 55
. . 44
.
.
e 24ÿS (ef), representando respectivamente as regiões norte, centro e sul
.
4.4 Perfis verticais de velocidade meridional (v) obtidos em 13ÿS (ab); 18ÿS
.
(cd); e 24ÿS (ef), representando respectivamente as regiões norte, central e
..
. . .
.
.
.
(continuação-preto) resolução temporal. Os dados correspondem à tensão do vento
.
no fitoplâncton pelo zooplâncton na superfície. Os dados são retirados
. . .
.
. 45
.
. . .
regiões do Canal de Moçambique (ver figura 3.3). .
.
3.5 Evolução sazonal da produção nova e primária (ac), razão f (ef) e
partes do sul do Canal de Moçambique. .
. . .. . .
.
. . .
.
.
. . 53
derivado do QuikSCAT para o ano de 2007, respectivamente no norte (a),
. . .. . .
partes norte (continuação), centro (tracejada) e sul (círculo pontilhado) do
.
. . .
.
LISTA DE FIGURAS xiii
ÿ2
Machine Translated by Google
LISTA DE FIGURAS
.
. . . 62
. . .
XIV
..
.
.
figuras de cima são referentes ao ROMS (a-d) e as de baixo são relativas 
.
modelados explicitamente pelo modelo estão indicados no canto superior 
. . . 73
..
Os painéis superiores correspondem ao experimento mensal. Os painéis inferiores
.
são derivados da simulação diária. Os dados são obtidos a partir de 40 m de profundidade. 61
.. . .
.
.
.
.
.
ao MODIS (e-h). . 
esquerdo de cada compartimento. Adaptado de (Aumont e Bopp, 2006). . . 67 
. . .
. 70
.
.
4.9 Distribuição do rácio f no Canal de Moçambique. A figura mostra valores
. . .
..
.
.
.. . .
. . . 74
.
A.4 Diferença na SST no Canal de Moçambique nos períodos de verão (sum-mer), outono 
(fall), inverno (winter) e primavera (spring). Valores positivos 
.
A.2 Distribuição espacial da salinidade superficial no Canal de Moçambique nos 
.
períodos de verão (summer), outono (fall), inverno (winter) e primavera 
.
. . .
da razão f integrada sobre a zona da camada eufótica derivada da execução mensal
4.7 Distribuição da produção primária no Canal de Moçambique obtida
.
4.6 Mapas anuais de TSM no Canal de Moçambique obtidos de: (a) MO-DIS; (b &c) 
Execução mensal; e (d & e) Corrida diária. .
.
.
. . ..
.
indicam que o modelo superestima a SST e valores negativos indicam que 
.
a temperatura é sobrestimada pelo ROMS. . 
. . .
(spring). As figuras de cima correspondem ao ROMS (a-d) e as de baixo 
. . .
.
.(ab) e a corrida diária (cd). . .
. . .
. . .
.
. 58
.
.
. . . .
.A.5 O mesmo que a figura A.3, mas para a clorofila superficial. . 
A.3 Distribuição espacial da SST no Canal de Moçambique nos períodos de 
são relativas aos dados observacionais da Hydrobase (e-h). . . . 
A.1 Representação esquemática do PISCES. Na figura mostra-se apenas a parte 
.
do Modelo de Produção Verticalmente Generalizado (VGPM, a), execução mensal
.
.
.
. . .
.
.
.
. . .
A.6 O mesmo que a figura A.4, mas para a clorofila superficial. . 
.
.
verão (summer), outono (fall), inverno (winter) e primavera (spring). As 
. 60
.
.
(b & d) e Execução diária (c &e). .
.
.
.
.
.
.
.
. . . . 71
. . .
.
do ecossistema sem incluir o ciclo de carbono e o oxigênio. Os elementos 
. . . . 72
. . ..
4.8 Distribuição espacial das concentrações de nitratos no Canal de Moçambique.
. . .
Machine Translated by Google
Os vórtices desempenham um papel fundamental na redistribuição de propriedades como massa, calor e 
nutrientes (DiMarco et al. (2002)), tornando o Canal de Moçambique rico em biodiversidade marinha. São 
exemplos de biodiversidade marinha os extensivos recifes de coral e diversos habitats para espécies em vias 
de extinção como dugongos e baleias (McCLANAHAN et al. (2011); Samoilys et al. (2011)). Aliadaa esta 
enorme bi-odiversidade estão as importantes pescarias que ocorrem ao longo de todo o canal. O Banco de 
Sofala é um exemplo de destaque em termos de pescarias em Moçambique 
O Canal de Moçambique situa-se no ocidente do Oceano Índico, entre Moçambique e a Ilha de 
Madagascar (Fig. 1.1). No norte, o Canal de Moçambique é limitado pela Cor-rente Equatorial Sul (SEC) que 
bifurca-se no continente aos 11ÿS de latitude, formando a Corrente costeira da África Oriental (EACC) em 
direção ao Equador e a Corrente de Moçambique (MC) na direção sul (Schouten et al., 2003). As instabilidades 
da SEC origi-nam vórtices de mesoescala na região norte, de onde se deslocam em direção ao centro do 
canal (Backeberg e Reason, 2010). Os vórtices de mesoescala na região do norte do Canal de Moçambique 
são anti-ciclônicos e localizados próximo à costa moçambicana. Do outro lado do canal, próximo à costa de 
Madagascar, predominam os vórtices ciclônicos que se deslocam para o continente interagindo com os 
vórtices anti-ciclônicos antes de se dirigir para o centro do canal (Collins et al., 2014). Próximo à zona costeira, 
os vórtices intera-gem com a MC produzindo correntes de mais de 1.5 m sÿ1 (Ullgren et al., 2016). Na região 
central do canal os vórtices tem maior energia cinética associada ao seu diâmetro maior, com a média de 
300 km em comparação com a média de 100 km no norte (Halo et al., 2014). Caraterizados por trens 
alternados de vórtices ciclônicos e anti-ciclônicos na re-gião central do canal, estes vórtices interagem com 
as águas costeiras provenientes dos rios, antes de diminuírem a intensidade da sua energia cinética ao se 
deslocar para o sul (Omta et al., 2009; Quartly e Srokosz, 2004). Já no limite sul do canal de Moçambique 
os vórtices provenientes do interior do canal associam-se aos originários do sul de Madagascar aos 28ÿS, 
formando posteriormente a Corrente das Agulhas (AC) (de Ruijter et al., 2004). 
