Introdução a Oceanografia – GEO232Módulo 3

Oceanografia Física

1º semestre2007

Carlos Lentinicadlentini@gmail.com

Aula 2 – InteraçãoOceano-Atmosfera

Escalas típicas: Atmosfera e Oceano

Eliminando a velocidade “U”, temos que:

Fluídos geofísicos: rotação

L ~ (Δρ/ρ gH)1/2 / Ω

L ~ U/Ω e U ~ (Δρ/ρ gH)1/2

estratificação

Atmosfera

• ρatm = < 1,2 kg m-3 >• Δρatm = 0,03 kg m-3

• Hatm = 5000 m

Latm ~ 500 kmUatm ~ 30 m s-1

• Ω = 7,29 x 10-5 rad s-1

• g = 9,81 m s-2Para:

Oceano

•ρoce = < 1028 kg m-3 >• Δρoce = 2 kg m-3

• Hoce = 1000 m

Loce ~ 60 kmUoce ~ 4 m s-1

Escalas típicas: Atmosfera e Oceano

Escalas típicas: Atmosfera e Oceano

Interação Oceano-Atmosfera- variabilidade climática -

Tempo de resposta diferente;

Resposta atmosférica da ordem dedias a semanas;

Resposta oceânica da ordem de semanas a meses;

Interação Oceano-Atmosfera- variabilidade climática -

Tempo de resposta diferente;Linearidade vs. não-linearidade;

Resposta atmosférica da ordem dedias a semanas;

Resposta oceânica da ordem de semanas a meses;

Atmosfera é muito mais não-linear;

Interação Oceano-Atmosfera- variabilidade climática -

Tempo de resposta diferente;Linearidade vs. não-linearidade;Capacidade térmica diferente.

Resposta atmosférica da ordem dedias a semanas;

Resposta oceânica da ordem de semanas a meses;

Atmosfera é muito mais não-linear;Oceano tem maior inércia térmica.

Interação Oceano-Atmosfera : alguns exemplos

evaporação excessiva(céu limpo)

aumento denebulosidade

movimento descendente(dissipação de nuvens)

resfriamento águas (redução na evaporação)

Circuito auto-suficiente com nuvens como “flywheel” (T~1 mês):

Interação Oceano-Atmosfera : alguns exemplos

Mecanismo de feedback positivo estável:

Perturbação “morre” em “A” devido a diferença nas frequências de resposta.

cisalhamento ventona superfície

desenvolvimento e alteração das correntes oceânicas

mudanças dinâmicaatmosférica

diminuição diferencialcalor para a atmosfera

A

Mecanismo auto-oscilatório (oceano e gelo polar = frequênciaresposta semelhante)

mudanças dinâmicaoceânica alterações

cobertura gelo polar

mudanças na dinâmicaatmosférica

variações na quantidadede calor na atmosfera inferior

mudanças cisalhamentodos ventos

armazenamento energia devido a variação camada gelo

albedo

Interação Oceano-Atmosfera : alguns exemplos

Interação Oceano-Atmosfera

mecanismos de transferência

Oceano ocorre o oposto

Interação Oceano-Atmosfera

Interação Oceano-Atmosfera

Interação Oceano-Atmosfera

O Balanço Global de EnergiaS = 1360 W/m2 (m2 de área do disco) ou

S = 342 W/m2 (m2 de área da esfera)

Efeito Estufa!

“Efeito Estufa”

Circulação Atmosférica

Circulação Atmosférica

• O campo de ventos para a terra sem rotação:

Aquecimento

Resfriamento

Resfriamento

Circulação Atmosférica

Circulação Oceânica

• As correntes oceânicas são geradas por dois mecanismos:

Circulação termo-halina.

Circulação gerada pela vento;

Circulação Oceânica

• As correntes oceânicas são geradas por dois mecanismos:

Circulação gerada pela vento:

- associada ao padrões de distribuição de ventos globais que formam os giros oceânicos em escalas de bacias

Circulação termo-halina:

- diferenças de densidade geradas por trocas de calor (aquecimento, resfriamento) e ou água doce (evaporação, precipitação) entre a atmosfera e o oceano

Circulação Oceânica

As correntes oceânicas têm um papel importante na redistribuição de calor;O calor armazenado é transportado em direção aos pólos;Clima na península escandinava é um ótimo exemplo.

Circulação Oceânica

Os Grandes Giros Oceânicos

Corrente “Quente” Corrente “Fria”

• As correntes oceânicas são geradas por dois mecanismos:

Circulação gerada pela vento:

- associada ao padrões de distribuição de ventos globais que formam os giros oceânicos em escalas de bacias

Circulação termo-halina:

- processos relacionados as trocas de calor (aquecimento, resfriamento) e ou água doce (evaporação, precipitação)

Circulação Oceânica

Correntes Rasas e Quentes

Correntes Frias, Fundas e mais salinas

Áreas Formação de Massas d’Água

Circulação Termo-Halina

Agentes Forçantes

• Os fluxos entre o oceano e a atmosfera:

Fluxos de calor (balanço de radiação, trocas de calor latente e calor sensível)

Fluxo de água doce (precipitação e evaporação)

• O efeito dos fluxos no oceano:

Resfriamento e evaporação → densidade aumenta

Aquecimento e precipitação → densidade diminui

Balanço de Calor no Oceano

Variações na quantidade de calor armazenada nas camadas superiores do oceano resultam em um desequilíbrio entre o input e o output de calor na superfície do mar;

Essa transferência de calor através da superfície échamada de fluxo de calor;

O fluxo de calor em camadas mais profundas é bemmenor do que na superfície;

Calor transportado pelas correntes oceânicas échamado de “advecção” (de calor);

Globalmente, o somatório de todos os fluxos de calorno oceano deve ser zero (p.ex., Atlântico está 0,50C + quente nos últimos 15 anos);

Caso contrário, os oceanos podem aquecer ou resfriar.

Balanço de Calor no Oceano

ALBEDO: porção da radiação solar incidente que é refletida de volta ao espaço

Balanço de Calor no Oceano

Radiação de Ondas Curtas: QSW

Balanço de Calor no Oceano

Fonte: Stewart (2002)

Radiação de onda curta (QSW ): recebida pela Terra

<QSW anual>

Fonte: International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP)

Radiação de Ondas Longas: QLW

Depende espessura das nuvens;Altura das nuvens;Temperatura da água (quanto + quente, + calor é

radiado);Conteúdo de vapor atmosférico;Cobertura de gelo e neve;Mais importante na determinação do QLW: nuvens e

vapor d’água (ao invés de TSM)range de QLW : - 60 W/m2 < QLW < - 30 W/m2 (média anual)

Janela Atmosférica

Balanço de Calor no Oceano

Fonte: Stewart (2002)

Radiação de Ondas Longas: QLW

Balanço de Calor no Oceano

Fonte: Stewart (2002)

JanelaAtmosférica10μm-14μm

Constituintes Atmosféricos- absorção radiação solar incidente -

Radiação de onda longa (QLW ): emitida pela Terra

Fonte: International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP)

<QLW anual>

Fluxo de Calor Sensível: QS

• Velocidade do Vento;• Diferença de temperatura na interface ar-mar;

• Ventos fortes e grandes diferenças de temperatura gera altos fluxos de QS• range de QS : - 42 W/m2 < QS < - 2 W/m2 (média anual)

Fonte: Stewart (2002)

Balanço de Calor no Oceano

Fluxo de Calor Latente: QL

• Velocidade do Vento;• Umidade relativa;

• Ventos fortes e baixa umidade, altos fluxos de QS• range de QL : - 130 W/m2 < QL < - 10 W/m2 (média anual)

Balanço de Calor no Oceano

Fonte: Stewart (2002)

Trocas de calor entre atmosfera e oceano

Troca de calor = radiação líquida – fluxo de calor latente – fluxo de calor sensível

( + → atmosfera)

QS QT

QL

QT = QSW - QLW - QS - QL + QV [watts/m2]

Distribuição superficial da temperatura (anual)

Balanço entre precipitação e evaporação

Balanço entre precipitação e evaporação

(Evap-Precip)

Balanço entre precipitação e evaporação

Distribuição superficial de salinidade (anual)

Termos mais importantes do balanço de calor na superfície:

Radiação de Ondas Curtas: QSWRadiação de Ondas Longas: QLWFluxo de Calor Sensível: QS

