Introdução a Oceanografia – GEO232Módulo 3
Oceanografia Física
1º semestre2007
Carlos [email protected]
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: