Extreme storm surges in the south of Brazil: atmospheric conditions and shore erosion

Marés meteorológicas que geram sobre-elevações do nível do mar são freqüentes na costa do Rio Grande do Sul e respondem às variações ocorridas na atmosfera. Torna-se importante, dessa maneira, definir padrões meteorológicos sinóticos responsáveis por gerar eventos de marés meteorológicas intensas na Praia do Cassino como objetivo desse trabalho. O uso de dados de reanálise associados a uma técnica eficiente de localização do ciclone, aplicando o conceito de vorticidade, permitiu definir uma nova classificação com base na trajetória de ciclones extratropicais responsáveis pela subida do nível do mar. Três padrões de trajetórias foram identificados: 1) Ciclogênese ao sul da Argentina com deslocamento para leste e trajetória entre 47.5ºS e 57.5ºS; 2) Ciclogênese ao sul do Uruguai com deslocamento para leste e trajetória entre 35ºS e 42.5ºS; 3) Ciclogênese ao sul do Uruguai com deslocamento para sudeste e trajetória entre 35ºS e 57.5ºS. O estudo de 23 ciclones extratropicais permitiu verificar máximas elevações do nível e erosão respectivamente associados a tempestades ocorridas no inverno e verão. A Praia do Cassino apresentou um comportamento sazonal, com erosão episódica associada a eventos de alta energia mais freqüentes no inverno, e longos períodos de acresção relacionados ao regime hidrodinâmico normal.The region under study is regularly subject to the occurrence of storms associated with frontal systems and extratropical cyclones, since it is located near one of the cyclogenetic regions in South America. These storms can generate storm surges that cause anomalous high sea level rises on Cassino Beach. The use of reanalysis data along with an efficient technique for the location of the cyclone, using a vorticity threshold, has provided a new classification based upon the trajectories of events that produce positive sea level variation. Three patterns have been identified: 1) Cyclogenesis to the south of Argentina with displacement to the east and a trajectory between 47.5ºS and 57.5ºS; 2) Cyclogenesis to the south of Uruguay with displacement to the east and a trajectory between 35ºS and 42.5ºS; and 3) Cyclogenesis to the south of Uruguay with displacement to the southeast and a trajectory between 35ºS and 57.5ºS. Maximum water level elevation above the mean sea level and beach erosion were associated, respectively, with winter and summer storms. Cassino beach displayed a seasonal morphological behavior, with short periods of episodic erosion associated with winter storm events followed by long periods of accretion characterized by the dominance of fair weather conditions

ESTRATIGRAFIA E EVOLUÇÃO DE UM ESPORÃO ARENOSO EM AMBIENTE MACROMARÉ: PONTA DA AREIA - SÃO LUÍS - MARANHÃO - BRASIL: Sand spit stratigraphy and evolution in macrotidal environment: Ponta da Areia, São Luis - Maranhão - Brazil

In the Island of Maranhão, coastal barrier systems can be divided into two main morphotypes: (i) Headland Spit Barriers, which are characterized by a beach attached transversely to the previous topography showing a steep gradient where there is continuous loss of sand on the eroded coast; and (ii) Mailand Beach Barriers, which are characterized by a lagoon-barrier-spur system anchored longitudinally to the previous topography. This latter morphotype originates from a large sediment transport via the coastal drift, whose extension is usually interrupted by the hydraulic spike effect, together with high tide prisms in the river mouths. The present study uses percussion and vibrocore drills to recover the sedimentary record, which is described in terms of its sedimentation, texture, structure and sedimentation facies. The results obtained demonstrate the stratigraphic nature of the coastal barrier in the Ponta da Areia Beach as a retrogradation sequence characterized by the migration towards the continent of a sandy spur. The radiometric dating of lagoon sediments on the beach attested the age of 7,240 ± 30 years AP indicating that at this time, this lagoon-barrier-spur system extended out to sea. Recently, the construction of a coastal spire has changed this stratigraphic nature, and it has a progradational system in the immediate vicinity of the spike, where distal environments (backshore) are sotopostos by proximal environments (foreshore).Na Ilha do Maranhão os sistemas de barreiras costeiras podem ser divididos em dois morfotipos principais: (i) Barreiras de Praias Anexadas, que se caracterizam por uma praia anexada transversalmente a topografia antecedente exibindo um gradiente íngreme onde há perda contínua de areia na costa erodida; e (ii) Barreiras de Esporões Arenosos ligadas a Cabeços de Promontórios, que se caracterizam por um sistema laguna-barreira-esporão ancorado longitudinalmente à topografia antecedente. Este último morfotipo origina-se de um amplo transporte de sedimentos via deriva litorânea, cujo prolongamento é geralmente interrompido pelo efeito espigão hidráulico, junto a elevados prismas de maré nas desembocaduras fluviais. O presente estudo utiliza-se de sondagens do tipo percussão e vibrocore para recuperação do registro sedimentar, o qual é descrito quanto à sua compactação, textura, estruturas e fácies sedimentares. Os resultados obtidos demonstram a natureza estratigráfica da barreira costeira na Praia da Ponta da Areia como uma sequência retrogradacional caracterizada pela migração em direção ao continente de um esporão arenoso. A datação radiométrica de sedimentos lagunares aflorantes na praia atestou a idade de 7.240±30 anos AP indicando que neste tempo, este sistema laguna-barreira-esporão estendia-se mar adentro. Recentemente a construção de um espigão costeiro alterou esta natureza estratigráfica, passando a comportar um sistema progradacional nas imediações do espigão, onde ambientes distais (antepraia) são sotopostos por ambientes proximais (foreshore)

Oceanic eddy‑induced modifications to air–sea heat and CO2 fluxes in the Brazil‑Malvinas Confluence

Sea surface temperature (SST) anomalies caused by a warm core eddy (WCE) in the Southwestern Atlantic Ocean (SWA) rendered a crucial influence on modifying the marine atmospheric boundary layer (MABL). During the first cruise to support the Antarctic Modeling and Observation System (ATMOS) project, a WCE that was shed from the Brazil Current was sampled. Apart from traditional meteorological measurements, we used the Eddy Covariance method to directly measure the ocean–atmosphere sensible heat, latent heat, momentum, and carbon dioxide ( CO2) fluxes. The mechanisms of pressure adjustment and vertical mixing that can make the MABL unstable were both identified. The WCE also acted to increase the surface winds and heat fluxes from the ocean to the atmosphere. Oceanic regions at middle and high latitudes are expected to absorb atmospheric CO2, and are thereby considered as sinks, due to their cold waters. Instead, the presence of this WCE in midlatitudes, surrounded by predominantly cold waters, caused the ocean to locally act as a CO2 source. The contribution to the atmosphere was estimated as 0.3 ± 0.04 mmol m− 2 day− 1, averaged over the sampling period. The CO2 transfer velocity coefficient (K) was determined using a quadratic fit and showed an adequate representation of ocean–atmosphere fluxes. The ocean–atmosphere CO2, momentum, and heat fluxes were each closely correlated with the SST. The increase of SST inside the WCE clearly resulted in larger magnitudes of all of the ocean–atmosphere fluxes studied here. This study adds to our understanding of how oceanic mesoscale structures, such as this WCE, affect the overlying atmosphere

Estudo da variabilidade de ondas no oceano Atlântico sul e a contribuição energética de um ciclone extratropical intenso nos espectros das ondas ao largo do Rio Grande do Sul