(condução)Fluxo de Calor Latente: QL(evaporação)Advecção: QV (correntes)

Balanço de Calor no Oceano

Conservação requer:

QT = QSW - QLW - QS - QL + QV [watts/m2]

Radiação de Ondas Curtas: QSWRadiação de Ondas Longas: QLWFluxo de Calor Sensível: QS (condução-

convecção)Fluxo de Calor Latente: QL (evaporação)Advecção: QV (correntes)

Balanço de Calor no Oceano

Oceano:

VLSLWSWT QQQQQQ +−−−=

HS HNEQ

Balanço de Calor no Oceano

Fonte: Stewart (2002)

A pouca variabilidade da temperatura média global implica na pequena variação do balanço entre a radiação solar absorvida e a radiação solar emitida , porém a variação desse balanço radiativo com a latitude é significante;

A radiação solar é principalmente absorvida nos trópicos;

A QLW, determinada principalmente pelas propriedades da atmosfera, terra e oceano, é muito menos dependente da latitude;

Fluxos Meridionais de Calor

Em conseqüência disso, existe um FLUXO DE CALOR dos trópicos em direção aos pólos;

A medição desse fluxo é importante pois ele regula o clima, sendo variável fundamental para modelos atmosféricos, oceânicos e acoplados.

Fluxos Meridionais de Calor

O que é o Fluxo?

O fluxo de uma propriedade é a quantidade dessa propriedade que atravessa perpendicularmente uma área unitária por unidade de tempo:

Fluxo = [propriedade]/[área]/[tempo] (J.s-1.m-2 ou W.m-2)

Transporte de calor meridional total e para cada oceano calculado para o ano de 1988 pelo método residual usando o transporte atmosférico do ECMWF e fluxos no topo da atmosfera a partir do satélite Earth Radiation Budget Experiment satellite (ERBS)

EQ HNHS

Fonte: Stewart (2002)

Transporte Meridional de Calorno Oceano

1 Peta Watt = 1PW = 1 x 1015 W

Variabilidade Interanual: ENOS

Variabilidade Interanual: ENOS

El Niño 97-98(Jul 97 – Jun 98)

Variabilidade Multi-Decadal

Anomalias de TSM (i.e., SST) do oceano superior (e.g., 0-1000-m) extraídas do COADS para os meses de Janeiro de 1949-1996 por Hansen & Bezdek(1996, JGR.).

Anomalias indicam variabilidade curta (sazonal) e longa (decadal) no Atlântico Norte.

• Vermelho: Anomalias Quentes (+);• Azul: Anomalias Frias (-);• Amarelo: Quantidade dados insuficiente.

Hansen & Bezdek (1996)

Considerações Finais

Características particulares da atmosfera e do oceano são responsáveis pela variabilidade do tempo e do clima;

Interação atmosfera-oceano acontece em diferentes escalas temporais e espaciais (e.g., fluxos de micro-escala na interface ar-mar até variabilidades interanuais e decadais);

Apesar do conceito de fluxo de calor líquido ser relativa-mente simples, os valores de transporte meridional de calor nas diferentes bacias oceânicas apresentam erros consideráveis;

Considerações Finais

Para entender de “clima”, é necessário compreender melhor os processos de troca de calor na interface ar-mar;

Tópico está em voga devido ao comportamento do clima principalmente nos últimos 05 anos.

Referências Bibliográficas

World Ocean Air-Sea Interaction:http://cer.ori.u-tokyo.ac.jp/toolmap/OSU-map.html

Introduction to Physical Oceanography:http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/

contents.html

Dados Projeto PIRATA online:http://www.pmel.noaa.gov/pirata/display.html

Referências Bibliográficas

TAO/TRITON Data Display and Delivery:http://www.pmel.noaa.gov/tao/disdel/disdel.html

American Meteorological Society. Online Ocean Studies, 2005, Boston, MA, EUA. 404 pp.

Harold V. Thurman. Essentials of Oceanography (5th edition), 1996, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, EUA. 399 pp.

Módulo 3: Oceanogr. Física:

Interação Oceano-Atmosfera:www.ufba.br/~clentini/GEO232/

Thanks!!!

Aula 2: