Oceanografia Física Introdução Estrutura e características gerais dos Oceanos IOUUSP

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Oceanografia Física
Introdução: Estrutura e Características Gerais dos Oceanos
Olga T. Sato, Ph.D. olga.sato@usp.br
Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo
Olga T. Sato (IOUSP) Oceanografia Física 1 / 37
Roteiro
1 Oceanografia Física
Áreas de Interesse
2 Oceanos
Forçantes
Dimensões
3 Métodos de Estudo dos Oceanos
Equações básicas
Escalas
Processos oceânicos
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Oceanografia Física
Roteiro
1 Oceanografia Física
Áreas de Interesse
2 Oceanos
Forçantes
Dimensões
3 Métodos de Estudo dos Oceanos
Equações básicas
Escalas
Processos oceânicos
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Oceanografia Física
O que é a Oceanografia Física?
Oceanografia Física é uma parte das Ciências da Terra que estuda
o movimento dos oceanos.
Objetivos:
Entender os processos que ocorrem nos oceanos em todas as
escalas de tempo e espaço;
Ser capaz de simular esses processos;
Fazer previsões.
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Oceanografia Física Áreas de Interesse
Fenômenos estudados
Circulação de larga e meso escala
Processos acoplados entre oceano e atmosfera
Transporte de calor pelos oceanos
Ondas de superfície e interna
Turbulência e processos de mistura
Acústica
Correntes induzidas pelo vento
Maré
Tsunami
Vórtices
Processos costeiros e estuarinos
Mudanças climáticas
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Oceanos
Roteiro
1 Oceanografia Física
Áreas de Interesse
2 Oceanos
Forçantes
Dimensões
3 Métodos de Estudo dos Oceanos
Equações básicas
Escalas
Processos oceânicos
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Oceanos Forçantes
As Forçantes no Oceano
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Oceanos Forçantes
Forçantes
Externas:
Radiação solar
Vento (ondas, turbulência, circulação)
Evaporação
Precipitação
Potencial de maré
Terremotos
Gravidade
Atrito
Internas:
Gradiente de pressão
Viscosidade
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Oceanos Dimensões
Dimensão dos Oceanos
Os oceanos e mares cobrem 70,8% da superfície da Terra.
O oceano é um só, porém dividido em três partes por
determinação de acordos internacionais;
Largura mínima de 1500 km no Atlântico e > 13000km de
extensão norte–sul do Atlântico e largura do Pacífico;
Profundidade média: 4 km;
Dimensão horizontal da bacia é 1000 vezes a vertical.
Representação em escala: o oceano seria uma folha de papel.
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Oceanos Dimensões
Topografia dos Oceanos por Satélite
Smith e Sandwell (1997): http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/image/walter/World.jpg
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Oceanos Dimensões
Principais Feições da Topografia
Fonte: Stewart online (Seção 3.3)
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Oceanos Dimensões
Indicação de Estudo
Capítulo 2 do Pickard & Emery
Capítulo 3.1–3.5 do Stewart:
http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/contents.html
Obs.: O conteúdo de material indicado para estudo será cobrado nas
avaliações.
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Métodos de Estudo dos Oceanos
Roteiro
1 Oceanografia Física
Áreas de Interesse
2 Oceanos
Forçantes
Dimensões
3 Métodos de Estudo dos Oceanos
Equações básicas
Escalas
Processos oceânicos
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Métodos de Estudo dos Oceanos
Como podemos estudar os oceanos?
Observação
Modelagem de processos, incluindo teoria pura e modelos
numéricos simplificados
Simulação de fluxo usando complexos modelos numéricos
Modelos com assimilação de dados: Simulações que combinam
dados observacionais e de modelos
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Métodos de Estudo dos Oceanos Equações básicas
Equações que governam o movimento
Dρ
Dt + ρ
~∇ · ~u = 0 [Conservação de massa]
ρD~uDt + ρ 2 ~Ω× ~u = ρ[~g − ~Ω× (~Ω×~r)]− ~∇p + ~F [Momento]
ρ = ρ(p,T ,S) [Estado]
D
Dt (ρcvT ) = ~∇ · (kT ~∇T ) +QT [Conservação de Energia Interna]
DS
Dt =
~∇ · (KS ~∇S) +QS [Conservação de Sal]
As incógnitas do problema são:
u v w p ρ T S
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Métodos de Estudo dos Oceanos Escalas
Análise de Escalas
As equações do movimento do fluido cobrem uma grande
extensão de escalas de tempo e espaço. Seria impossível
resolve–las exatamente todos os fenômenos no oceano.
Solução: Aproximações que usam critérios objetivos para
associar as escalas de tempo e espaço para o processo
estudado.
Isso envolve:
1 Escolha adequada da escala de comprimento, temporal, massa;
2 Realizar uma análise de escala das equações do movimento;
3 Resolver as equações usando os termos mais importantes da
equação;
4 Utilização de parâmetros não dimensionais para a análise;
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Métodos de Estudo dos Oceanos Escalas
Análise de Escalas
Dois critérios que merecem destaque na determinação de
parâmetros não dimensionais:
1 Razão de aspecto: altura/comprimento (razão do aspecto vertical e
horizontal):
α =
H
L
2 Número de Rossby: duração do dia/escala temporal (razão do
tempo de rotação da terra e escala temporal do movimento). Uma
outra forma:
Ro =
U
Lf
onde f = 2 Ω sin θ onde Ω = 7,29× 10−5rad s−1 e θ é a latitude.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Escalas
Escalas de movimento
Em relação ao número de Rossby Ro:
Ro pequeno: movimento fortemente influenciado pelas forças de
Coriolis;
Ro grande: forças inerciais e centrífugas dominam.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Processos e estruturas no oceano
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Processos e estruturas na atmosfera
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Exemplos de Processos de Pequena escala
Quebra de ondas de superfície e
formação de bolhas
Desenvolvimento do campo de
ondas depende do vento, das
interações onda–onda e
onda–corrente e dissipação da onda
por quebra;
Importante papel na troca de
massa, momento e energia entre
oceano e atmosfera;
Grande impacto no tempo e clima.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação de Langmuir
Outro exemplo de resposta transiente à força impulsiva do vento.
Listas com depósitos de espuma e material flutuante se alinham
aproximadamente na direção do vento.
Zonas de convergência se formam devido à vórtices verticais.
Escala horizontal: 10 a 50 m. Escala vertical: 4 a 6 m
Escala temporal: minutos depois que o vento começa e dissipa assim
que o pulso de vento cessa.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Ondas de Gravidade de Superfície
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Sistema de Alerta para Tsunami
Sumatra em 26.12.2004
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Amplitude da Maré em Bay of Fundy, Canadá
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Amplitude da Maré nos Oceanos Globais
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Marés, medidas pontuais
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Ondas Internas geradas por Maré
Ondas que se propagam
no interior do oceano nainterface entre camadas
de densidades
diferentes.
Propagação do Atlântico
em direção ao
Mediterrâneo.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Vórtices de Meso Escala
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação Geral dos Oceanos
Circulação devido ao Vento
Ocorre devido a influência
do vento;
Afeta as camadas
superiores do oceano e
seu efeito pode ser sentido
até 500 a 2000m
dependendo do local;
Escala espacial: bacia
oceânica;
Escala temporal: sazonal
até interanual (clima).
Circulação Termohalina
Ocorre devido à variações na
densidade;
Causas: aquecimento e
resfriamento, evaporação,
precipitação, difusão de calor e
sal;
Afeta os oceanos como um todo
(topo até o fundo);
Escala espacial: global;
Escala temporal: climático.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação de Larga Escala de Superfície
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Transporte Geostrófico no Atlântico Norte
Schmitz e McCartney (1993)Olga T. Sato (IOUSP) Oceanografia Física 32 / 37
Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação Termohalina
Modelo simplificado idealizado por Wallace Broecker.
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação Termohalina
Olga T. Sato (IOUSP) Oceanografia Física 34 / 37
Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação Termohalina
Olga T. Sato (IOUSP) Oceanografia Física 35 / 37
Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Circulação Termohalina
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Métodos de Estudo dos Oceanos Processos oceânicos
Periódicos em Oceanografia Física
Journal of Physical Oceanography
Journal of Geophysical Research
Geophysical Research Letters
Deep Sea Research
Progress in Oceanography
Ocean Modelling
Brazilian Journal of Oceanography
Journal of Marine Research
Journal of Climate
Bulletin of the American Meteorological Society
Journal of Atmospheric and Oceanic Technology
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	Dimensões
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	Escalas
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