Devido à escassez de instrumentos de medição de onda bem como a grande dificuldade e os altos custos de coleta em regiões oceânicas, a modelagem numérica tem se tornado uma ferramenta bastante útil no estudo de comportamento de ondas costeiras e de oceano profundo. No presente trabalho foi utilizado um modelo numérico global (WAM) para obtenção de dados (modelados) de onda no Oceano Atlântico Sul entre junho de 2006 e julho de 2007. Foram aplicadas as análises EOF e SVD para agrupar as ondas em modos principais de variabilidade espaço-temporais. Em ambas as análises foram obtidos quatro modos principais de variabilidade de todas as variáveis analisadas, sendo que a maior correlação encontrada foi entre o swell e o período de pico. Os padrões espaciais mostraram a contribuição do swell oriundo dos oceanos Pacífico e Índico se propagando no Oceano Atlântico Sul. Foi observado, também, fortes relações entre a variabilidade das ondas e as variáveis atmosféricas de pressão e vento a 10 m de altura. Posteriormente, foi utilizado o mesmo modelo para geração dos espectros de onda durante um estudo de caso de um ciclone extratropical intenso no Oceano Atlântico Sul. Foram selecionados pontos no centro e na periferia do ciclone ao longo da sua trajetória a fim de investigar a presença de interação não linear onda-onda (ressonância) e três pontos offshore à Praia do Cassino com o intuito de estimar a contribuição de energia oriunda do ciclone. A máxima energia espectral no centro do ciclone ocorreu às 21h do dia 01 de setembro e na região offshore à Praia do Cassino o pico ocorreu nas 48 h seguintes. Na maioria dos espectros a densidade espectral foi maior à esquerda do ciclone o que torna válida a hipótese de ocorrência de ressonância nessa região. Assumindo esse evento como extremo em uma escala anual, é possível concluir que um evento de ciclone extratropical de mesma magnitude venha contribuir com mais de 70% da sua energia nos espectros de onda ao largo da costa do Rio Grande do Sul.Due to the shortage of measurement instruments of wave besides the many difficulties and the high price of date acquisition in oceanic regions, the numerical modeling has been came a useful tool in studies of coastal and ocean deep wave behavior. In this paper was employed a numerical global model (WAM) to obtain the wave data in the South Atlantic Ocean from June 2006 to July 2007. In order to group the waves in leading modes of spatial-temporal variability was applied the EOF and SVD statistic methods. In both analyses were obtained four principal modes of variability for all variables analyzed, where the biggest correlation found was between swell and peak period. The spatial patterns showed the contribution of swell from the Pacific and Indic oceans propagating on the South Atlantic Ocean. Strong relations between the wave variability and atmospheric fields like sea level pressure and wind speed at 10 m height. Later, the same model was used to generate the wave spectra during a case study of intense extratropical cyclone over the South Atlantic Ocean. Points in the center and periphery of cyclone following its track were selected in order to investigate the presence of non-linear wave-wave interaction (resonance) and others three offshore points to the Cassino Beach to estimate the energy contribution from this cyclone. The maximum spectral energy at the cyclone core occurred on September 01 and at the Cassino Beach offshore point just 48h after. In the majority of spectra the energy was greater at the left side of cyclone what become valid the assumption of resonance in the region. Taking this cyclone event like extreme in the annual scale is possible to conclude that a event of extratropical cyclone with the same magnitude can contribute with more that 70% from its energy over the wave spectra in offshore region of Rio Grande do Sul coast

Estudo da variabilidade de ondas no oceano Atlântico sul e a contribuição energética de um ciclone extratropical intenso nos espectros das ondas ao largo do Rio Grande do Sul

Devido à escassez de instrumentos de medição de onda bem como a grande dificuldade e os altos custos de coleta em regiões oceânicas, a modelagem numérica tem se tornado uma ferramenta bastante útil no estudo de comportamento de ondas costeiras e de oceano profundo. No presente trabalho foi utilizado um modelo numérico global (WAM) para obtenção de dados (modelados) de onda no Oceano Atlântico Sul entre junho de 2006 e julho de 2007. Foram aplicadas as análises EOF e SVD para agrupar as ondas em modos principais de variabilidade espaço-temporais. Em ambas as análises foram obtidos quatro modos principais de variabilidade de todas as variáveis analisadas, sendo que a maior correlação encontrada foi entre o swell e o período de pico. Os padrões espaciais mostraram a contribuição do swell oriundo dos oceanos Pacífico e Índico se propagando no Oceano Atlântico Sul. Foi observado, também, fortes relações entre a variabilidade das ondas e as variáveis atmosféricas de pressão e vento a 10 m de altura. Posteriormente, foi utilizado o mesmo modelo para geração dos espectros de onda durante um estudo de caso de um ciclone extratropical intenso no Oceano Atlântico Sul. Foram selecionados pontos no centro e na periferia do ciclone ao longo da sua trajetória a fim de investigar a presença de interação não linear onda-onda (ressonância) e três pontos offshore à Praia do Cassino com o intuito de estimar a contribuição de energia oriunda do ciclone. A máxima energia espectral no centro do ciclone ocorreu às 21h do dia 01 de setembro e na região offshore à Praia do Cassino o pico ocorreu nas 48 h seguintes. Na maioria dos espectros a densidade espectral foi maior à esquerda do ciclone o que torna válida a hipótese de ocorrência de ressonância nessa região. Assumindo esse evento como extremo em uma escala anual, é possível concluir que um evento de ciclone extratropical de mesma magnitude venha contribuir com mais de 70% da sua energia nos espectros de onda ao largo da costa do Rio Grande do Sul.Due to the shortage of measurement instruments of wave besides the many difficulties and the high price of date acquisition in oceanic regions, the numerical modeling has been came a useful tool in studies of coastal and ocean deep wave behavior. In this paper was employed a numerical global model (WAM) to obtain the wave data in the South Atlantic Ocean from June 2006 to July 2007. In order to group the waves in leading modes of spatial-temporal variability was applied the EOF and SVD statistic methods. In both analyses were obtained four principal modes of variability for all variables analyzed, where the biggest correlation found was between swell and peak period. The spatial patterns showed the contribution of swell from the Pacific and Indic oceans propagating on the South Atlantic Ocean. Strong relations between the wave variability and atmospheric fields like sea level pressure and wind speed at 10 m height. Later, the same model was used to generate the wave spectra during a case study of intense extratropical cyclone over the South Atlantic Ocean. Points in the center and periphery of cyclone following its track were selected in order to investigate the presence of non-linear wave-wave interaction (resonance) and others three offshore points to the Cassino Beach to estimate the energy contribution from this cyclone. The maximum spectral energy at the cyclone core occurred on September 01 and at the Cassino Beach offshore point just 48h after. In the majority of spectra the energy was greater at the left side of cyclone what become valid the assumption of resonance in the region. Taking this cyclone event like extreme in the annual scale is possible to conclude that a event of extratropical cyclone with the same magnitude can contribute with more that 70% from its energy over the wave spectra in offshore region of Rio Grande do Sul coast

Extreme storm surges in the south of Brazil: atmospheric conditions and shore erosion

The region under study is regularly subject to the occurrence of storms associated with frontal systems and extratropical cyclones, since it is located near one of the cyclogenetic regions in South America. These storms can generate storm surges that cause anomalous high sea level rises on Cassino Beach. The use of reanalysis data along with an efficient technique for the location of the cyclone, using a vorticity threshold, has provided a new classification based upon the trajectories of events that produce positive sea level variation. Three patterns have been identified: 1) Cyclogenesis to the south of Argentina with displacement to the east and a trajectory between 47.5ºS and 57.5ºS; 2) Cyclogenesis to the south of Uruguay with displacement to the east and a trajectory between 35ºS and 42.5ºS; and 3) Cyclogenesis to the south of Uruguay with displacement to the southeast and a trajectory between 35ºS and 57.5ºS. Maximum water level elevation above the mean sea level and beach erosion were associated, respectively, with winter and summer storms. Cassino beach displayed a seasonal morphological behavior, with short periods of episodic erosion associated with winter storm events followed by long periods of accretion characterized by the dominance of fair weather conditions.Marés meteorológicas que geram sobre elevações do nível do mar são freqüentes na costa do Rio Grande do Sul e respondem às variações ocorridas na atmosfera. Torna-se importante, dessa maneira, definir padrões meteorológicos sinóticos responsáveis por gerar eventos de marés meteorológicas intensas na Praia do Cassino como objetivo desse trabalho. O uso de dados de reanálise associados a uma técnica eficiente de localização do ciclone, aplicando o conceito de vorticidade, permitiu definir uma nova classificação com base na trajetória de ciclones extratropicais responsáveis pela subida do nível do mar. Três padrões de trajetórias foram identificados: 1) Ciclogênese ao sul da Argentina com deslocamento para leste e trajetória entre 47.5ºS e 57.5ºS; 2) Ciclogênese ao sul do Uruguai com deslocamento para leste e trajetória entre 35ºS e 42.5ºS; 3) Ciclogênese ao sul do Uruguai com deslocamento para sudeste e trajetória entre 35ºS e 57.5ºS. O estudo de 23 ciclones extratropicais permitiu verificar máximas elevações do nível e erosão respectivamente associados a tempestades ocorridas no inverno e verão. A Praia do Cassino apresentou um comportamento sazonal, com erosão episódica associada a eventos de alta energia mais freqüentes no inverno, e longos períodos de acresção relacionados ao regime hidrodinâmico normal

