Author(s): Teles-Machado, Ana
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/11035
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Oceanografia; Correntes marítimas; Anticiclones; Zonas costeiras; Península Ibérica; Teses de doutoramento - 2014
Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014
This dissertation focuses on the Northwestern Iberian Margin, its seasonal and interannual variability, the vertical structure of the alongshore currents and the characteristics of the mesoscale field. These topics were explored by analyzing a 20-year simulation of the Regional Ocean Modeling System (ROMS) at 2.3 km resolution, forced by a 27 km resolution Weather Research and Forecast (WRF) winds (downscaled from Era-Interim reanalysis) covering the whole Western Iberian Margin. The model includes an explicit representation of the inflow/outflow at the Strait of Gibraltar in a nested grid system, and the climatological inflow of the main rivers. The model results are compared with various data. We show that currents over the slope are divided in three different cores: the Iberian Poleward Current (IPC), occupying the top 250 m, a deeper core at Mediterranean Water levels and in between the two, an equatorward core centered beneath the IPC core. The IPC is present almost yearlong, including in summer months, when it is close to the shelf-break and capped by the equatorward upwelling jet. After September, the IPC intensifies and its core surfaces. The main forcing mechanism of the IPC is the "Joint Effect of Baroclinicity and Relief" (JEBAR), but there is an important contribution from southerly winds in December and January, when the current is stronger and surface intensified. Regarding the interannual variability, we verified that the intensity of the IPC depends on the intensity of the southerly winds, from October to January. In September the intensity of the poleward flows depend on the larger scale wind stress curl, which changes JEBAR. We also show that the IPC transport has a strong variability at the synoptic scales, most of it forced by the wind. Short periods of relaxation of southerly winds are usually followed by the destabilization of the IPC and the origin of various anticyclones along the slope.
A margem ocidental da Península Ibérica é uma região de grande interesse do ponto de vista oceanográfico devido à variedade de processos que a caracterizam e que acontecem a diferentes escalas espaciais e temporais. Na literatura esta região é particularmente conhecida por se situar no limite norte do sistema de afloramento das Canárias e por ser a região onde a Água Mediterrânica se difunde pelo Oceano Atlântico. Neste trabalho procurou-se contribuir para o conhecimento da circulação desta região, essencialmente através do desenvolvimento e análise de uma simulação numérica do oceano, de 20 anos, que cobre o período de 1989 a 2008. A simulação foi efectuada utilizando o modelo ROMS (Regional Ocean Modeling System) (Shchepetkin and McWilliams, 2005; Shchepetkin and McWilliams, 2003; Hedstrom, 2009), com uma resolução de 2.3 km e forçado por uma atmosfera que é uma saída do modelo atmosférico WRF, com 27 km de resolução e para o mesmo período. O modelo resolve explicitamente as trocas no Estreito de Gibraltar e inclui uma climatologia das descargas fluviais dos principais rios da região. A simulação abrange toda a Margem Ibérica Ocidental. Os resultados do modelo foram comparados com dados de temperatura da superfície do oceano e de altimetria obtidos por satélite, com uma compilação de dados de amarrações de correntómetros disponíveis para a região em estudo, e com dados de boias oceanográficas. Assim como outras zonas limítrofes dos sistemas de afloramento, a margem ocidental da Península Ibérica apresenta uma variabilidade sazonal. O Anticiclone dos Açores é mais intenso no Verão e geralmente encontra-se posicionado mais para Norte, o que juntamente com uma depressão térmica que se desenvolve sobre a Península Ibérica, resulta na persistência de ventos de norte, ao longo da margem ocidental. Os ventos de norte são favoráveis à ocorrência de afloramento costeiro e em resposta a circulação é caracterizada por correntes para sul sobre a plataforma, água mais fria junto à costa e presença de filamentos numa fase mais avançada do verão (Haynes et al., 1993; Relvas and Barton, 2002; Peliz et al., 2002). No Inverno, o Anticiclone dos Açores é geralmente menos intenso e a sua localização média situa-se mais a Sul, permitindo a passagem de vários centros de baixas pressões sobre a margem Ocidental Ibérica. Desta forma, os ventos no Inverno apresentam uma maior variabilidade à escala sinóptica, com ventos predominantes de Sul em Dezembro e Janeiro. A circulação no Inverno é dominada pela presença de uma corrente para Norte, denominada de Corrente Ibérica para o Pólo (IPC de “Iberian Poleward Current”), localizada sobre o topo da vertente e a plataforma e que transporta águas quentes e mais salgadas para Norte. Esta corrente foi descrita em vários estudos (Frouin et al., 1990; Pingree and Le Cann, 1990, 1992b; Martins et al., 2002; Peliz et al., 2005; Torres and Barton, 2006; Le Cann and Serpette, 2009). Em níveis mais profundos, a Água Mediterrânica também circula para Norte, sobre a vertente (Daniault et al., 1994). Apesar da existência de vários estudos sobre a circulação de Verão e de Inverno nesta região, ainda não é conhecido o seu ciclo sazonal, especialmente naquilo que diz respeito aos processos de transição entre Verão e Inverno e vice-versa. Um dos objectivos desta tese é fazer essa descrição. No que diz respeito aos processos físicos que controlam a IPC, foi explorada em diferentes trabalhos a forma como um gradiente meridional de densidade (que está presente ao largo da Margem continental) interage com a vertente (um gradiente zonal de profundidade acentuado), induzindo a formação de uma corrente para norte sobre o topo da vertente, com características semelhantes à IPC (Dubert, 1998; Peliz et al., 2003b). Outros estudos também referem a importância de episódios de vento de sul, associados a eventos em que uma corrente superficial para norte é particularmente intensa (Le Cann and Serpette, 2009). Para compreender a importância relativa destes dois processos (vento e estrutura interna da densidade) é realizada uma análise da variação sazonal dos balanços de vorticidade sobre a vertente. A IPC apresenta uma grande variabilidade inter-anual, como foi demons trado por vários estudos que a analisaram com base na temperatura da superfície do oceano obtida por satélite (Garcia-Soto et al., 2002; Peliz et al., 2005; Le Cann and Serpette, 2009; Garcia-Soto and Pingree, 2011). Neste trabalho é feita uma descrição da variação inter-anual da intensidade da IPC e dos seus efeitos nos campos de temperatura e salinidade. São também analisados os vários mecanismos que podem controlar a variabilidade inter-anual. Na bibliografia são descritos vários episódios de formação de turbilhões, resultantes da destabilização da IPC. Estes vórtices têm polaridade anticiclónica e contêm no seu núcleo águas mais quentes e de maior salinidade do que as águas circundantes. Estes anticiclones, foram observados pela primeira vez na costa Norte da Península Ibérica por Pingree and Le Cann (1992b), que os denominaram de “Swoddies” – “Slope Water Oceanic Eddies”. Estruturas semelhantes a estas também foram observadas na costa Oeste (Fiúza et al., 1998; Oliveira et al., 2004; Peliz et al., 2003b, 2005). Dubert (1998) and Peliz et al. (2003b) estudaram a formação de Swoddies em simulações numéricas idealizadas e demonstraram que a topografia tem um papel importante para o desenvolvimento das instabilidades que dão origem aos vórtices, e que estes geralmente se formam a seguir aos principais acidentes topográficos. Neste trabalho procurou-se perceber as suas condições de formação, bem como fazer uma estatística das características da sua população. Os resultados confirmaram que a corrente sobre a vertente é composta por 3 estruturas distintas: a IPC ocupa os 250 m superficiais; as profundidades de ∼600-1200 m são ocupadas por uma corrente mais profunda também para norte, aos níveis da Água Mediterrânica; e entre as duas, sob o centro da IPC, desenvolve-se uma contra-corrente para sul. Verificou-se que a IPC está presente durante praticamente todo o ano, incluindo nos meses de Verão. No Verão a IPC é sub-superficial e o seu máximo de intensidade localiza-se junto ao bordo da plataforma, debaixo do jacto de afloramento que ocupa a região da plataforma. A partir de Setembro, a IPC intensifica-se e torna-se máxima à superfície. Foi realizada uma análise dos balanços de vorticidade sobre a vertente, a partir da qual se concluiu que o mecanismo forçador da IPC mais importante é o JEBAR (de “Joint Effect of Baroclinicity and Relief” ou “Efeito Conjunto de Baroclinicidade e Topografia”), associado à presença de gradientes meridionais de densidade. A IPC tem uma forte componente advectiva e transporta águas menos densas para norte, caracterizadas por temperaturas e salinidades mais elevadas, diminuindo os gradientes meridionais de densidade sobre a vertente, e desta forma, diminuindo a intensidade do JEBAR e a sua importância enquanto processo que acelera a corrente. Verificou-se que também existe uma contribuição importante dos ventos de sul, principalmente em Dezembro e em Janeiro, quando a corrente está mais intensa e intensificada junto à superfície. O modelo reproduz os anos anómalos da IPC em fase com a realidade. Os resultados demonstraram que entre Outubro e Janeiro existe uma relação linear entre médias mensais da intensidade da IPC e as médias mensais da intensidade de ventos de sul. Em Setembro, a intensidade da corrente depende do campo do rotacional do vento sobre uma região maior, que ao alterar a estrutura do campo de densidades e o gradiente meridional de densidade, altera o valor do JEBAR que é o principal factor que controla a IPC em Setembro. Verificou-se também que em geral, quanto mais forte a corrente, mais intensas são as anomalias de temperatura e salinidade obtidas. No entanto, os fluxos de calor locais e os balanços de precipitação/evaporação, também são importantes, especialmente em alguns anos anómalos. Por fim é demonstrado que a IPC tem uma forte variabilidade à escala sinóptica, maior parte da qual é forçada pela variabilidade do vento. A IPC destabiliza-se, principalmente, perto de variações topográficas acentuadas, dando origem à formação de anticiclones denominados de Swoddies. Estes formam-se constantemente, mas é em períodos de relaxamento de vento de sul que se verificam as maiores taxas de formação. Após o relaxamento dos ventos, a corrente apresenta sinais de instabilidades, que posteriormente crescem e dão origem aos anticiclones. Os Swoddies interagem com outros vórtices, particularmente com ciclones intensificados em profundidade, e a interacção resulta numa propagação para o largo, e no transporte de águas mais quentes e mais salgadas da IPC para o oceano aberto.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, SFRH/BD/40142/2007, projeto Sflux-PTDC/MAR/100677/2008); projeto no âmbito MedEx-MARINERA/MAR/0002/2008
