Quasi-geostrophic dynamics of Brazil current system in The São Paulo Bight (23.5º - 27ºS)

Denomina-se Sistema Corrente do Brasil (CB) ao sistema de correntes de contorno oeste formados pela CB, fluindo para sul-sudoeste, e Corrente de Contorno Intermediária (CCI), fluindo para norte-nordeste, associado aos meandros e vórtices. O sistema bordeja a margem continental brasileira sudeste ao longo de 1200-1800 m. A investigação da dinâmica das ondas baroclínicas de vorticidade superpostas ao Sistema Corrente do Brasil é conduzida através exclusivamente de análise de dados hidrográficos de dois cruzeiros de meso-escala (verão e inverno de 1993) do projeto Circulação Oceânica da Região Oeste do Atlântico Sul - COROAS, a componente brasileira do World Ocean Circulation Experiment - WOCE. Estes cruzeiros foram realizados na porção central do Embaiamento de São Paulo (\'23,5 GRAUS\' - \'27 GRAUS\'S). Objetivando-se a aplicação do Método Dinâmico, estimativa quantitativa de um Nível de Referência (NR) é conduzida comparando-se duas metodologias diferentes e independentes. A primeira utiliza o fato de que a CB transporta Água Tropical (AT) e Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e de que a CCI transporta dominantemente Água Intermediária Antártica (AIA). Aplica-se então um Critério Termodinâmico, no qual a interface que separa ACAS e AIA é estimada para os dois cruzeiros via aplicação dos Teoremas de Shtokman. A outra metodologia consiste na obtenção de padrões verticais de velocidade baroclínica absoluta a partir de simulações numéricas com a versão seccional do Princenton Ocean Model - POM inicializados com 14 campos termohalinos interpolados a partir dos dados - é o Critério Dinâmico. Os dois critérios apresentam resultado médio que difere apenas cerca de 7 dbar um do outro. Assim, adota-se valor de 480 dbar como NR para os cálculos geostróficos como nível isobárico que demarca a interface média entre CB e CCI. Mapas de função de corrente geostrófica são gerados através de mapeamento objetivo. Tais mapas apresentam evidências inequívocas de que os ciclones e anticiclones, observados nos experimentos de verão e inverno de 1993, são estruturas de vórtices associadas a meandros do Sistema CB. Este aparecem como estruturas vorticais postadas em lados diametralmente opostos ao eixo da CB: ciclones no lado costeiro, e anticiclones no lado oceânico. A variação vertical das estruturas dos meandros e a existência de uma única inversão de sentido permite comprovar e concluir que são ondas baroclínicas de primeiro modo, corroborando especulações presentes na literatura. A construção de um modelo quase-geostrófico de duas camadas para um oceano não-viscoso no plano \'beta\' e de fundo plano permite a realização de análise de vorticidade potencial. Tal análise permite concluir que o campo de vorticidade básico devido à CB suplanta o planetário e que estas ondas baroclínicas são ondas que devem sua existência ao cisalhamento vertical e horizontal da corrente. A variação frontal em vorticidade potencial baroclínica do Sistema CB é de \'1,7x10 POT.-5 s POT. -1\'. A dominãncia do termo da vorticidade de estiramento, que responde por 60% da variação de vorticidade na frente, permite estabelecer que as ondas capturadas na malha hidrográfica são ondas longas dentro da classe de meso-escala. O princípio de conservação de vorticidade potencial é invocado numa análise que envolve a superposição dos campos de vorticidade potencial e função de corrente para a primeira camada. Esta análise apresenta tanto evidências robustas de propagação das ondas baroclínicas quanto indícios de crescimento do meandro ciclônico, ou seja, de processo de instabilidade. Face aos achados das análises anteriores, teoria linear e método das perturbações são utilizados para obter uma relação de dispersão para as ondas baroclínicas da CB. Esta relação é dependente da velocidade da CB e do gradiente de vorticidade potencial através da correnteThe Brazil Current System is formed by two western boundary currents that flow along the Southeast Brazil continental margin from surface to 1200-1800 m deep. These two currents are the southward-flowing Brazil Current (BC) and the northward-flowing Intermediate Western Boundary Current (IWBC). The investigation of the dynamics of the barociinic vorticity waves superimposed to the BC system is conducted in this work solely from hydrographic data anaiysis and manipulation from two oceanographic meso-scale surveys that were part of the COROAS Project, the Brazilian arm of the Worid Ocean Circulation Experiment. These two cruises sampled the central portion of the São Paulo Bight (23,5°- 27°S) in the summer and winter seasons of 1993. As it was intended to appiy the classical Dynamic Method to the data, a quantitative estimate of the reference levei (RL) is conducted through the comparison of two different and independent methodoiogies. The first uses the previous knowiedge that the BC transports Tropical Water and South Atlantic Central Water (SACW) as well as that the IWBC transports mainly Antarctic Intermediate Water (AAIW). This method, referred here as the Thermodynamic Criterion applies the Shtokman theorems to estimate the interface depth between SACW and AAIW. The second methodology, designated here as the Dynamic Criterion, consists of modeiing absolute baroclinic velocities for all 14 hydrographic transects using the sectional version of the Princeton Ocean Model. The results of the two methods differ oniy in 7 dbar and a RL of 480 dbar is adopted as to represent the average interface isobaric level between BC and IWBC in the following geostrophic calculations. Horizontal distributions of geostrophic stream function are generated using objective mapping. These distributions present unequivocal evidences of cyclonic and anticyclonic structures in both Summer and Winter 1993 cruises. These features are associated to meanders of the BC System. They are depicted in opposing sides of the current core. The cyclone is seen in the BC coastal side as the anticyclone is placed in its oceanic side. The vertical variation of these pattems with a single flow direction inversion confirms that these vortical features are part of a first baroclinic mode wave, which corroborates previous speculations found in the literature. In order to pursue a potential vorticity analysis, a data-derived two-layer quasi-geostrophic model is built assuming an invicid flat-bottomed ocean in the 3-plane. This analysis allowed to conclude that the basic vorticity field associated with both horizontal and vertical shear of the boundary currents are responsible for the baroclinic wave existence. The planetary vorticity gradient is one order of magnitude lower. The frontal variation in baroclinic potential vorticity is 1,7 x i0 s1. The dominance of the stretching vorticity, which accounts for 60% of the gradient variation, leads to classify these oscillatory motions as long meso-scale waves. The potential vorticity conservation principle is invoked on an analysis that consists of superimposing the first layer quasi-gesotrophic potential vorticity and geostrophic stream funtion maps. This analysis revealed that the baroclinic waves are propagating as well as evidences of meander growth, an indication of a possible geophysical instability mechanism, are seen. Given the findings of the previous analyses, linear theory and the perturbation method are used to derive a dispersion relation for the BC System first mode baroclinic waves. The wave frequency is function of the BC velocity as well as the potential vorticity cross-stream gradient

Quasi-geostrophic dynamics of Brazil current system in The São Paulo Bight (23.5º - 27ºS)

Denomina-se Sistema Corrente do Brasil (CB) ao sistema de correntes de contorno oeste formados pela CB, fluindo para sul-sudoeste, e Corrente de Contorno Intermediária (CCI), fluindo para norte-nordeste, associado aos meandros e vórtices. O sistema bordeja a margem continental brasileira sudeste ao longo de 1200-1800 m. A investigação da dinâmica das ondas baroclínicas de vorticidade superpostas ao Sistema Corrente do Brasil é conduzida através exclusivamente de análise de dados hidrográficos de dois cruzeiros de meso-escala (verão e inverno de 1993) do projeto Circulação Oceânica da Região Oeste do Atlântico Sul - COROAS, a componente brasileira do World Ocean Circulation Experiment - WOCE. Estes cruzeiros foram realizados na porção central do Embaiamento de São Paulo (\'23,5 GRAUS\' - \'27 GRAUS\'S). Objetivando-se a aplicação do Método Dinâmico, estimativa quantitativa de um Nível de Referência (NR) é conduzida comparando-se duas metodologias diferentes e independentes. A primeira utiliza o fato de que a CB transporta Água Tropical (AT) e Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e de que a CCI transporta dominantemente Água Intermediária Antártica (AIA). Aplica-se então um Critério Termodinâmico, no qual a interface que separa ACAS e AIA é estimada para os dois cruzeiros via aplicação dos Teoremas de Shtokman. A outra metodologia consiste na obtenção de padrões verticais de velocidade baroclínica absoluta a partir de simulações numéricas com a versão seccional do Princenton Ocean Model - POM inicializados com 14 campos termohalinos interpolados a partir dos dados - é o Critério Dinâmico. Os dois critérios apresentam resultado médio que difere apenas cerca de 7 dbar um do outro. Assim, adota-se valor de 480 dbar como NR para os cálculos geostróficos como nível isobárico que demarca a interface média entre CB e CCI. Mapas de função de corrente geostrófica são gerados através de mapeamento objetivo. Tais mapas apresentam evidências inequívocas de que os ciclones e anticiclones, observados nos experimentos de verão e inverno de 1993, são estruturas de vórtices associadas a meandros do Sistema CB. Este aparecem como estruturas vorticais postadas em lados diametralmente opostos ao eixo da CB: ciclones no lado costeiro, e anticiclones no lado oceânico. A variação vertical das estruturas dos meandros e a existência de uma única inversão de sentido permite comprovar e concluir que são ondas baroclínicas de primeiro modo, corroborando especulações presentes na literatura. A construção de um modelo quase-geostrófico de duas camadas para um oceano não-viscoso no plano \'beta\' e de fundo plano permite a realização de análise de vorticidade potencial. Tal análise permite concluir que o campo de vorticidade básico devido à CB suplanta o planetário e que estas ondas baroclínicas são ondas que devem sua existência ao cisalhamento vertical e horizontal da corrente. A variação frontal em vorticidade potencial baroclínica do Sistema CB é de \'1,7x10 POT.-5 s POT. -1\'. A dominãncia do termo da vorticidade de estiramento, que responde por 60% da variação de vorticidade na frente, permite estabelecer que as ondas capturadas na malha hidrográfica são ondas longas dentro da classe de meso-escala. O princípio de conservação de vorticidade potencial é invocado numa análise que envolve a superposição dos campos de vorticidade potencial e função de corrente para a primeira camada. Esta análise apresenta tanto evidências robustas de propagação das ondas baroclínicas quanto indícios de crescimento do meandro ciclônico, ou seja, de processo de instabilidade. Face aos achados das análises anteriores, teoria linear e método das perturbações são utilizados para obter uma relação de dispersão para as ondas baroclínicas da CB. Esta relação é dependente da velocidade da CB e do gradiente de vorticidade potencial através da correnteThe Brazil Current System is formed by two western boundary currents that flow along the Southeast Brazil continental margin from surface to 1200-1800 m deep. These two currents are the southward-flowing Brazil Current (BC) and the northward-flowing Intermediate Western Boundary Current (IWBC). The investigation of the dynamics of the barociinic vorticity waves superimposed to the BC system is conducted in this work solely from hydrographic data anaiysis and manipulation from two oceanographic meso-scale surveys that were part of the COROAS Project, the Brazilian arm of the Worid Ocean Circulation Experiment. These two cruises sampled the central portion of the São Paulo Bight (23,5°- 27°S) in the summer and winter seasons of 1993. As it was intended to appiy the classical Dynamic Method to the data, a quantitative estimate of the reference levei (RL) is conducted through the comparison of two different and independent methodoiogies. The first uses the previous knowiedge that the BC transports Tropical Water and South Atlantic Central Water (SACW) as well as that the IWBC transports mainly Antarctic Intermediate Water (AAIW). This method, referred here as the Thermodynamic Criterion applies the Shtokman theorems to estimate the interface depth between SACW and AAIW. The second methodology, designated here as the Dynamic Criterion, consists of modeiing absolute baroclinic velocities for all 14 hydrographic transects using the sectional version of the Princeton Ocean Model. The results of the two methods differ oniy in 7 dbar and a RL of 480 dbar is adopted as to represent the average interface isobaric level between BC and IWBC in the following geostrophic calculations. Horizontal distributions of geostrophic stream function are generated using objective mapping. These distributions present unequivocal evidences of cyclonic and anticyclonic structures in both Summer and Winter 1993 cruises. These features are associated to meanders of the BC System. They are depicted in opposing sides of the current core. The cyclone is seen in the BC coastal side as the anticyclone is placed in its oceanic side. The vertical variation of these pattems with a single flow direction inversion confirms that these vortical features are part of a first baroclinic mode wave, which corroborates previous speculations found in the literature. In order to pursue a potential vorticity analysis, a data-derived two-layer quasi-geostrophic model is built assuming an invicid flat-bottomed ocean in the 3-plane. This analysis allowed to conclude that the basic vorticity field associated with both horizontal and vertical shear of the boundary currents are responsible for the baroclinic wave existence. The planetary vorticity gradient is one order of magnitude lower. The frontal variation in baroclinic potential vorticity is 1,7 x i0 s1. The dominance of the stretching vorticity, which accounts for 60% of the gradient variation, leads to classify these oscillatory motions as long meso-scale waves. The potential vorticity conservation principle is invoked on an analysis that consists of superimposing the first layer quasi-gesotrophic potential vorticity and geostrophic stream funtion maps. This analysis revealed that the baroclinic waves are propagating as well as evidences of meander growth, an indication of a possible geophysical instability mechanism, are seen. Given the findings of the previous analyses, linear theory and the perturbation method are used to derive a dispersion relation for the BC System first mode baroclinic waves. The wave frequency is function of the BC velocity as well as the potential vorticity cross-stream gradient