1
Capítulo 1 
Introdução 
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M
ad
ag
ás
ca
r
Moçambique 
(Brinca et al., 1980), contribuindo com 5% do PIB e cerca de 28% de divisas externas (Fanaian et al., 
2015). Apesar desta relativa importância ecológica e sócio-económica do Canal de Moçambique, estudos 
envolvendo fatores físicos que determinam o ciclo anual da clorofila são escassos, sobretudo no norte do 
canal de Moçambique. Como indicador de produção primária, estudos envolvendo a clorofila constituem 
um pré-requisito para o gerenciamento da biodiversidade marinha, tornando relevante o melhor 
entendimento de processos físicos que determinam a sua variabilidade sazonal. 
Os vórtices de mesoescala são os que receberam maior atenção no que diz respeito a estudos 
recentes envolvendo interações biofísicas no Canal de Moçambique. Alguns exemplos de estudos de 
interações biológicas apontam para elevadas concentrações da clorofila superficial associadas aos vórtices 
de mesoescala (Jose et al., 2014; Omta et al., 2009), que por conseguinte influenciam outras cadeias 
tróficas desde a abundância do zo-oplancton (Lebourges-Dhaussy et al., 2014) até aos predadores de 
topo da cadeia trófica (Kai e Marsac, 2010). Devido à sua frequência que é de 4 a 5 vórtices/ano (de Ruijter 
et al., 2002; Schouten et al., 2003) e sem sazonalidade aparente (Omta et al., 2009), os vórtices 
1,02 INTRODUÇÃO 
No interior do canal predominam os vórtices de mesocala (Mozambique Channel Eddies, MEC) 
Figura 1.1: A figura mostra a representação esquemática da circulação e da batimetria na região do 
Canal de Moçambique. O Canal de Moçambique é limitado por dois países, nomeadamente 
Moçambique no Oeste e Madagascar no leste, e ainda pelas correntes South Equatorial Current 
(SEC) e Southeast Equatorial Madagascar Current (SEMC), respectivamente no Norte e no Sul. 
Fonte: Schouten et al. (2003)
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1.1 Vento e fluxo de calor 
O regime do vento no Canal de Moçambique é sazonal marcado por valores elevados do stress do 
vento no inverno, cerca de 0.1 N mÿ2 damente de -0.04 N mÿ2 
no período de verão (Fig. 1.2). Em comparação, a região norte do Canal de Moçambique difere das regiões 
centro e sul devido ao fato de o norte estar sob influência das monções (Saetre e Da Silva, 1982). 
O presente trabalho visa essencialmente identificar os principais processos físicos que modulam a 
sazonalidade da clorofila no norte do Canal de Moçambique. Em seguida, é feita uma revisão do stress do 
vento e do fluxo de calor no Canal de Moçambique como as possíveis forçantes que regulam a camada de 
mistura e por conseguinte a sazonalidade da clorofila superficial na região. 
A clorofila superficial tem a sazonalidade evidente, caracterizada por elevadas concen-trações de 
clorofila superficial durante o inverno e por baixas concentrações nos restantes meses do ano (Koné et al., 
2009; Tew-Kai e Marsac, 2009). Esta variabilidade temporal da clorofila superficial no Canal de Moçambique 
é associada à sazonalidade do vento cujo pico da sua intensidade ocorre durante o inverno (Lévy et al., 
2007). Entretanto, estudos mais recentes apontam para o decréscimo em cerca de 20% na concentração da 
clorofila no norte do Oceano Índico, apesar da intensificação do vento nas últimas décadas, fato atribuído ao 
aumento da temperatura superficial (Roxy et al., 2016). Numa outra aná-lise, Marsac (2014) verificou que a 
concentração superficial da clorofila decresceu entre os anos de 2006 e 2010, altura em que a temperatura 
superficial (SST) registou um ligeiro aumento, sem contudo avançar as causas. Sugerindo deste modo que 
processos físicos asso-ciados à sazonalidade da clorofila no Canal de Moçambique estejam além da 
variabilidade do stress do vento. Mais ainda, estudos apontam para relações contraditórias entre a SST e a 
clorofila superficial, sendo que o uso da SST como indicador da estratificação possa ser ambíguo (Martinez 
et al., 2011). Tendo em consideração a forte interação mútua entre a SST e o fluxo de calor latente (ÿ15 W 
mÿ2 ( ÿC)ÿ1 ) na região tropical do Oceano Índico (Kumar et al., 2017), o fluxo de calor é uma forçante 
importante na camada de mistura. 
As monções são caracterizadas pela mudança sazonal da direção do vento, atuando do quadrante norte 
a nordeste durante o verão (Setembro-Março) e do quadrante sul a sudoeste no inverno (Abril-Agosto). O 
sistema das monções que influencia o norte do 
no Canal de Moçambique devem apenas contribuir para elevadas concentrações de cloro-fila de forma 
localizada e temporal, apontando deste modo para outros mecanismos que determinam o ciclo anual da 
clorofila nesta região. 
Esta, por sua vez, é importante para a concentração da clorofila superficial. 
VENTO E FLUXO DE CALOR 3 1.1
baixando para valores de aproxima-,
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Figura 1.2: A figura é referente ao Stress e velocidade do vento, mostrando as diferenças na 
direçãoe magnitude do vento entre os meses de (a) Janeiro e (b) Junho. Os dados foram obtidos 
da climatologia QSCAT. 
