Use of recent geoid models to estimate mean dynamic topography and geostrophic currents in South Atlantic and Brazil Malvinas confluence

A utilização de modelos geoidais na determinação da Topografia Dinâmica Média foi impulsionada com o lançamento dos satélites do sistema GRACE, já que seus modelos apresentam precisão e resolução espacial e temporal sem precedentes. No presente trabalho, além do modelo de nível médio do mar DNSC08, foram utilizados os seguintes modelos geoidais com o objetivo de calcular as TDMs: EGM96, EIGEN-5C e EGM2008. No método adotado, foram calculadas as respectivas correntes geostróficas para o Atlântico Sul a partir das TDMs. O grau e ordem dos modelos geoidais influenciam diretamente na determinação da TDM e correntes. Neste trabalho verificou-se que presença de ruídos da TDM requer a utilização de técnicas de filtragem eficientes, como o filtro baseado em Singular Spectrum Analysis, que apresenta vantagens significativas em relação aos filtros convencionais. As correntes geostróficas resultantes dos modelos geoidais foram comparadas com resultados de modelo numérico hidrodinâmico HYCOM. Como principais conclusões, os resultados mostraram que as TDMs e respectivas correntes geostróficas calculadas com os modelos EIGEN-5C e EGM2008 foram similares aos resultados do modelo numérico, especialmente em relação às principais feições de grande escala, como as correntes do contorno e a retroflexão na Confluência Brasil Malvinas.The use of geoid models to estimate the Mean Dynamic Topography was stimulated with the launching of the GRACE satellite system, since its models present unprecedented precision and space-time resolution. In the present study, besides the DNSC08 mean sea level model, the following geoid models were used with the objective of computing the MDTs: EGM96, EIGEN-5C and EGM2008. In the method adopted, geostrophic currents for the South Atlantic were computed based on the MDTs. In this study it was found that the degree and order of the geoid models affect the determination of TDM and currents directly. The presence of noise in the MDT requires the use of efficient filtering techniques, such as the filter based on Singular Spectrum Analysis, which presents significant advantages in relation to conventional filters. Geostrophic currents resulting from geoid models were compared with the HYCOM hydrodynamic numerical model. In conclusion, results show that MDTs and respective geostrophic currents calculated with EIGEN-5C and EGM2008 models are similar to the results of the numerical model, especially regarding the main large scale features such as boundary currents and the retroflection at the Brazil-Malvinas Confluence

Characterization of extreme sea level events in Santos and their correspondence with the NCEP model reanalysis in the southwest of the South Atlantic

Este trabalho tem como objetivo identificar a influência atmosférica em escala sinótica sobre o oceano, para eventos extremos de maré meteorológica na costa sudeste brasileira. Para isso foram utilizados dados de elevação do nível do mar do Porto de Santos-SP, campos de vento e pressão em superfície das reanálises do modelo do NCEP abrangendo o Atlântico Sul, no período de 1951 a 1990. Foi possível identificar a variabilidade sazonal e o padrão de evolução dos sistemas atmosféricos associados aos eventos extremos, de grande relevância para aplicações em prognósticos e alertas a autoridades. O outono e inverno apresentaram a maior ocorrência de extremos positivos (40,2 % e 30,8 % respectivamente), enquanto a primavera e o inverno foram as estações com maior número de extremos negativos (47,2 % e 32,3 % respectivamente). Os resultados mostram que os casos mais importantes de sobre-elevação do nível do mar ocorrem com a evolução e persistência de sistemas de baixa pressão sobre o oceano, com ventos de sudoeste acima de 8 m/s, juntamente com o anticiclone da retaguarda posicionado sobre o continente.This work aims to identify the synoptic scale atmospheric influence over the ocean for extreme events of storm surges events in the Southeastern Brazilian coast. Time series of sea surface height at the Port of Santos as well as wind and surface pressure from the NCEP reanalysis model enclosing the South Atlantic, for period 1951-1990, were used. Seasonal variability and typical evolution of atmospheric systems were found to be associated with extreme events, very relevant for applications on prognostics and warnings to authorities. Autumn and winter are seasons with the highest occurrence of positive extreme events (40.2 % and 30.8 % respectively) and the spring and winter are the ones with negative extreme events (47.2 % and 32.3 % respectively). The results show that the storm surges events depend on low pressure systems development and persistence over the ocean, with southwesterly winds over 8 m/s, together with a continental anticyclone presence

Macroalgal composition and its association with local hydrodynamics in the Laje de Santos Marine State Park, southwestern Atlantic, São Paulo, Brazil

The Laje de Santos Marine State Park (LSMSP), located in southeastern Brazil, is the only marine park in São Paulo State. This conservation unit has been established as a protected area of high biological diversity. Despite its importance for the conservation of the marine biota, little is known about the park's seaweed flora. The objectives of this study were as follows: to furnish increased knowledge of the composition of the macroalgae in the Park area; to relate the area's macroalgal composition to the presence of an important water mass in the region, the South Atlantic Central Water (SACW); and to investigate the possible influence of the Port of Santos on the composition of the macroalgae of the LSMSP. This study registered 31 new records for the LSMSP, 11 for São Paulo State, four for Brazil, one for the western Atlantic and one for the South Atlantic Ocean, in addition to the possible occurrence of one new species of Osmundea (Rhodomelaceae) and one new genus belonging to Ceramiaceae. The taxonomic composition of the macroalgae had a direct correlation with the arrival of the SACW in the summer-fall season. The SACW generated a strong thermocline and increased the supply of nutrients in the water column. Hydrodynamic and dispersion modeling analyses suggested that the Port of Santos influenced the composition of the LSMSP phycoflora.O Parque Estadual Marinho da Laje de Santos (PEMLS), localizado no sudeste do Brasil, é o único parque marinho do litoral paulista. Essa unidade de conservação foi classificada como de "alta diversidade biológica". Apesar da sua importância para a preservação da biota marinha, pouco é conhecido sobre a flora de macroalgas do Parque. Os obejtivos deste estudo foram: aumentar o conhecimento da composição de macroalgas na região do PEMLS; relacionar tal composição com a presença de uma importante massa d'água na região, a Água Central do Atlântico Sul (ACAS); e verificar uma possivel influência do Porto de Santos na composição ficológica do Parque. O presente estudo registrou 31 novas ocorrências para o Parque, 11 para o estado de São Paulo, quatro para o Brasil, uma para o Atlântico Ocidental e uma para o Atlântico Sul, além de duas prováveis novas ocorrências para a ciência: uma espécie de Osmundea (Rhodomelaceae) e um gênero pertencente e Ceramiaceae. Segundo os dados encontrados, a composição de macroalgas tem uma correlação direta com a presença da ACAS no período de verão-outono. Essa frente térmica profunda promove a formação de uma forte termoclina e aumenta o aporte de nutrientes na coluna d'água. Análises dos modelos hidrodinâmico e de dispersão sugerem que o Porto de Santos pode influenciar a composição ficológica do local

The use of CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite) to trace the dynamics of total suspended matter at an urbanized coastal area

The distribution of organic and inorganic particles in the water column, or the total suspended matter (TSM), responds to local and remote oceanographic and meteorological processes, potentially impacting biogeochemical cycles. In shallow coastal areas, where particles have distinct origins and compositions and vary in different time scales, the use of remote sensing tools for monitoring and tracing this material is highly encouraged due to the high temporal and spatial data resolution. The objective of this work was to understand the variability of in situ TSM at Santos Bay (Southeastern Brazil) and its response to oceanographic and meteorological conditions. We also aimed to verify the applicability of the satellite data from CBERS-2 sensor in order to map the dynamics of TSM in this region. Our results have shown that the distribution of TSM in Santos Bay varied consistently with winds, currents and tidal cycles, with significant relationships emphasizing the role of south-western winds and spring tides. Neap tides and eastern winds, along with rainfall, play an important role in the input of organic matter into the bay. In conclusion, our analyses showed that the main patterns observed in situ regarding the responses of TSM to the ocean-meteorological processes could be reproduced in the CBERS-2 satellite data, after simple and standard methods of images processing. TSM data retrieval from CBERS-2 or other satellite sensors were shown to be feasible, becoming an essential tool for synoptic observations of the composition and quality of water, especially at urbanized and impacted coastal areas.A distribuição de partículas orgânicas e inorgânicas na coluna d'água, ou o material em suspensão total (MST), responde a processos oceanográficos e meteorológicos locais e remotos, que potencialmente impactam processos biogeoquímicos. Em áreas costeiras, onde partículas possuem diferentes origens e composições e variam em diferentes escalas de tempo, o uso de ferramentas de sensoriamento remoto para monitoramento e mapeamento desse material é altamente indicado devido à alta resolução temporal e espacial dos dados. O objetivo desse trabalho foi compreender a variabilidade do MST in situ na Baía de Santos (sudeste brasileiro) e sua resposta a condições oceanográficas e meteorológicas. Buscou-se também verificar a aplicabilidade dos dados de satélite do sensor CBERS-2 a fim de mapear a dinâmica do MST na região. Nossos resultados mostraram que a distribuição do MST na Baía de Santos variou consistentemente com os ventos, correntes e ciclos de maré, com correlações significantes que enfatizam o papel de ventos de sudoeste e da maré de sizígia. Marés de quadratura e ventos de leste, somados à precipitação, possuem papel importante na entrada de matéria orgânica na baía. Como conclusão, nossas análises mostraram que os principais padrões observados in situ em relação às respostas do MST aos processos meteorológicos e oceanográficos poderiam ser reproduzidas nos dados do satélite CBERS-2, após métodos padrões de processamento de imagens. A obtenção de dados de MST a partir do CBERS-2 ou outros sensores satelitais mostrou-se viável, tornando-se uma ferramenta essencial para observações sinóticas da composição e qualidade da água, especialmente em áreas costeiras urbanizadas e impactadas

Tides and wind-driven circulation in the tropical and Southern Atlantic Ocean: the BRAZCOAST system

The Brazilian coast is characterized by different\ud tidal regimes and distinct meteorological influences.\ud The northern part has larger tidal amplitudes and is\ud permanently affected by trade winds and tropical disturbances;\ud the southern portion has smaller tidal amplitudes\ud and is frequently influenced by extratropical cyclone activity.\ud Besides these aspects, many features regarding\ud current structure and behavior are also present, such as the\ud equatorial system of currents, the subtropical gyre and the\ud corresponding western boundary currents, and the Brazil-\ud Malvinas confluence region. Within this context, efforts\ud were made to develop the BRAZCOAST system,\ud capable of describing the processes that determine the\ud oceanic circulation from large to coastal scales. A customized\ud version of the Princeton Ocean Model (POM)\ud was implemented in a basin-scale domain covering the\ud whole of the tropical and southern Atlantic Ocean, with\ud 0.5° spatial resolution, as well as three nested grids with\ud (1/12)° resolution covering the different parts of the Brazilian\ud shelf, in a one-way procedure. POM was modified\ud to include tidal potential generator terms and a partially-\ud clamped boundary condition for tidal elevations.\ud The coarse grid captured large-scale features, while the\ud nested grids detailed local circulations affected by\ud bathymetry and coastal restrictions. An interesting aspect\ud at the coarse grid level was the relevance of the Weddell\ud Sea to the location of the tidal amphidromic systemsFAPESPCNP

Modelagem numérica de ressacas na plataforma sudeste do Brasil a partir de cartas sinóticas de pressão atmosférica na superfície

