Oceanografia Física Descritiva - Tipos, Massas e Diagramas TS

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO OCEANOGRÁFICO
NOTASDEAULA
IOF - 201- FUNDAMENTOS DE OCEANOGRAFIA FÍSICA
IOF - 1202- OCEANOGRAFIA FÍSICA DESCRITIVA
Pr~fa.SueliSusanadeGodoi
CAPÍTULO 6- TIPO DE ÁGUA, MASSAS DE ÁGUA E DIAGRAMAS T-S
IOF - 201- FundamentosdeOceanografiaFísica /IOF - 1202- OceanografiaFísica Descritiva
Tipo deAgua,lvfassasdeAguaeDiagramasT-S
PraIa. Sueli Susanade Godoi
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TipodeÁgua,MassadeÁgua eDiagrama T-S
6.TIPO DE ÁGUA, MASSAS DE ÁGUA E DIAGRAMA T-S
Os itensqueseseguemsãobaseadosnasseguintesreferências:
McLellan(1965);Mamayev(1975);Miranda (1998);TheOpenUniversity- OceanCirculation
(2002);TheOpen University- Seawater: its composition,propertiesand behaviour(2002);
. Sverdrupet aI. (1942).Paracomplementaras informaçõessugere-se,também,a leiturados
primeirositensdo Capítulo5 de Tomczak,M; Godfrey,Js. : RegionalOceanography:An
Introduction.PergamonPress.422pp.,1994.
6.1 Conceitos
6.2 MétododeAnálisedeMassasdeÁgua
6.1- CONCEITOS
o DiagramaT-S é um diagramacartesianoortogonal,geralmentetoma-secomo eixo das
ordenadasa temperaturae o eixo dasabscissasa salinidade.Considerandoque a equaçãode
estadodaáguadomar,àpressãoatmosférica,é funçãosomentedevariáveisdeestadoS-T, pode-
sesuperporaessediagramaumafa.mífu:j.decurvas.Estascurvasrepresentama densidadedaágua
domar( volumeespecíficoôuparâmetroconvencionalassociado).
Comoconsequência,tem-sea representaçãográficadaequaçãode estadoda águado mar.O
DiagramaT -S é umdoschamados"Diagramascaracterísticosdeestado".
A partirderesultadosexperimentais( S,T , P (z) ), obtidosemumaestaçãohidrográfica,pode-se
plotarsobreo DiagramaT-S esseconjuntodeparesdevalores,considerandoa profundidade(z)
comoparâmetro,obtendo-seassima curva" T - S" . A Figura6.1mostraum DiagramaT-S
generalizadoparaasmassasdeáguadoOceanoAtlântico,segundoMamayev(1975).B. Helland-
Hansen(1916- 1918)observounaépocaque a curvaT-S mantinhaa suaconfiguraçãoquase
inalteradaparagrandesregiõesoceânicas.
"Tipo deágua" : representaumvolumedeáguacomsalinidadeetemperatUraconstantes.Logo
sobo aspectomatemático,a suaimagemsobreo DiagramaT-S éumponto.Fisicamente,o corpo
deáguaestásubmetidoàumprocessodemisturacompleta.
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Praia. Sueli Susana de Godoi
TipodeÁgua,MassadeÁguaeDiagramaT-S
"MassadeáguaH: representaumasucessãoinfinitadetiposdeágua,ouseja,umacurvasobre
o DiagramaT-S. Matematicamenteé o arcodacurva.De acordocomessadefinição,segue-se2
queumacurvaT-S representa,fisicamente,umprocessodemisturaincompletanooceano.Este
aspectodecorredo fato de queas massasde águaestãocontinuamenteinteragindocom a
atmosferanainterfacear/ mar.
6.2 - MÉTODO DE ANÁLISE DE MASSAS DE ÁGUA
A representaçãodosprocessosdemisturadasmassasdeáguasobreo DiagramaT-S, no qual
váriasfunçõespodemsertraçadas,possuemumasériedevantagens.A Figura6.2 (TheOpen
University,2002)ilustraa misturadetrêsmassasdeágua (tipos deágua), atavésde perfisde
(a) temperaturae(b) salinidade,comoscorrespondentesDiagramasT-S. O estágioinicial(1),
no topo,representaa situaçãoantesdequalquerindíciodemistura.O estágiointermediário(2)
mostraumestágiorecentedemisturaquandoo núcleo( "core'')daáguaintermediáriaémuito
proeminente.O estágio3, abaixo,o núcleo vai erodindo.
É importantenotarque,ascaracterísticasdasmassasde águasãoadquiridasna superficiedo
oceano.A formaçãodemassasdeáguasedá emescalasazonal.O "tempo"queumadadamassa
deágualevaparasairdasuperficee atingirumacertaprofundidadeé umaincógnita.O estágio
demisturapodetercomoindicadoravariáveltemporelativoouaconfiguraçãodospontossobre
o DiagramaT-S. AlémdasFiguras6.1e 6.2pode-seobservaraFigura6.3,ondeestãoesboçadas
ascurvasT-S paratrêsestaçõesdo AtlânticoSul mostrandoo núcleodaÁgua Intermediária
Antártica.
TeoremasdeShtokman
Umaanálisepráticaparaavaliaramisturaentremassasdeáguasobreo DiagramaT-S resultada
"geometriadascurvasT-S". Os TeoremasdeShtokman(1944)apresentadospor Mamayev
(1975); Miranda(1998)estabelecemcomoevoluemgeometricamenteospares(S,T) dacurva
T-S, soba açãodosprocessosdemisturaverticaldeduas,trêsouquatromassasdeáguaemum
oceanoinfinito.Estesteoremas,enunciadosa seguir,sãobaseadosnaTeoriaAnalíticadaCurva
T-S. Detalhespodemserencontradosnasúltimasreferênciascitadasanteriormente.
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TipodeÁgua,MassadeÁguae DiagramaT-S
1) A fronteiraentreduasmassasdeáguadeve serconsideradacomoaprofundidadena qual
a porcentagemdemisturaé determinadapor umaretademisturaou triângulodemistura,com
50 % paracadamassadeágua.
2) SeacurvaT-S éaproximadamenteumareta,entãoaretademisturadeveserusadaparasua
análise.Nestecaso,os índicesda misturadasduasmassasdeáguaestãono finalda curvae
correspondemàsmassasdeáguadasuperficieeprofunda.
3) No instanteinicialdamistura(t ~ O) a curvaT-S éumalinhaquebrada,consistindodedois
segmentosderetaqueunem,sucessivamentesobreo planoT-S, osíndicestermohalinosdostipos
deáguaquesemisturam.A quantidadedasmassasdeáguaéiguala quantidadedosextremos
ou vérticesmaisdois.Na Figura6.4observa-seosvérticesJ,D e maisA e B.
oextremoemaproximadamente50m deprofundidadenãoé considerado,umavezquenãoé
estacionário:a seçãodacurvaT-S desdeOa 50m écaracterizadaporumaestratrncaçãoinstáve~
temporariamentenanatureza.
4) A determinaçãodosíndicestermohalinos,éfeitatraçandotangentesaostrechosdacurvaT...S.
A intersecçãodessastangentesnaregiãodospontosdeextremodeterminaos índicestermohalinos
damassa( tipo)deáguaintermediária. Na Figura6.4asmassasdeáguaJ eD indicamo índice
T-S damassade águaintermediária;os extremosdacurvaT-S correspondemaos índices
termohalinosdas massasou tipos deáguadasuperficiee do fundo(massasdeáguaA e B na
Figura6.4).A vantagemdesteteoremaé queeleindicaos índicestermohalinosdamassadeágua
nasuaregiãodeformação.
5)Paraadeterminaçãodasfronteiraseporcentagensdemisturadasmassasdeáguaemdiferentes
profundidades,triângulosdemistura(triângulosAJD eJDB naFig. 6.4)sãotraçadostendo os
índicesT-S comovértices.
6) A medianaprincipaldo triângulodemistura( Jd eDc naFig.6.4) traçadadesdeaquelevértice
o qual correspondea massade águaintermediáriaatéa metadedo lado oposto,a basedo
triângulodemistura,interceptaa curvaT-S naquelepontoondeo parâmetroz caracterizaa
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TipodeÁgua,MassadeÁguaeDiagramaT-S
posiçãodonúcleodamassadeáguaintermediária.Os paresT-S correspondentesaonúcleoda
águaintermediáriaevoluemaolongodamedianaprincipaldo triângulodemistura.
7)As medianassecundáriasdotriângulodemistura(ad ede;ece bcnaFig.6.4), traçadasdesde
ametadedabasedotriângulodemisturaatéosoutrosdoislados,interceptaacurvaT-S naqueles
pontosondeo parâmetroz correspondea fronteiradamassadeáguaintermediária.A parteda
curvaT-S contidaentreasmedianassecundáriasdotriângulodemisturacorrespondeàmassade
águaintermediária.Todosos paresT-S sobreasinterfacesdeseparaçãodaáguaintermediária
evoluemao longodasmedianassecundáriasdo triângulodemistura.Essessegmentosdereta
interceptam,sobrea curvaT-S, arcosquecaracterizama águaintermediária.
Mamayev(1975)apresentamaioresdetalhesquantoaousodestametodologiaparaanálisede
massasdeágua. Com a aplicaçãodessasregraspara análisedascurvasT-S dosoceanosfoi
possívelestabelecerumaclassificaçãodesuasprincipaismassasdeágua,ascaracterísticasdesuas
transformaçõesdevidoaosprocessosdemisturaeassuasregiõesdeformaçãoqueasqualificam
nominalmente(Miranda"1998).
Comoexemplopode-secitaraMassadeÁguaCentral,aqualestápresenteemtodososoceanos
e é formadana região;deConvergênciaSubtropical.Outro exemploé a Massade Água
IntermediáriaAntártica,formadanaregiãodaConvergênciaAntártica.Destaforma,surgiramos
chamadosDiagramasT-SgeneralizadosprincipalmentedevidoaotrabalhopioneirodeSverdrup
etal (1942).As Figuras6.1e6.5mostramumasériedessesdiagramasparaasprincipaismassas
deáguadosOceanosÍndico,PacíficoeAtlântico,segundoesteautor.A Tabela6.1apresentaas
principaismassasde águapresentesnessesoceanose seusrespectivosíndicestermohalinos
(Mamayev,1975).As posiçõesgeográficasdasmassasdeáguatroposférica(central)dosoceanos
podemservisualizadasnaFigura6.6,segundoSverdrupetaI. (1942).Complementando,as
Figuras6.7a- c (OpenUniversity, 2002)indicamasposiçõesgeográficasdasmassasdeÁgua
Central,Intermediária,Profundae de FundoÁrtica e Antártica.A Figura6.8representaum
diagramadebloco,ondepode-seobservara estruturaverticaldacolunadeágua,compostapor
diversasmassasdeágua,presentesnoOceanoAtlânticoSul.Estãoindicadas,também,aZonade
ConvergênciaSubtropical,ZonasdeConvergênciae DivergênciaAntártica.
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TipodeÁgua,MassadeÁguaeDiagramaT-S
Lista deFigurase Tabela
Fig.6.1- DiagramaT-S generalizadodasmassasdeáguadoOceanoAtlântico(Mamayev,1975)
1= "ÁguaCentraldoAtlânticoNorte", segundoSverdrup(1942)
2 = "ÁguaCentraldoAtlânticoSul"
AnI = "AntarticlntermediateWater"(Água IntermediáriaAntártica)
SAD = "SouthAtlanticDeepWater" ( ÁguaProfundado AtlânticoSul)
NADB ="NorthAtlanticDeepWater" (Água Profundado AtlânticoNorte) eÁguadeFundo
AnB = "AntarticBottomWater" (Água deFundoAntártica)
NAST = "NorthAtlanticSubtropicalTroposhericWater"( ÁguaTroposféricaSubtropicaldo
AtlânticoNorte)
SAST = "SouthAtlanticSubtropicalTroposphericWater" ( ÁguaTroposféricaSubtropicaldo
AtlânticoSul)
MI = "MediterraneanIntermediateWater" ( ÁguaIntermediáriadoMediterrâneo)
Fig.6.2- Perfisde(a)temperaturae (b)salinidadee (c) oscorrespondentesDiagramasT-S para
ilustrara misturadetrêsmassas(tipos)deágua(The OpenUniversity,2002).
Estágio1(topo)- representaa situaçãoantesdaocorrênciadequalquermistura.
Estágio2 (meio)- mostraumestágiorecentedamisturaquandoo núcleodaÁguaIntermediária
é bemproeminente.
Estágio3 ( inferior)- mostraumestágioemqueo núcleoestásendoerodido.
Fig. 6.3- CurvasT-S paratrêsestaçõesnoAtlânticoSul mostrandoo núcleodaÁgua
IntermediáriaAntártica(McLellan, 1965).
Fig. 6.4- AnálisegráficadacurvaT-S baseadanosTeoremasdeShtokman,referenteàestação
no.4 doR.V. "Meteor"(Marnayev,1975).
Fig. 6.5- DiagramasT-S generalizadosdasprincipaismassasdeáguadosOceanosÍndico,
Pacíficoe Atlântico,segundoSverdrupetaI (1942).(Mamayev,1975)
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TipodeÁgua,MassadeÁguaeDiagramaT-S
Tabela6.1- As principaismassasdeáguadosOceanosAtlântico,ÍndicoePacíficoe seusíndices
termohalinos- T-S (Mamayev,1975).
Fig. 6.6- MassasdeÁguaTroposférica(Central)dosoceanosmundiais,segundoSverdrupetaI
(1942).(Mamayev,1975).
Fig. 6.7- (a)- (c)- MassasdeÁgua: Central(6.7a),Intermediária(6.7b),ProfundaedeFundo
ÁrticaeAntática(6.7c). (TheOpenUniversity,2002).
Fig.6.8- DiagramadeBloco- indicandoas diversasmassas de águapresentesno Oceano
AtlânticoSul.Estãorepresentadas,também,as ZonasdeConvergênciaSubtropical,
Convergênciae DivergênciaAntártica.(TheOpenUniversity,2002).
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T ·C
25
20
15
10
5
-,
33.0
FIGURAb .1
35.5 36.0 35.5 S~-
(a) TEMPERA TURE PROFILES (b) SALlNITY PROFILES (e) T-S DIAGRAMS
2OO-ôOO•
1000-1400•600-10002~ •
2
10
34-8 534-4
1400
200
1000
1000
..§.600
t
s.600í
10 T('C)62
200
1400
1000
1000
e600
t
g
600t~
~I
..§.
600 6
*= t~a. l-a>
~rox
"CI
1200-1400•
•
1~~
1000
2 800~:
1000
1100
water1400
1400
2
610 34-034-434,8 34,034-434·8. ..3
2001-
.2OOt-. .10
1400L-I 1400
34-0
34·434-8 34·034-434,8
2
200 L
IIIIII
~L
III-,--,
I
200-400
10
1
FIGURA 6.2
TABELAb.l
Principalwatermassesor theWorldOceanandtheirT-S indexes
Watermasses Atlantic Ocean
Tropospheric1 North Atlantic
Subtropical
(20.0°C; 36.So/00)
South Atlantic
Subtropica1
(18.00q;35.90/00)
IndianOcean
Bengal(Bay)
(2S.0°C;33.80/00)
Equatorial
(2S.0°C;3S.30/00)
Timor (Sea)
(2S.ifC; 34.So/00)
SouthIndian
Subtropicnl
(16.0°C;35.6%0)
PacüicOcean
WestemNorthPacificSubtropica1
(20.(tC;34.8%0)
EastemNorthPacificSubtropical
(20.0°C;35.20/00)
SouthPacificEquatorialand
Subtropical
(25.0°C;36.20/00}-(20.0°C;35.7%0)
Intennediate
Stratospheric
(Deepand
Dottom)
Subarctic
(2.ood34.9%0)
Mediterranean
(11.9°C;36.5%0)
Antarctic
(2.2°C;33.8%0)
North Atlantlc
Deepand Bottom
(2.SoC;34.90/00)
South Atlantic Deep
(4.0°C; 3S.00/00)
Antarctic Bottom
(-o.4°C; 34.660/00)
RedSea
(23.0°C;40.00/00)
Timor Sea
(12.0°C;34.60/00)
Antarctic
(5.2°C;34.3°/00)
DeepandBottom
(0.6°C; 34.7°/00)
Subarctic
(5.0°C;33.8°/00)-(9.0°C;33.50/00)
EasternSouthPacificSubtropical
(11.5°C;33.9°/00)
Antarctic
(5.0°C;34.1%0)
DeepandBottom
(l.3°C; 34.70/00)
1Not includedin thetablearesurface(tropospheric)arctic,subarctic,antarcticandsubantarctic
watenwith unstableT-S indexes.
36536.0S5!l
5814
~.5 350
SALINITY "'- -
~.O33.5
ATlilHTIS
STA. 5BI4 " '23
1-2 V Ig.49 __ t
LAT. 32" 29'S
LONG. 34\· SO· w
",.24
CRAWFOflO __ --------
$TA. 125 SU. 495 ",-25
3 IV '957 27.' 1958 _
LAT. 15"45'S LAT.00" 1!5'S
LONG. 3.·25' w LONG. SS· O,' W------
o 33.0
10
25
u•
FIGURA 6.3
10
5
J.
A'
5D-r-25~0
8
15
-2
FIGURAb.4
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T
ATLANTIC
1'~tJ'!-.
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