Caracterização da circulação costeira na região sul do mar de Cananéia, litoral sul brasileiro, em apoio a revitalização de edificações marinhas: experimentos-piloto com observações de perfiladores acústicos de corrente

Na região sul do mar de Cananéia, litoral sul brasileiro, está situada na Ilha de Cananéia, desde 1950, a base de pesquisa Dr. João de Paiva Carvalho do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo - IOUSP. A região em estudo faz parte do complexo estuarino-lagunar Cananéia-Iguape e é caracterizada por regime de marés semidiurnas e correntes predominantemente longitudinais ao canal entre as ilhas de Cananéia e Comprida. Considerando que estudos de circulação costeira são de fundamental importância para a construção e revitalização de edificações marinhas, o presente trabalho consiste em fornecer um cenário oceanográfico de suporte à expansão e/ou revitalização do píer da base de pesquisa. A avaliação é baseada em observações de correntes e de marés registradas em experimentos-piloto realizados em agosto e setembro de 2012. A base de dados de correntes é composta por registros via Acoustic Doppler [Current] Profilers (ADPs), frequências de 500 e 1500 kHz, com visadas verticais e horizontais da coluna de água. Considerando a previsão de maré astronômica, os registros de agosto e setembro não mostraram significativas variações. As possíveis marés meteorológicas não tiveram forte influência sobre o ciclo de maré durante o período amostrado, evidenciando uma fraca ação de correntes geradas por forçantes meteorológicas. Durante a baixamar, os resultados indicaram velocidades longitudinais ao canal com até o dobro da magnitude, da ordem de 0,6 m s-1, em relação aos registros de preamar. A caracterização da circulação local possibilitou inferir que a expansão e/ou revitalização do píer não se mostram suscetíveis a possíveis danos significativos decorrentes da ação de correntes relativamente intensas. Adicionalmente, as velocidades de corrente mais intensas, 1,2 m s-1, características da região próxima ao centro do canal, tendem a conduzir a uma dispersão eficaz e adequada de poluentes ali lançados, beneficiando a preservação da comunidade local de organismos

The baroclinic structure of the Brazil Current System in the São Paulo Bight

The Brazil Current System is formed by two western boundary currents that flow along the Southeast Brazil continental margin from surface to 1800 m deep. These two currents are the southward-flowing Brazil Current (BC) and the northward-flowing Intermediate Western Boundary Current (IWBC). The investigation of the dynamics of the baroclinic vorticity waves superimposed to the BC System is conducted solely from hydrographic data analysis from two oceanographic mesoscale surveys from the COROAS Project, as part of the World Ocean Circulation Experiment. These two cruises sampled the central portion of the São Paulo Bight (23.5o 27o S) in the summer and winter of 1993. To apply the classical dynamical method to calculate the geostrophic velocities, a quantitative estimate of the reference level is conducted through the comparison of two different and independent methodologies. The first uses the previous knowledge that the BC transports Tropical Water (TW) and South Atlantic Central Water (SACW), and IWBC transports mainly Antarctic Intermediate Water (AAIW). This method, referred here as the Thermodynamical Criterion, applies the Shtokman theorems to estimate the interface depth between SACW and AAIW. The second methodology, designated here as the Dynamical Criterion, consists of modeling absolute baroclinic velocities for all 14 hydrographic transects using the sectional version of the Princeton Ocean Model (POM). The results of those two methods differ only by 7 dbar and reference level 480 dbar is adopted to represent the average interface isobaric level between BC and IWBC, in the geostrophic calculations. Horizontal distributions of geostrophic stream function are generated using objective mapping. These distributions present unequivocal evidences of cyclonic and anticyclonic structures in both summer and winter 1993 cruises. These features are associated to meanders of the BC System. They are depicted in opposing sides of the current core. The cyclone is seen in the BC coastal side as the anticyclone is placed in its oceanic side. The single vertical inversion of these horizontal flows confirms that these vortex-like features are part of a first baroclinic mode wave, which corroborates previous speculations found in the literature..Pages: 1265-126