A three-dimensional, linear, barotropic and meso-scale numerical model is used for the southeastern Brazilian shelf, in order to represent the composition of the main astronomical tidal constituents, superimposed to extreme meteorological effects, for specific periods of interest. However, meteorological data relative to this area are very few and sparse, so that a methodology to provide meteorological conditions to the oceanic circulation model was used, based only on atmospheric pressure charts at the surface. The pressure field was well represented, while the calculated wind speeds were much larger than the observed winds at the coast. The model results indicate that it is possible to associate the predominant high pressure center in the South Atlantic and the correspondent surface elevations parallel to the coastline to an approximately geostrophic oceanic circulation system. On the other hand, the passage of cold fronts in the area induces transient systems that modify the geostrophic pattern, also changing the surface elevation isolines configuration.Um modelo numérico tri-dimensional, linear, barotrópico e de meso-escala, é usado para a plataforma sudeste brasileira, de maneira a representar a composição das principais componentes astronômicas de maré, sobrepostas a efeitos meteorológicos extremos, para períodos específicos de interesse. No entanto, como dados meteorológicos relativos a esta área são muito escassos e esparsos, foi utilizada uma metodologia de fornecimento de condições meteorológicas para o modelo de circulação oceânica, baseada somente em cartas sinóticas de pressão atmosférica na superfície. O campo de pressão foi bem representado, mas as intensidades calculadas para os ventos foram bem maiores do que as observadas na costa. Os resultados do modelo indicam que é possível associar o centro de alta pressão do Atlântico Sul e as correspondentes elevações de superfície paralelas à linha da costa a um sistema geostrófico de circulação oceânica. Por outro lado, a passagem de frentes frias na área induz sistemas transientes que modificam o padrão geostrófico, também mudando a configuração das isolinhas de elevação de superfície

Modelagem numérica da região costeira de Santos (SP): circulação de maré

The Princeton Ocean Model (p0M) was implemented for the coastal region of Santos (46° - 47°W, 23°40' - 24°30'S), with a regular grid of resolution == 1 km and 11 sigrna levels in the vertical. the model was used in tidal simulations, with the specification of the correspondent oscillations at the boundaries, computed through cotidal maps of the shelf. The model runs considering separately the lunar and solar principal components (M2 and S2), for 5 days each, and the 9 principal tidal constituents composed, for 31 days. The tidal analysis of the resulting time series allowed the obtention of maps with the cotidal lines and the axes of the surface current ellipses. These maps indicate the characteristics of the propagation of the tidal waves in the modeled area, with the spatial distributions of their elevations and currents. The most important aspects discussed in this study are: the contrast of the circulation intensities, between the deeper region and the internal shallow areas; the marked differences of current intensities in both sides of Santos Bay; the currents convergence / divergence in São Vicente and Bertioga Channels; tidal assimetries in the shallow regions; and the counterclockwise rotation of the currents in the coastal area. The model can be used for operational predictions of tides and tidal currents in the study area.Foi implementado o Princeton Ocean Model (POM) para a região costeira de Santos (46° - 47°W, 23°40' - 24°30'S), com grade regular de resolução == I km e 11 níveis sigrna na vertical. O modelo foi utilizado em simulações de maré, com a especificação das correspondentes oscilações nos contornos, calculadas com base em mapas cotidais da plataforma. O modelo foi processado considerando isoladamente as componentes principais lunar e solar (M2 e S2), cada qual por 5 dias, e com as 9 principais componentes de maré conjuntamente, por 31 dias. As análises de maré das séries temporais de resultados possibilitaram a composição de mapas com linhas cotidais e eixos das elipses de correntes de superfície. Esses mapas indicam as características da propagação das ondas de maré na área modelada, com as distribuições espaciais de suas elevações e correntes. Os aspectos de maior interesse no estudo realizado são: o contraste das intensidades das circulações, entre a parte mais profunda e regiões internas rasas; as marcantes diferenças de intensidade de correntes nos dois lados da Baía de Santos; a convergência / divergência das correntes nos Canais de São Vicente e de Bertioga; assimetrias de maré nas regiões rasas; e rotação anti-horária das correntes na área costeira. O modelo pode ser utilizado em previsões operacionais de marés e correntes de maré na área de estudo

