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Climatic changes in the western iberian upwelling system

Author(s): Alves, José Miguel Rodrigues, 1976- cv logo 1

Date: 2011

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/5429

Origin: Repositório da Universidade de Lisboa

Subject(s): Alterações climáticas; Afloramento costeiro; Temperatura da água do mar; Ventos; Teses de doutoramento - 2012


Description
Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Meteorologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012 This study is largely based on numerical simulations and focuses the Iberian coastal upwelling. The dissertation aims at improving the understanding on the behaviour of coastal upwelling in the context of climate change. The analysis relies on sets of numerical simulations conducted with a regional ocean numerical model and a coupled atmosphere-ocean coupled model system. Two separate questions are addressed: (1) which physical variables characterize best the Iberian upwelling? (2) what trends are to be expected in Iberian upwelling with global warming? Two multi-decadal simulations were realized with an ocean numerical model forced with reanalysis atmospheric data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF). During the last two simulated decades, a decreasing number of coastal upwelling events in the northern part of the western Iberian coast and an increasing number of coastal upwelling events in the southern part of western Iberian coast were noted. These opposite trends in the mean number of coastal upwelling days are in good agreement with the trends of the meridional component of wind off western Iberia, computed with ERA-40, ERA-Interim and satellite scatterometer data, all indicating a weakening of meridional wind intensity in the north and an intensification of the meridional wind intensity in the south. To assess the impact of climate change in the frequency and intensity of coastal upwelling events off western Iberia, a control simulation corresponding to the 1961-1990 climate and a scenario simulation for the period 2071-2100 were conducted, using seven forcing atmospheric variables (surface wind, shortwave net radiation, surface air temperature, surface pressure, relative humidity, cloud cover and precipitation rate) retrieved from the RACMO (Regional Atmospheric Climate Model) simulations. When analysing the forcing variable with more impact on the upwelling, the surface wind, an increase in both the westerly and northerly components of the mean surface wind over the last 30 years of the XXI century is simulated by RACMO, resulting in an increase of the intensity of coastal upwelling during the scenario period. A coupled model system, comprised of an ocean, an atmosphere and a wave model, was used to show the large impact of ocean surface waves on the sea surface and atmospheric surface temperature fields during the summer season, most probably related with the large ocean vertical temperature gradient during this season. Esta tese de doutoramento baseia-se no estudo do afloramento costeiro, um fenómeno que se caracteriza pela emersão à superfície de água profunda que normalmente apresenta temperaturas relativamente baixas e elevados valores de concentração de nutrientes. Este fenómeno ocorre nalgumas regiões costeiras dos oceanos, devido ao efeito combinado da rotação da terra e do vento sobre as águas à superfície do oceano. Devido ao transporte para o largo das correntes à superfície que este efeito implica, o transporte para o largo por continuidade tem de ser compensado com água mais profunda que emerge à superfície. As regiões onde se observa o afloramento costeiro nos oceanos englobam menos de 1% da área total dos oceanos, mas, devido ao elevado teor de nutrientes das águas superficiais, é estimado que 20% das pescas globais se verifiquem nestas regiões. Em termos físicos, o facto de se verificar um súbito arrefecimento da temperatura da superfície do mar quando se verifica um episódio de afloramento costeiro também implica um clima mais fresco nas regiões costeiras adjacentes sobre o continente, nomeadamente através de um regime de brisa costeira. A costa ocidental da Península Ibérica constitui o limite Norte de um dos maiores ecossistemas de afloramento costeiro do Oceano Mundial, que se estende desde a costa do Senegal a sul, até ao extremo norte da costa ocidental da Península Ibérica. Os limites sul e norte deste ecossistema variam sazonalmente de acordo com o regime de ventos regional, sendo que ao largo da costa ocidental da Península Ibérica este fenómeno é normalmente observado durante o Verão, devido aos ventos de norte causados pelo anticiclone dos Açores a pela depressão térmica no centro da Península Ibérica que se forma normalmente durante os meses de Verão. Esta tese teve como um dos principais objectivos contribuir com os resultados apresentados para identificar tendências recentes do afloramento costeiro ao longo da costa ocidental da Península Ibérica, utilizando para este fim modelos numéricos de circulação atmosférica e oceânica. Nesta tese foram realizadas simulações com um modelo numérico de circulação oceânica e um sistema composto por três modelos acoplados, um oceânico, um atmosférico e outro de agitação marítima. Com o modelo numérico oceânico foram realizadas duas simulações forçadas por dados de duas reanálises atmosféricas do Centro Europeu (ECMWF), uma para o período 1961 a 2001 (ERA-40) e outra para o período 1989 a 2008 (ERA-Interim). Nestas simulações verificou-se uma tendência de decréscimo do número de dias de afloramento costeiro a norte e uma tendência para o aumento do número de dias de afloramento costeiro na parte sul da costa ocidental da Península Ibérica. Estas tendências estão de acordo com a tendência observada na variável atmosférica com maior influência no afloramento costeiro, o vento à superfície. Com efeito, na componente meridional do vento ao longo da costa ocidental da Península Ibérica observou-se um enfraquecimento na parte Norte e uma 9 intensificação na parte sul. Em relação à elevação da superfície do mar junto à costa, verificou-se um aumento do nível médio do mar, embora este aumento tenha vindo a diminuir de intensidade nas últimas décadas analisadas, possivelmente devido ao aumento do número de eventos de afloramento costeiro, que implicam um decréscimo do nível médio do mar junto à costa e um aumento ao largo devido à convergência verificado nas camadas superficiais do oceano durante um evento de afloramento costeiro. O campo da temperatura da superfície do mar simulado pelo modelo de circulação oceânica foi validado com dados de satélite, tendo-se verificado diferenças pequenas entre a temperatura simulada pelo modelo e a obtida a partir de dados de satélite. Da comparação dos anos comuns às simulações realizadas com os dados ERA-40 e ERA-Interim, verificou-se que esta última apresenta resultados mais próximos aos observados por satélite. Observou-se que a variabilidade da temperatura da superfície do mar é superior junto à costa que ao largo, devido ao arrefecimento causado pelo afloramento costeiro junto à costa durante o Verão. De modo a identificar o impacto das alterações climáticas no afloramento costeiro, foram realizadas duas simulações com o modelo numérico oceânico forçado com dados atmosféricos de um modelo regional de Clima o qual teve em conta a concentração de gases com efeito de estufa previstas no cenário A2 do IPCC (International Panel for Climate Change). É importante referir que, até ao presente, o efeito do afloramento costeiro não se encontra correctamente representado nas simulações apresentadas pelo IPCC, devido à baixa resolução utilizada nas simulações globais. Uma intensificação do afloramento costeiro numa região pode implicar um clima menos quente ou mesmo mais frio, pelo que determinar a tendência do afloramento costeiro num cenário futuro pode ter implicações extremamente importantes nas regiões costeiras afectadas por este fenómeno. Com o modelo numérico de circulação oceânica foi realizada uma simulação para o período de controlo (1961-1990) e uma outra simulação para o período de cenário (2071-2100). Da comparação dos resultados obtidos nestas duas simulações observou-se um aumento em cerca de 10% do número de dias de afloramento costeiro por ano no período de cenário, que provavelmente se deve a uma intensificação também de cerca de 10% do vento ao longo da costa ocidental da Península Ibérica. Interessa notar que o aumento do número de dias de afloramento costeiro é quase na totalidade verificado nos eventos mais intensos. Nos eventos de menor intensidade verifica-se um valor constante ou mesmo uma ligeira diminuição durante o período de cenário. Verificou-se também no período de cenário um ligeiro aumento das correntes à superfície do oceano. Em relação ao nível médio do mar verificou-se um decréscimo no período de cenário quando comparado com o período de controlo, devido ao efeito do aumento do número de dias de afloramento costeiro, que se sobrepõem ao efeito do aquecimento global, o qual implica um aumento do nível médio do mar devido à dilatação térmica 10 nas camadas superficiais do oceano. No período de cenário, embora a maioria dos eventos se continuem a verificar no verão, é notado um aumento do número de eventos nas outras estações do ano, particularmente durante o Inverno, estação em que no período de controlo quase não se verificaram eventos de afloramento costeiro. Associado ao aumento do número médio de dias de afloramento costeiro por ano no período de cenário, observou-se um aumento da variabilidade intra-anual da temperatura da superfície do mar. Na parte final da tese são apresentados resultados obtidos com um sistema acoplado composto por três modelos, um modelo oceânico, outro de agitação marítima e outro atmosférico. Este sistema permitiu simular os fluxos de calor na interface atmosfera-oceano em tempo real e similar o impacto da inclusão de um modelo de agitação marítima no campo da temperatura à superfície do mar. Conclui-se que durante o verão o impacto da inclusão do modelo de agitação marítima é muito mais significativo do que durante o resto do ano, embora seja durante o verão que se observe um valor da altura significativa da agitação marítima com valores mais baixos. Esta situação é justificada pelo facto de no verão se verificar um maior gradiente vertical da temperatura junto à superfície do oceano. Em relação aos fluxos de calor latente e sensível, foi notado que estas duas variáveis são dois bons indicadores do afloramento costeiro, uma vez que são fortemente influenciadas pela variação da temperatura à superfície do oceano.
Document Type Doctoral Thesis
Language English
Advisor(s) Miranda, Pedro M. A., 1954-; Serra, Nuno, 1974-
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