A corrente do Brasil ao largo da costa leste brasileira

There is relatively few and sparse information in the literature about the Brazil Current, the boundary current that cJoses the western border of the South Atlantic Subtropical Gyre. In this articJe, we present a review of the currently-available literature to give a coherent overview on the kinematic and dynamical aspects of the Brazil Current along the Eastern Brazilian coast. We discuss the current structure in terms of its water mass composition and its vertical extension. We compile the available information on the Brazil Current velocity structure and volume transport along the shelf and shelf break from 90S to 31°S. We also address the Brazil Current meandering and eddy formation, and their possible role in promoting shelf-break upwelling off the Southeast Brazilian coast.Existe limitada e esparsa informação na literatura sobre a Corrente do Brasil, a corrente de contorno que fecha o Giro Subtropical do Atlântico Sul em sua borda oeste. Neste artigo, compilamos as informações atualmente disponíveis na literatura para fornecer uma visão dos aspectos cinemáticos e dinâmicos desta corrente, enquanto flui ao largo do Leste Brasileiro. Discutimos sua composição em termos de massas de água e de sua extensão vertical em diversas latitudes. Também apresentamos levantamento atualizado sobre aspectos cinemáticos desta corrente, tanto em termos de velocidades observadas e geostróficas como de transportes de volume. Informações sobre o meandramento e formação de vórtices na Corrente do Brasil, ao largo da costa Sudeste, e seu provável papel na penetração da Água Central do Atlântico Sul. na quebra da plataforma continental, igualmente são abordados

ON THE INTERPLAY BETWEEN HYDRODYNAMICS, BOTTOM MORPHOLOGY, SEDIMENTARY PROCESSES AND BENTHIC FORAMINIFERA ASSEMBLAGES IN THE SÃO PAULO BIGHT (BRAZIL, SW ATLANTIC)

Surface sediment samples recovered in the Sao Paulo Bight (SW Atlantic) were collected between 45 to 1132 m water depths to characterize sedimentary processes based on a multiproxy approach. This study analysis benthic foraminifera and abiotic data, including granulometry, TOC and C/N values. Spatial and yearly distributions of ocean chlorophyll-a concentrations [Chl-a] evaluated from available SeaWiFS Chlorophyll Ocean Colour Images also were analyzed. On the basis of the non-metric Multidimensional Scaling analysis two regions with different characteristics were identified (1) Sao Sebastiao Island and (2) Grande Island. The C/N results indicate that in most of the studied stations the organic matter supplied to the sea bottom is provided essentially by oceanic productivity. Concentrations of chlorophyll-a and TOC are higher in Grande Island region than in the Sao Sebastiao Island sector. In the first region the benthic foraminifera assemblages are larger but less diversified than in Sao Sebastiao Island sector. The foraminifera assemblages of Grande Island region are dominated by Globocassidulina subglobosa and composed mostly by opportunist species related to episodic availability of food inputs related to the Cabo Frio upwelling system. The influence of this system seems to decrease in Sao Sebastiao Island sector. In the deeper slope stations of the Sao Sebastiao Island region, the presence of an arborescent community (Rhadammina spp. and Rhizammina spp.) and Nodulina dentaliniformis suggests that the sedimentary regime is relatively more stable and contain a higher amount of refractory organic than in Grande Island region for the similar range of depths

Environmental controls on the distribution of living (stained) benthic foraminifera on the continental slope in the Campos Basin area (SW Atlantic)

Living (stained) benthic foraminifera from deep-sea stations in the Campos Basin, southeastern Brazilian continental margin, were investigated to understand their distribution patterns and ecology, as well as the oceanographic processes that control foraminiferal distribution. Sediments were collected from 1050 m to 1950 m of water depth during the austral winter of 2003, below the Intermediate Western Boundary Current (IWBC) and the Deep Water Boundary Current (DWBC). Based on statistical analysis, vertical flux of particulate organic matter and the grain size of sediment seem to be the main factors controlling the spatial distribution of benthic foraminifera. The middle slope (1050 m deep) is characterized by relatively high foraminiferal density and a predominance of phytodetritus-feeding foraminifera such as Epistominella exigua and Globocassidulina subglobosa. The occurrence of these species seems to reflect the Brazil Current System (BCS). The above-mentioned currents are associated with the relatively high vertical flux of particulate organic matter and the prevalence of sandy sediments, respectively. The lower slope (between 1350 and 1950 m of water depth) is marked by low foraminiferal density and assemblages composed of Bolivina spp. and Brizalina spp., with low particulate organic matter flux values, muddy sediments, and more refractory organic matter. The distribution of this group seems to be related to episodic fluxes of food particles to the seafloor, which are influenced by the BCS at the surface and are deposited under low deep current activity (DWBC)