Author(s): Marraccini, Alessandro
Date: 2015
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/20634
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Ondas graviticas superficiais; Variabilidade climática; North Atlantic Oscillation (NAO); East Atlantic Pattern (EA); Scandinavian Pattern (EA); Teses de mestrado - 2015; Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais
Tese de mestrado em Ciências Geofísicas, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015
O comportamento das ondas gravíticas superficiais oceânicas tem tido desde sempre um papel de grande importância na evolução geológica e socio-economica das regiões costeiras. Desde tempos pré-historicos as primeiras povoações humanas em regiões costeiras tiveram que enfrentar-se com a variabilidade das condições das ondas e com as consequências relativas. As condições de ondulação apresentam uma grande variabilidade espacial e temporal que tem um impacto directo na eficiência de várias atividades económicas, entre as quais podemos mencionar o transporte maritimo e a pesca. O conhecimento do clima das ondas pode ser de grande importância na transição para um modelo energético baseado em fontes de energia renováveis, entre as quais a energia gerada pelas ondas poderá ter um papel determinante. A erosão costeira é tambem fortemente relacionada com as características da ondulação. Nos ultimos anos as actividades económicas relativas ao turismo dos desportos de ondas são cada ano mais relevantes nas regiões costeiras europeias, em particular em Portugal, e dependem muito do regime de ondulação e da sua variabilidade no tempo (e.g. surf). O objetivo central deste estudo é o de analisar a existência de uma ligação entre a variabilidade do clima das ondas e certos modos de variabilidade climática bem como avaliar o papel destes como possíveis predictores. Os modos climáticos em estudo são: Oscilação do Atlântico Norte (North Atlantic Oscillation, NAO), padrão do Atlântico Este (East Atlantic pattern, EA) e o padrão da Escandinávia (Scandinavian Pattern, SCAND), sendo que são tendencialmente considerados os padrões de circulação atmosférica a larga-escala mais importantes para o clima da região Euro-Atlântica. Os dados referentes aos parámetros das ondas são relativos a dez pontos ao longo da costa Europeia e foram retirados de uma base de dados obtida através de um modelo de ondas regional que cobre a area do Atlántico Nordeste, produzido e validado por (Dodet et al., 2010). O modelo simula as condições de ondas a partir do modelo espectral WW3 forçado por uma reanalisis do campo do vento NCEP. Os parametros de ondas usados neste trabalho são: a altura significativa da onda (Hs); a média da terça parte das ondas com maior altura registadas durante o tempo considerado; e periodo de pico (Tp): o periodo associado ao maior nível de energia num grafico espectral. A partir destes dados foram calculadas médias interanuais relativas ao Inverno (Dezembro-Março) caracterizadas por um valor que representa a média de todos os registos desse conjunto de meses. As médias interanuais foram normalizadas subtraindo o valor médio e dividindo pelo desvio-padrão. A normalização dos dados permite compreender melhor a magnitude das anomalias presentes e desta forma distinguir mais facilmente valores normais de valores menos comuns das variáveis em estudo. Os dados referentes aos modos clímaticos foram retirados do site do Climate Prediction Center (CPC) da NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) para os mesmos períodos temporais dos dados das ondas, mas com uma resolução mensal: um valor de índice (por cada modo) por cada mês. Os índices foram calculados pela NOAA com recurso a uma análise PCA ao campo da altura geopotencial aos 500 hPa. A identificação das diferentes fases de cada modo foi feita com uma base no valor dos seus índices: a fase positiva é definida por um índice ≥ 0.5; a fase negativa por um índice de ≤ - 0.5; e a fase intermédia ou neutra por um índice entre 0.5 e -0.5. A partir dos índices dos modos clímaticos foram feitas médias interanuais e foram normalizadas da mesma forma usada pelos dados de onda. Para avaliar o impacto dos modos climáticos com a variabilidade do clima das ondas foi feita uma comparação entre a variabilidade interanual das médias invernais dos parâmetros da onda escolhidos e dos modos climaticos. As correlações foram calculadas com o coeficiente de correlação de Pearson para um grau de significância de (p<0.10). O resultado desta comparação revela que a variabilidade interanual da ondulação relativa ao inverno pode ser associada para uma grande parte da área em estudo com os índices da NAO, EA e SCAND. Encontraram-se correlações significativas entre os valores relativos à altura significativa da onda (Hs) e o índice da NAO em todos os pontos localizados entre 07.5º-02.5ºW e 50.0º-45.0N. A correlação entre NAO e Hs decresce de forma constante para sudoeste tornando-se negativa a sul dos 42.5ºN, até atingir correlações negativas fracas (mas estatisticamente significativas) nos dois pontos mais a sul (localidades 9 e 10). Correlações positivas e significativas foram encontradas tambem entre a NAO e o periodo de pico (Tp) em todos os pontos. EA-Hs e EA-Tp apresentam correlações positivas e significativas em todos os pontos. SCAND e Hs têm correlações significativas nos pontos a sul de 42.5ºN e crescem até atingir o valor maximo de 0.39 na localidade mais a sul (localidade 10). Não foram encontradas correlações significativas entre SCAND e Tp. O impacto dos modos clímaticos foi também estudado a partir da analise das distribuições de Hs e de Tp. Este estudo foi centrado nos pontos localizados mais a norte (1) e mais a sul (10) devido à grande diferença que mostraram na análise das correlações entre os parametros de onda e os índices dos modos climaticos. A significatividade das variações das distribuições foi avaliada com o teste de Kolmogorov-Smirnov. Encontrou-se que em 1 as fases positivas da NAO são significativamente associadas a uma distribuição da Hs mais larga e com valores médios mais altos que no caso da fase negativa da NAO. Tambem as fases da EA no ponto 1 têm um impacto significativo na distribuição de Hs parecido com o impacto da NAO. As mesmas correlações positivas foram encontradas para NAO e EA em relação ao Tp em 1. Não foram encontradas variações significativas em função das fases do índice SCAND para a distribuição da Hs e do Tp em 1. No ponto 10 (mais a sul) a distribuição da Hs tem uma fraca correlação negativa com a NAO mas as distribuições não são significativamente diferentes. Um impacto significativo e positivo foi encontrado para a EA e distribuição de Hs em 10. O impacto na distribuição de Tp é significativo e positivo para NAO e EA em 10. A influência da SCAND na distribuição de Hs e Tp em 10 apresenta variações fracas e não-significativas. Os modos climáticos podem interagir entre si, resultando em estruturas espaciais modificadas. Por tal, uma avaliação do impacto destes na distribuição dos parametros de onda foi feita também para fases combinadas. Encontrou-se que a NAO e a EA têm um impacto significativo na distribuição de Hs quando se encontram na mesma fase e que anulam o impacto quando se encontram em oposição de fase no ponto 1. Contrariamente, a oposição das fases entre NAO e EA tem um impacto significativo em 10 onde são registadas Hs maiores durante a combinação de fases (NAO-EA+) e Hs mais pequenas durante (NAO+EA-). A influência das fases da SCAND também nesta análise é fraca e não-significativa. Por fim foi avaliada a capacidade de um modelo de regressão linearl (MLRM) para reconstruir a variabilidade das medias interanuais dos parâmetros das ondas relatívas ao inverno a partir dos índices da NAO, da EA e da SCAND usados como variáveis predictoras. As séries reconstruidas apresentam correlações positivas e estatisticamente significativas com as séries originais com um valor máximo de 0.71 encontrado para a altura significativa da onda no ponto 10. Em conclusão, a partir dos resultados obtidos, é possivel afirmar que os modos de variabilidade climática NAO, EA e SCAND têm um impacto no clima das ondas nas costas europeias. NAO e EA mostraram as melhores correlações com os parametros de onda em todas as análises. O impacto da SCAND, a pesar de não ser notável nas análises das distribuições de Hs e Tp, deu correlações significativas e positivas com Hs só a a sul dos 42.5º, o que deixa aberta a hipótese de que melhores correlações possam encontrar-se ampliando a área de análise para latitudes mais baixas.
The North Atlantic Oscillation (NAO), the East Atlantic (EA) and the Scandinavian (SCAND) modes are three main large-scale circulation patterns driving the climate variability of the Euro-Atlantic region. This work evaluates their impact in wave climate parameters and assesses their skill as predictors of wave activity. The representative wave parameters used for this purpose are the significant wave height (Hs) and the peak period (Tp). Wave data have been retrieved from a 57-year hindcast study (1953–2009), obtained with the spectral wave model WW3 forced with the NCEP reanalysis of the wind fields, that was implemented and validated by (Dodet et al., 2010). This model provided wave data for 10 key locations that cover a wide portion of the European coast from 50ºN to 35ºN. First, a comparison between the inter-annual variability of the winter means of the selected wave parameters and the three climate modes has been made. The findings reveal that wave climate variability can be associated, to a large extent, with the proposed indexes of variability (NAO, EA and SCAND). Second, statistically significant variations in the winter distributions of Hs and Tp have been found with respect to the preferred phase of NAO and EA while SCAND did not produce significant variations. Significant variations have also been found for several two-by-two combinations of phases with NAO and EA being the leading patterns again. Finally, the skill of a multi-linear regression model (MLRM), built using the NAO, EA and SCAND indexes, to reconstruct the original inter-annual winter means of Hs and Tp was evaluated. The reconstructed series correlate with the original ones relatively well with values up to 0.71 for the inter-annual winter mean of Hs in the northernmost location in study.