Simulação da propagação das nove principais componentes de maré na plataforma sudeste Brasileira através de modelo numérico hidrodinámico

This paper presents the simulation of the nine principal tidal constituents in the southeastern Brazilian shelf, through the processing of a hydrodynamical numerical model. The modeled area extends from Ponta do Vigia (SC) to Cabo Frio (RJ), from the coast up to approximately the 100 m isobath. The model used in the simulations is three-dimensional, linear, barotropic and of meso scale. Each principal tidal constituent was processed isolatedly, in order to define its characteristics in the area of interest, especificaly its cotidal lines and current elipses at the surface. The considered tidal constituents were: Q1, O1, P1, K1, N2, M2, S2, K2 and M3. The obtained amplitude and phase cotidal maps show the amplification and attenuation areas for the tidal waves, as well as their propagation directions. The surface currents elipses, on the other hand, indicate the behavior of the tidal currents in the modeled area, especially in terms of gyres, predominant directions and typical intensities. With the simulations results, it is possible to predict tidal elevations and tidal currents, at any location in this area, and for whatever required period.Este trabalho apresenta a simulação das nove principais componentes de maré na plataforma sudeste brasileira, através do processamento de um modelo numérico hidrodinâmico. A área modelada se estende da Ponta do Vigia (SC) a Cabo Frio (RJ), da costa até aproximadamente a isóbata de 100 m. O modelo usado nas simulações é tri-dimensional, linear, barotrópico e de meso escala. Cada componente principal de maré foi processada isoladamente, com o objetivo de determinar suas características na área de interesse, especificamente suas linhas cotidais e as elipses de correntes na superfície. As componentes de maré consideradas foram: Q1, O1, P1, K1, N2, M2, S2, K2 e M3. Os mapas cotidais de amplitude e fase obtidos mostram as áreas de amplificação e de atenuação para as ondas de maré, bem como seus sentidos de propagação. Por outro lado, as elipses de correntes na superfície indicam o comportamento das correntes de maré na área modelada, especialmente em termos dos giros, direções predominantes e intensidades típicas. Com os resultados das simulações, é possível prever as elevações e as correntes de maré, em qualquer local desta área, e para qualquer período de interesse

Estudo preliminar da maré e das correntes de maré da região estuarina de Cananéia (25ºS-48ºW)

A preliminary study of tidal height and tidal current data from Cananéia region made through harmonic and spectral analysis shows different amplifications and phase delays of the principal tidal components inwards the estuary. M3 tidal component is particularly amplified in Mar de Cananéia - Mar Pequeno, probably because of near-resonance conditions in the channel. Tidal currents in Mar de Cubatâo and Mar de Cananéia show, besides the semidiurnal components, significative presence of M3 and M4 constituents. Residual current spectra show two main peaks: one, of tidal frequency, attributed to tidal pumping; another, of subtidal frequency, attributed to a long-period cumulative effect, associated to the estuary mean level variation

Use of recent geoid models to estimate mean dynamic topography and geostrophic currents in South Atlantic and Brazil Malvinas confluence

The use of geoid models to estimate the Mean Dynamic Topography was stimulated with the launching of the GRACE satellite system, since its models present unprecedented precision and space-time resolution. In the present study, besides the DNSC08 mean sea level model, the following geoid models were used with the objective of computing the MDTs: EGM96, EIGEN-5C and EGM2008. In the method adopted, geostrophic currents for the South Atlantic were computed based on the MDTs. In this study it was found that the degree and order of the geoid models affect the determination of TDM and currents directly. The presence of noise in the MDT requires the use of efficient filtering techniques, such as the filter based on Singular Spectrum Analysis, which presents significant advantages in relation to conventional filters. Geostrophic currents resulting from geoid models were compared with the HYCOM hydrodynamic numerical model. In conclusion, results show that MDTs and respective geostrophic currents calculated with EIGEN-5C and EGM2008 models are similar to the results of the numerical model, especially regarding the main large scale features such as boundary currents and the retroflection at the Brazil-Malvinas Confluence