Canal de Moçambique até aos 18ÿS de latitude (Fig. 1.2-a) é uma extensão das ven-tos monçônicos do norte do 
Oceano Índico descrito anteriormente por Saetre e Da Silva (1982) e Biastoch e Krauss (1999). As regiões central e 
sul do Canal de Moçambique são influenciadas por ventos do quadrante sul a sudeste, prevalecendo nesta direção 
durante todo o ano. O stress do vento nas duas regiões do centro e sul é inferior a 0.1 N mÿ2 e com pouca variabilidade 
sazonal. 
À semelhança do stress do vento, o fluxo de calor no Canal de Moçambique também é sazonal (Fig. 1.3). Durante 
o verão o fluxo de calor é positivo em toda área do Canal de Moçambique. Em contrapartida, no inverno a área é 
totalmente influenciada pelo fluxo de calor negativo. A amplitude do fluxo de calor do período de inverno para o verão 
é de mais de 100 W mÿ2 
1.14 INTRODUÇÃO 
, com a maior diferença verificando-se no sul do canal. 
Sabe-se que vento e o fluxo de calor são responsáveis pela modulação da camada de mistura. Ventos mais fortes 
e em associação ao fluxo de calor negativo teriam como consequência uma camada de mistura mais profunda. Por 
outro lado, um fluxo de calor positivo juntamente com um vento fraco a moderado resultariam numa coluna de água 
estratificada e a camada de mistura mais rasa. Os ciclos de mistura e estratificação tem um enorme impacto no 
crescimento do fitoplâncton pelo fato de controlarem a intensidade do fluxo de nutrientes e na distribuição da luz 
(Simpson et al., 1990). 
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Figura 1.3: Distribuição do fluxo de calor no Canal de Moçambique obtido da climatologia COADS 
mostrando valores positivos em (a) Janeiro e negativos em (b) Junho. 
VARIABILIDADE DA CLOROFILA 5 
As implicações para a abundância do fitoplâncton devido ao aumento da camada de mistura 
podem ser contrárias. Por exemplo, a coluna de água mais misturada resultaria no aumento da 
concentração da clorofila devido ao aumento de nutrientes na zona eufó-tica, mas também 
pode resultar no decréscimo na concentração da clorofila devido à sua diluição da clorofila na 
coluna de água (e.g. Echevin et al. (2008)) ou devido à redução na intensidade da luz (e.g. 
Resplandy et al. (2009)). Com a camada de mistura mais rasa, menos nutrientes estariam 
disponíveis na camada eufótica o que resultaria na redução das concentrações da clorofila 
superficial. Dada a importância da mistura e estratificação da coluna de água na produção 
biológica na superfície oceânica, espera-se que para além do vento, o fluxo de calor seja 
fundamental no ciclo regular da clorofila superficial no Canal de Moçambique. 
1.2
Dados climatológicos indicam que as concentrações da clorofila no Canal de Moçam-bique 
aumentam de 0.15 mg Chl mÿ3 no verão para cerca de 0.30 mg Chl mÿ3 no inverno, na maior 
parte do oceano aberto (Fig. 1.4). Em comparação com as regiões centro e norte, o sul do 
canal de Moçambique é onde se verifica o maior aumento da concentração da clorofila na 
mudança de estação, sobretudo próximo à costa de Moçambique onde durante o inverno se 
verifica o triplo das concentrações da clorofila obtidas no verão. Ao contrário do oceano aberto, 
a região costeira de Moçambique mostra pouca variabilidade sazonal na concentração da 
clorofila, onde os valores são de ÿ0.5 mg Chl mÿ3 durante os dois 
1.2 Variabilidade da Clorofila 
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Figura 1.4: Concentrações da clorofila superficial no Canal de Moçambique referente à clima-
tologia MODIS para os meses de (a) Janeiro e (b) Junho. 
períodos. No lado da costa malgaxe, nota-se um ligeiro aumento nas concentrações da clorofila do verão 
para o inverno, sobretudo no extremo sul da ilha. 
Medições in situ apontam para concentrações da clorofila superficial variando entre 0.06 e 1.26 mg 
Chl mÿ3 na zona costeira de Moçambique (Mordasova, 1980). Dados mais recentes apontam para a 
existência de uma considerável variabilidade da clorofila no interior do canal, com concentrações entre os 
0.04 e 0.4 mg Chl mÿ3 , chegando aos 0.84 mg Chl mÿ3 nas frentes oceânicas (Barlow et al., 2014). As 
concentrações da clorofila estimadas pelo sensoriamento remoto apresentam uma ótima correlação 
(r=0.80) com as medições in situ efectuadas no interior do canal (Zubkov e Quartly, 2003). O que confere 
um ótimo nível de confiança às estimativas da concentração da clorofila superficial pelo sensoriamento 
remoto na região. A produção primária no Canal de Moçambique obedece o padrão de distribuição espacial 
da clorofila, variando de 0.26-0.5 g C mÿ2 dayÿ1 no oceano aberto para 1-3 g C mÿ2 dayÿ1 na zona 
costeira (Ryther et al., 1966). 
1.36 INTRODUÇÃO 
O período do inverno em que se verifica o máximo da concentração da clorofila superfi-cial no Canal 
de Moçambique (Fig. 1.4) coincide com elevados valores do stress do vento (Fig. 1.2) como também com 
valores negativos do fluxo de calor (Fig. 1.3), e vice-versa. O 
1.3 Questões de pesquisa 
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anual da clorofila superficial no norte do Canal de Moçambique? 
• Que mecanismos controlam a sazonalidade espaço-temporal da produção primária 
nas regiões norte, centro e sul do Canal de Moçambique? 
7
• Qual é a importância relativa do stress do vento e/ou do fluxo de calor no ciclo 
que sugere que o ciclo anual da clorofila superficial no Canal de Moçambique é regulado pelo 
efeito combinado entre o stress vento e o fluxo de calor através da modulação da camada de 
mistura. Para o presente estudo, foram elaboradas as questões a seguir: 
1.3
• Como a produção primária modelada responde à introdução dos ventos sinópticos no Canal 
de Moçambique? 
QUESTÕES DE PESQUISA 
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1.4 Objetivos
seguintes: 
• Analisar a importância da resolução horizontal do modelo na reprodução das con-centrações da 
clorofila superficial e da produção primária no Canal de Moçambique. 
• Medir a sensibilidade do stress do vento e do fluxo de calor na variação temporal da camada de 
mistura e a sua relação com o ciclo anual da clorofila superficial no 
O presente trabalho tem como objetivo principal investigar o efeito do stress do vento e do fluxo de 
calor na variabilidade sazonal da clorofila superficial no Canal de Moçam-bique. 
Para a concretização do objetivo principal foram elaboradas os objetivos específicos 
1.48 INTRODUÇÃO 
Norte do Canal de Moçambique; 
• Analisar a influência dos ventos sinópticos na distribuição espacial da produção 
primária no Canal de Moçambique. 
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No Capítulo 3 faz-se a análise dos mecanismos que regulam a variabilidade espaço-temporal da 
produção primária no Canal de Moçambique. A influência dos ventos de alta 
No Capítulo 5 apresentam-se as conclusões obtidas neste trabalho. Finalmenteno Apên-dice A, 
apresentam-se informações adicionais sobre os modelos empregues para o presente 
estudo, nomeadamente o ROMS (Regional Ocean Modeling System) e o PISCES (Pelagic 
Em seguida apresenta-se a estrutura do trabalho que está organizado em quatro capí-tulos e um 
apêndice. No Capítulo 2, aborda-se o efeito do stress do vento e do fluxo de 
frequência na produção primária no Canal de Moçambique é apresentada no Capítulo 4. 
calor na variabilidade sazonal da clorofila superficial no Norte do Canal de Moçambique. 
1,5
Interaction Scheme for Carbon and Ecosystem Studies) e ainda as diferenças entre as 
soluções do modelo e dados observacionais. 
ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO 9 
1.5 Organização do Trabalho 
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1,510 INTRODUÇÃO 
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Palavras-chave: Sazonal, MLD, nitrato, nova produção, produção primária, Moçambique
A circulação superficial no Canal de Moçambique muda da parte norte, onde o sistema 
está sob domínio das monções, para as partes centro e sul, onde os redemoinhos de 
mesoescala são mais frequentes. Apesar destas diferenças na física entre as três regiões, 
a produção primária baseada em satélite mostra que toda a região é caracterizada por 
uma variabilidade sazonal semelhante da produção primária, em que o inverno é a estação 
mais produtiva do ano. Uma configuração de modelo físico-biogeoquímico acoplado 
aplicada ao Canal de Moçambique é usada para investigar a variabilidade sazonal e 
espacial da produção nova e primária no Canal de Moçambique. A produção primária 
integrada na zona eufótica mostra o valor mais alto de > 0,3 g C m–2 dia–1 durante o 
inverno e o valor mais baixo de ÿ 0,1 g C m–2 dia–1 durante o verão. A nova produção 
integrada segue a mesma variabilidade sazonal da produção primária, com o valor mais 
elevado de ÿ 0,15 g C m-2 dia-1 durante o inverno, produzindo um índice f médio de 0,5 
em toda a região. A nova produção no inverno resulta da advecção vertical e do 
arrastamento de nitrato abaixo da zona eufótica, principalmente devido à forte pressão do 
vento no norte e ao fluxo de calor negativo no centro/sul. Durante o resto do ano, o sistema 
depende da remineralização da matéria orgânica, que sustenta o crescimento do 
fitoplâncton no subsolo. O pastoreio de fitoplâncton pelo zooplâncton aumenta em 
proporção com o aumento do fitoplâncton, apesar do aprofundamento do MLD durante o 
inverno e da intensificação das correntes médias por redemoinhos de mesoescala, 
sugerindo que a abundância de fitoplâncton na região é controlada principalmente pelo pastoreio biológico.
31
Variabilidade sazonal e espacial da 
produção primária em Moçambique
Capítulo 3 
Canal
3.1 Resumo
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3.2 Introdução
O Canal de Moçambique está localizado entre os países de Moçambique no continente e a Ilha de 
Madagáscar. As principais massas de água que caracterizam as camadas superiores são as Águas 
Superficiais Tropicais (ATS, < 25 kg mÿ3 ) e as Águas Superficiais Subtropicais (ATSW, 25,8 kg mÿ3 ) (Ullgren 
et al., 2012). Ao norte, as águas superficiais quentes e menos salinas do TSW são trazidas para a área pela 
Corrente Sul Equatorial (Saetre e Da Silva, 1982). A zona de transição entre TSW e STSW ocorre na parte 
central do canal em torno de 22ÿS, onde a mistura vertical e horizontal modifica as duas massas de água. 
O STSW entra no Canal de Moçambique vindo do sul, onde a salinidade aumenta devido à maior evaporação 
que excede a precipitação, transformando-se num máximo de salinidade subterrânea quando estas águas 
subduzem abaixo da água de baixa salinidade (Wyrtki, 1973).
Recentemente, o Canal de Moçambique tem recebido considerável atenção em termos de
Na oceanografia física, porém, a análise da produção primária ainda precisa ser investigada. A produção 
primária no Canal de Moçambique varia de 0,11 a 0,50 g C m-2 dia-1 no oceano aberto a > 1,0 g C m-2 dia-1 
na plataforma (Ryther et al., 1966).
3.2
O fluxo na região é dominado por redemoinhos de mesoescala que se movem de norte para sul, em vez 
de uma corrente contínua localizada perto da costa de Moçambique (de Ruijter et al., 2002; Lutjeharms et al., 
2000; Sætre e Da Silva, 1984). . Com um diâmetro de cerca de 300 km e movendo-se de 3 a 6 km por dia 
(Schouten et al., 2003), esses redemoinhos interagem com as águas costeiras e advetam propriedades no 
meio do canal (Quartly e Srokosz, 2004). . Devido às águas mais profundas, ricas em nutrientes, ressurgidas 
por redemoinhos de mesoescala, sabe-se que essas características aumentam significativamente a atividade 
biológica em mar aberto (Franks et al., 1986; Longhurst, 2001; McGillicuddy Jr e Robinson, 1997).
Canal
32 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
Os principais mecanismos propostos para a variabilidade da produção primária na área são o campo de 
vento (Machu et al., 2002) e os redemoinhos de mesoescala (Jose et al., 2014). No capítulo anterior (2.4.2), 
os resultados indicam que a velocidade vertical associada à tensão do vento leva a uma profundidade mais 
profunda da camada mista devido à perda de calor durante o inverno, induzindo assim o transporte vertical 
de nutrientes no Canal Norte de Moçambique. Não se sabe, no entanto, como os processos de mistura 
afectam a produção nova e primária no Canal de Moçambique.
A principal diferença nos processos físicos entre o norte e as outras partes do canal é a presença de 
intensos redemoinhos de mesoescala nas regiões centro e sul, enquanto no norte a circulação é fortemente 
influenciada pelas monções. Produção primária baseada em satélite obtida do Modelo de Produção 
Verticalmente Generalizada (VGPM,
CANAL DE MOÇAMBIQUE
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3.3 Métodos
Behrenfeld e Falkowski (1997)) indica uma variação sazonal semelhante da produção primária 
no Canal de Moçambique, caracterizada por taxas mais elevadas no inverno do que nas outras 
estações (Fig. 3.1). Assim, no presente capítulo investigamos os mecanismos que impulsionam a 
variabilidade sazonal e temporal da produção nova e primária em toda a região.
A análise neste capítulo corresponde aos resultados da configuração de alta resolução (filho), 
exceto na subseção 3.4.5, onde o modelo de menor resolução (pai) também é incluído na análise.
MÉTODOS 333.4
O Sistema Regional de Modelagem Oceânica (ROMS; Shchepetkin e McWilliams (2005)) 
acoplado ao Esquema de Interação Pelágica para Estudos de Carbono e Ecossistemas (PISCES; 
Aumont e Bopp (2006); Aumont et al. (2003)) é usado para investigar a variação sazonal. 
-capacidade de nova produção e produção primária no Canal de Moçambique. A configuração do 
modelo aplicado para o Canal de Moçambique está descrita no capítulo 2.3.
Conjuntos de dados observacionais são usados para avaliar as nossas soluções modelo no 
Canal de Moçambique. Os dados observacionais incluem Modelo de Produção PrimáriaGeneralizada Vertical (VGPM) para produção primária integrada em profundidade e Atlas de 
Mares Regionais (CARS) para oxigênio dissolvido. O Modelo de Produção Generalizada 
Verticalmente (VGPM, Behrenfeld e Falkowski (1997)) é amplamente utilizado como estimativa 
da produção primária global. Utiliza variáveis como temperatura, clorofila superficial e radiação 
fotossinteticamente ativa, todas obtidas a partir de medições de satélite. O VGPM fornece 
produção primária integrada na profundidade da camada eufótica e os dados estão disponíveis 
em http://www.science.oregonstate.edu/ocean.productivity. O oxigênio dissolvido modelado é 
comparado com dados climatológicos da Organização de Pesquisa Científica e Industrial da 
Commonwealth (CSIRO) CARS. CARS é um conjunto de dados de atlas gerado a partir de todos 
os dados oceanográficos disponíveis e consiste em dados climatológicos globais em uma 
resolução horizontal de 1/2ÿ e em 79 níveis verticais padrão (www.cmar.csiro.au/cars).
3.3.1 Descrição do modelo
3.3.2 Produtos de dados
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
3.4 Resultados e discussão
Figura 3.1: Produção primária integrada em profundidade (PP) no Canal de Moçambique derivada 
do Modelo de Produção Primária Generalizada (VGPM). O PP no domínio é caracterizado por 
maiores taxas de produção no inverno (c) e menores no verão (a). Os valores intermediários estão 
no outono (b) e na primavera (d).
3.4
34 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
As propriedades físicas e biológicas modeladas foram validadas no capítulo anterior (2.4). Aqui, a 
comparação entre os dados observacionais e os resultados do modelo concentra-se apenas na 
produção primária e no oxigênio dissolvido.
3.4.1 Validação do Modelo
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Nova Produção (NP) integrada sobre a zona eufótica no Canal de Moçambique também exibe o mesmo 
sinal de PP das nossas soluções modelo, bem como PP do VGPM (Fig. 3.3). A nova produção primária 
baseada em nitratos representa cerca de metade do PP na vasta área do Canal de Moçambique. A estreita 
relação entre NP e PP destaca a importância da disponibilidade de nitrato na variabilidade sazonal da 
produção biológica no sistema.
Nosso modelo captura grande parte da distribuição espacial do PP em todo o domínio, mostrando boa 
concordância com a produção primária integrada em profundidade derivada do VGPM, mas com pequenas 
diferenças, particularmente perto de áreas costeiras onde nosso modelo subestima o PP (Fig. 3.1). Estas 
diferenças na magnitude da PP perto das zonas costeiras são parcialmente atribuídas à ausência de 
nutrientes provenientes da descarga fluvial que não estão incluídos no nosso modelo. A entrada de nutrientes 
dos rios contribui significativamente para sustentar a produção biológica no Canal de Moçambique. O Banco 
de Sofala (18-20ÿS) é um exemplo de área produtiva onde a actividade biológica depende fortemente do 
caudal do rio Zambeze (da Silva, 1986). O modelo também subestima a taxa de produção durante o verão, o 
que pode ser atribuído ao campo de vento utilizado para forçar o modelo. A curta variabilidade temporal do 
estresse do vento, fundamental para a mistura de propriedades oceânicas, como nutrientes, não é capturada 
no forçamento climatológico utilizado no modelo.
Oxigênio dissolvido
resultados do modelo em 13ÿ
Produção primária
A Produção Primária (PP) modelada integrada sobre a zona eufótica no Canal de Moçambique indica 
um claro ciclo sazonal na região, com taxas de produção mais elevadas no inverno, seguidas por taxas 
intermédias na primavera e no outono e taxas de produção mínimas no verão (Fig. 3.2) . Existem ligeiras 
diferenças nos valores de PP entre a parte norte e o resto do canal, onde nas partes centro e sul os valores 
de PP são quase o dobro do que é visto no norte. Estas diferenças podem estar associadas à intensa 
atividade de mesoescala na região central (Fig. 2.2). À medida que essas características de mesoescala se 
propagam em direção aos pólos, elas interagem com a terra, trocando nutrientes que são posteriormente 
transportados para o mar e utilizados para melhorar a produção biológica (Jose et al., 2014).
353.4
As concentrações de oxigénio dissolvido derivadas do conjunto de dados CARS são comparadas com 
as secções verticais 18ÿ e 24ÿS (Fig. 3.3a), representando 
respectivamente as regiões norte, centro e sul do Canal de Moçambique (Fig.3.4).
,
Os perfis verticais de oxigênio dissolvido obtidos a partir de observações e do modelo são idênticos nas 
primeiras dezenas de metros, mas há uma ligeira diferença em relação ao modelo que mostra concentrações 
máximas de oxigênio em aproximadamente 50-80 m de profundidade. Esse
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
os máximos de oxigênio subterrâneo são devidos a concentrações mais altas de nitrato no modelo (não 
mostrado) que aumentaram a biomassa do fitoplâncton nesta profundidade.
3.4
36 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
O horizonte de profundidade (100-300 m) do mínimo de oxigénio subterrâneo no modelo é semelhante 
às observações obtidas do CARS nas três regiões, o que é claramente notável pela rápida diminuição das 
concentrações de oxigénio, particularmente nas partes norte e centro. . Na parte sul, o mínimo de oxigénio 
subterrâneo mais fraco verificado no CARS é dificilmente perceptível no modelo, onde as concentrações 
de oxigénio diminuem ligeiramente com a profundidade. O modelo também subestima as concentrações 
de oxigênio abaixo da profundidade do
Figura 3.2: Mapas que mostram a distribuição espacial da produção primária no Canal de 
Moçambique, no (a) verão; (b) queda; (c) inverno: e (d) primavera.
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indicar locais onde os dados são amostrados para nossa análise neste capítulo.
Figura 3.3: Igual à figura 3.2, mas para nova produção primária. As linhas e estrelas em (a)
produção
3.4.2 Variabilidade sazonal da nova produção e produção primária
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para compreender os mecanismos que impulsionam a variabilidade sazonal e espacial
da produção primária no Canal de Moçambique sobre a zona eufótica, analisamos
nova produção, razão f e termos de advecção vertical e horizontal de nitrato em
diferem uns dos outros pela fonte de nutrientes dominante usada para sintetizar o orgânico
mínimo de oxigênio subterrâneo. Esta diferença pode ser induzida pela circulação global
introduzido nas condições de contorno do domínio principal.
373.4
regiões norte, centro e sul do canal (Fig.3.5). Produção nova e regenerada
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
composto. F-Ratio (Eppley e Peterson, 1979), é a razão entre a produção nova e a total, utilizada 
para distinguir se a produção primária é baseada em nitrato (nova) ou amônio (regenerado). Os 
termos de advecção horizontal do nitrato correspondem à soma dos componentes meridionais e 
zonais.
3.4
38 VARIABILIDADE SAZONALE ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
Os termos de advecção vertical e horizontal do nitrato são elevados durante o inverno nas três 
regiões do Canal de Moçambique. O pico da razão f coincide com a vertical
Figura 3.4: Perfis verticais de oxigênio dissolvido obtidos a 13ÿS (ab); 18ÿS (cd); e 24ÿS 
(ef ), representando respectivamente as regiões norte, centro e sul do Canal de 
Moçambique (Ver figura 3.3).
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e termos horizontais de nitrato (gi) nas três regiões do Canal de Moçambique.
Figura 3.5: Evolução sazonal da produção nova e primária (ac), razão f (ef ) e vertical
contribuem para fornecer nutrientes à zona eufótica (Fig. 3.6-b).
O termo de nitrato na parte central é mais fraco quando comparado ao norte e ao sul, sugerindo que outros 
fatores, como o arrastamento devido ao aprofundamento da camada mista, também podem
Valores elevados de razão f no inverno são verificados nas três regiões indicando que o
sistema muda da produção primária baseada em amônio no outono para produção primária baseada em nitrato
39
durante o inverno é modulado pela advecção vertical de nitrato. No entanto, a advecção vertical
termo de advecção cal indicando que a produção primária no Canal de Moçambique
3.4
mais influenciado pela advecção horizontal. Por outro lado, pequenas quantidades de nutrientes ocorrem em
verão o que aumenta ligeiramente os valores de NP com foco na parte norte do
produção no inverno. No sul, o rácio f também é elevado no Inverno, mas parece ser
Canal de Moçambique. A entrada lateral de nutrientes por processos de mesoescala também pode ocorrer e 
alterar a dependência de nutrientes no sistema. Por exemplo, advecção horizontal
resultou no fornecimento de nitrato durante o mês de Outubro, o que melhorou o NP e o PP (Fig.3.5e).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
Figura 3.6: Evolução temporal e profundidade do nitrato (colorido) sobreposto pela Profundidade da Camada 
Mista (m) representando as partes (a) norte, (b) centro, (c) sul do Canal de Moçambique.
tamanhos pequenos (nanofitoplâncton) e grandes (diatomáceas) de fitoplâncton, entretanto, a 
biomassa do nanofitoplâncton dobra as concentrações de diatomáceas (Fig. 3.7ab). As diferenças em
no Canal de Moçambique é cerca de 2 vezes maior no inverno do que no verão, tanto para
biomassa entre as duas classes de fitoplâncton é porque o nanofitoplâncton é mais
eficaz na assimilação de nitrato do que diatomáceas.
3.4
nas duas classes/grupos de fitoplâncton no norte, centro e sul, são feitas comparando as suas 
concentrações à superfície (Fig. 3.7). A biomassa na vasta área de
Em seguida, analisamos como o padrão dos processos físicos afecta a distribuição da biomassa 
fitoplâncton nas três regiões do Canal de Moçambique (Fig. 3.3a). Diferenças
40 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
A biomassa total máxima do fitoplâncton (nanofitoplâncton + diatomáceas) no inverno
3.4.3 Fitoplâncton e pastoreio pelo zooplâncton
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Figura 3.7: Evolução temporal de duas classes/grupos de fitoplâncton no Canal de Moçambique. Os 
dados correspondem a (a) diatomáceas (dia); (b) nanofitoplâncton (nano); (c) fitoplâncton total 
(dia+nano); e (d) pastoreio de fitoplâncton por zooplâncton na superfície.
Os dados são obtidos das partes norte (continuação), centro (tracejado) e sul (círculo pontilhado) do 
Canal de Moçambique.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 413.4
aumenta ligeiramente com a latitude, com menor biomassa no norte e maior no centro e no sul (Fig. 3.7c). 
Concentrações mais elevadas de fitoplâncton subterrâneo no centro e no sul do que no norte durante o início do 
inverno podem contribuir para as diferenças observadas na biomassa total do fitoplâncton à superfície quando 
ressurgem para a superfície no inverno. O pastoreio pelo fitoplâncton aumenta em proporção com a abundância 
do fitoplâncton (Fig. 3.7d), apesar do aprofundamento do MLD. O aumento quase linear da pressão de pastoreio 
sobre o fitoplâncton pelo zooplâncton destaca que o stock de fitoplâncton no Canal de Moçambique é fortemente 
controlado pelo produtor secundário (zooplâncton), uma vez que os MLD têm um efeito positivo na biomassa do 
fitoplâncton na região.
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3.4.4 Mecanismo impulsionador da variabilidade espacial do PP
Valores mais elevados da diferença relativa entre CTL e NOWIND indicam que a tensão do vento é um 
mecanismo de condução dominante do PP integrado em profundidade no norte, enquanto a sua influência 
diminui com a latitude em direção às partes central e sul do canal (Fig. 3.8c) . .
Há um ligeiro aumento na PP durante o inverno no extremo sul de Madagascar devido ao estresse eólico, 
de acordo com análises anteriores em Ramanantsoa et al. (2018)
No verão, os efeitos dos ventos sobre o PP são mais fracos (Fig. 3.8a), sugerindo que grande parte da 
taxa de produção está confinada às águas subterrâneas, onde a biomassa do fitoplâncton é elevada devido 
à abundância de luz vinda de cima e de nutrientes vindos de baixo da base da nitraclina. . No Outono, 
quando os ventos começam a fortalecer-se, bem como na Primavera, quando os ventos diminuem, a sua 
pouca influência é observada na parte central do Canal de Moçambique (Fig. 3.8bd). Processos físicos 
como o arrastamento no outono e o destreinamento na primavera podem alimentar ligeiramente a produção 
primária a uma taxa mais baixa. Porém, o destreinamento é menos produtivo, uma vez que não é 
acompanhado pela elevação de nitrato para a camada superficial (McCreary et al., 2009).
Em contraste com a tensão do vento, o fluxo líquido de calor tem uma grande influência nas partes 
central e sul do canal durante o inverno (Fig. 3.9c), seguindo os seus valores negativos que aumentam com 
a latitude no mesmo período (Fig. 1.3b). Contudo, a produção relativamente elevada também pode ser 
reforçada por redemoinhos de mesoescala que dominam as partes centro e sul do Canal de Moçambique.
Os mecanismos que controlam a distribuição espacial da produção primária no Canal de Moçambique 
são analisados utilizando resultados de modelos de experiências de sensibilidade com tensão de vento 
suprimida (NOWIND) e fluxos de calor (NOHEAT). Os valores de PP dos dois experimentos de sensibilidade 
são contrastados com a simulação climatológica equivalente de estresse eólico e fluxo líquido de calor 
(CTL), onde ambas as forças superficiais foram mantidas inalteradas.
A aparente pequena contribuição da tensão do vento no sul e centro, deve ser atribuída à variabilidade mais 
fraca dos ventos utilizada na nossa simulação (menos de 0,1 N mÿ2 durante todo o ano).
3.4
42 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
O efeito dos fluxos de calor sobre o PP durante o verão e a primavera é insignificante (Fig. 3.9a & d), 
que é o período em que a coluna de água é estratificada. Neste momento, uma perda de fluxo de calor 
superficialpode estar associada à variabilidade dos ventos, onde tensões de vento mais fortes podem 
resultar na redução da TSM. Tal como na experiência NOWIND, o NOHEAT tem uma contribuição 
considerável para o crescimento do fitoplâncton no outono, o que se deve ao arrastamento de nutrientes 
durante o início do aprofundamento do MLD.
CANAL DE MOÇAMBIQUE
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ao PP com média de profundidade no Canal de Moçambique.
Figura 3.8: Diferença relativa (%) entre o experimento CLIM e NOWIND (CLIM-NOWIND/CLIM*100), mostrando a 
distribuição espacial e sazonal da contribuição do vento
RESULTADOS E DISCUSSÃO 43
também estão interessados em entender como a variabilidade do fitoplâncton é influenciada pela
A contribuição dos redemoinhos de mesoescala para a variabilidade do fitoplâncton é avaliada em locais 
fixos nas partes norte, centro e sul do Canal de Moçambique (Fig. 2.1b). Esse
3.4
permitem-nos compreender como estas características alteram a produção biológica ao longo do tempo. Nós
tonelada
3.4.5 Efeitos dos redemoinhos na variação temporal do fitoplâncton
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
resolução do modelo nas áreas de intensa atividade de redemoinhos de mesoescala na região.
3.4
44 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
Existe uma relação positiva entre valores elevados de EKE e o aumento da biomassa fitoplâncton no 
canal, com foco nas partes norte (Fig. 3.10) e central ( 3.11) , e com pouca visibilidade no sul (Fig. 3.12). 
No entanto, altas concentrações de fitoplâncton parecem seguir valores elevados de EKE na configuração 
parental do que na configuração infantil. Isto é evidenciado tanto no norte como no centro, onde a 
biomassa do fitoplâncton é mais elevada nos pais do que nos filhos durante o Inverno, seguindo valores 
elevados de EKE. Em contraste, valores elevados de EKE em crianças não aumentaram o fitoplâncton no 
início do verão. Isto pode ocorrer porque redemoinhos de mesoescala mais fortes em advetos infantis 
elevaram o nitrato para longe das áreas costeiras antes da absorção pelo fitoplâncton. Na parte central do 
canal, redemoinhos ocorrem durante quase todo o ano em crianças, mas a entrada relativamente alta de 
nitrato ocorre apenas no inverno, desencadeando o florescimento de inverno.
Figura 3.9: Igual à figura 3.8, mas para o experimento de fluxo de calor líquido (NOHEAT).
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Figura 3.10: Instantâneo de 2 dias mostrando a evolução temporal da biomassa fitoplâncton superficial, EKE
e Nitrato no norte do Canal de Moçambique.
concentrações no Norte do Canal de Moçambique. No presente capítulo, os experimentos de sensibilidade, 
NOWIND e NOHEAT são contrastados com o experimento climatológico, CONTROL, a fim de avaliar sua 
contribuição para a evolução espacial e temporal.
variabilidade da produção primária em todo o Canal de Moçambique.
No geral, a produção primária acompanhou a variabilidade da nova produção, com maior
taxa de produção no inverno, seguida por uma taxa intermediária na primavera e no outono e uma taxa mi-
No estudo anterior, demonstramos usando ROMS/PISCES que tanto a tensão do vento
e o forçamento líquido do fluxo de calor se combinam para modular o ciclo sazonal da clorofila superficial
RESULTADOS E DISCUSSÃO 453.4
3.4.6 Conclusão e observações
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
aviso
A produção primária integrada em profundidade é cerca do dobro da nova produção durante o inverno.
A biomassa fitoplâncton superficial no Canal de Moçambique é maior no inverno, onde pequenas 
classes/grupos contribuem com mais de 60% da biomassa total do fitoplâncton.
O aumento da abundância de fitoplâncton na região é acompanhado pelo aumento da biomassa do 
zooplâncton. O pastoreio de fitoplâncton pelo zooplâncton aumenta na proporção linear da biomassa 
fitoplanctônica, apesar do aprofundamento do MLD durante o inverno. Isto é explicado pelo aumento 
da produção primária que excede a pressão exercida sobre o fitoplâncton pelo zooplâncton, uma 
indicação de que a abundância de fitoplâncton na região é controlada principalmente pelo zooplâncton.
taxa de produção máxima durante o verão na vasta área do Canal de Moçambique.
Isto indica que a produção primária no Canal de Moçambique depende de nitrato no inverno (rácio f de 
cerca de 0,5) e na maioria dos períodos a produção é baseada em am-
3.4
46 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
A tensão do vento parece ser o mecanismo dominante que impulsiona a produção primária
Figura 3.11: Igual à figura 3.10, mas para a parte central do Canal de Moçambique.
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Figura 3.12: Igual à figura 3.10, mas para a parte sul do Canal de Moçambique.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 473.4
no norte do que nas partes centro e sul do Canal de Moçambique, enquanto o fluxo líquido de calor tem uma 
maior influência na parte sul. No entanto, nas partes centro e sul do canal, os redemoinhos de mesoescala 
também contribuem para a produção primária.
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CANAL DE MOÇAMBIQUE
48 VARIABILIDADE SAZONAL E ESPACIAL DA PRODUÇÃO PRIMÁRIA NO
3.4
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O ciclo anual da clorofila superficial no norte do Canal de Moçambique está associado não só 
ao vento, como também ao fluxo de calor, através da modulação da camada de mistura. A máxima 
de clorofila superficial (ÿ0.20 mg Chl mÿ3 ) verificada no inverno deve-se primeiramente ao 
entrainment de nutrientes devido ao fluxo de calor negativo. 
Em geral, os resultados do modelo de alta resolução equiparam-se melhor às observa-
Durante o verão, as concentrações da clorofila superficial baixam (ÿ0.10 mg Chl mÿ3 ) devido à 
redução no suprimento de nutrientes, que ficam confinados na base da nutriclina 
63
As concentrações anuais da clorofila superficial no norte do Canal de Moçambique foram de 
0.10 e 0.15 mg Chl mÿ3 para o modelo de alta resolução, valores similares aos estimados pelo 
sensor remoto MODIS. Em contrapartida, obteve-se concentrações meno-res de 0.10 mg Chl mÿ3 
no modelo de baixa resolução. 
ções, destacando a importância da resolução do modelo na reprodução de processos físicos como 
por exemplo a mistura vertical de o que proporcionou melhorias na estimativa e distribuição 
espacial da clorofila superficial na região. 
A configuração de maior resolução (1/12ÿ ) foi mais efectiva na reprodução da cir-culação no 
Canal de Moçambique quando comparada às estimativas do altímetro. As diferenças da 
temperatura e salinidade entre o modelo e as observações foram reduzidas consideravelmente no 
modelo de alta resolução. 
Neste estudo foi utilizado o modelo hidrodinâmico ROMS acoplado ao modelo bioge-oquímico 
PISCES para investigar os processos físicos que regulam o clico anual da clorofila superficial no 
norte do Canal de Moçambique. Configurações com 1/4ÿ (ÿ 25km) e com 1/12ÿ (ÿ9km) de resolução 
horizontal foram usadas para analisar a sua influência na cir-culação