The paleogeographic meaning of the coastal peats of Rio Grande do Sul

Na Planície Costeira do Rio Grande do Sul (PCRGS) depósitos de turfas afloram ao longo do litoral indicando os setores onde as barreiras costeiras exibem uma natureza transgressiva. Ao longo das últimas décadas várias causas foram apontadas para explicar oprocesso erosivo nestes setores, todas associadas a fenômenos naturais. Estas turfas aflorantes são tidas como elemento chave no entendimento da evolução costeira de longo termo deste litoral. O processamento químico das amostras foi realizado afrio com HCl (5%) e KOH (5%) e separação entre partículas orgânicas e inorgânicas com solução aquosa de ZnCl2. Este estudo se baseou em amostras de turfas obtidas de sondagens geológicas, afloramentos e perfilagens com Georradar nas praias de Itapeva e Hermenegildo. Os resultados indicam que o estrato basal que recobre os sedimentos pleistocênicos é formado por turfas, sinalizando cronologicamente o início da sedimentação holocênica na PCRGS em torno de 10.000 anos AP, quando ainda prevaleciam condições essencialmente lacustres, nas posições que viriam a se desenvolver os sistemas de barreiras costeiras holocênicas. Uma vez instaladas, estas barreiras criaram condições para o desenvolvimento de uma segunda geração de ambientes paludiais, desta vez, vinculadosà redução das profundidades dos sistemas lagunares em processo de colmatação, por volta de 710 anos AP. Este estudo fornece evidências de que a linha de costa atual da PCRGS encontra-se num processo contínuo de reorientação, conduzido por um déficit sedimentar nos setores costeiros onde as barreiras retrogradantes migram para o continente e no sentido N-NO, expondo depósitos turfáceos sistematicamente ao longo do litoral.In the Coastal Plain of Rio Grande do Sul (PCRGS), peat deposits appear along the coast indicating sectors where coastal barriers exhibit a transgressive nature. Throughout the last decades, many causes are composed to explain the erosiveprocess in these sectors, major associated with natural phenomena. These outcrops are considered as key elements in the understanding of the long term evolution of this coast. The chemical processing of the samples was made in cold mode with HCl (5%) and KOH (5%) and the separation of organic and inorganic particles with aqueous solution of ZnCl2.This study was based on peat samplings from geological surveys, outcrops and Georadar profiles in the beaches of Itapeva and Hermenegildo. The results of this study indicate that the basal layer covering the pleistocene sediments is formed by basal peat, chronologically signaling the beginning of Holocene sedimentation in the PCRGS around 10.000 years BP, when still essentially lacustrine conditions prevailed through the dominance of herbaceous and hydrophitic vegetation where the Holocene coastal barrier systems would develop. Once installed, these barriers created the conditions for the development of a second generation of paludal environments, this time linked to the reduction ofthe environmental depths during the process of filling since 710 years B.P. The results of the present study provide evidences that the current coastline of the Rio Grande do Sul is in a continuous process of reorientation, led by a sedimentary deficit inthe coastal sectors where the retrograde barriers migrate towards the mainland and to the N-NO direction, exposing peat deposits systematically along the coast

RECONSTITUIÇÃO PALEOGEOGRÁFICA DO QUATERNÁRIO NO ESTUÁRIO DO RIO SANTO ANTÔNIO, ILHA DO MARANHÃO - BRASIL.

As variações do nível relativo do mar ocorridas durante o Quaternário foram responsáveis pela atual paisagem das zonas costeiras mundiais. Estas alterações seculares do nível do mar, ora transgressivas ora regressivas, deixaram evidências sedimentológicas, estratigráficas, geomorfológicas e paleontológicas que possibilitam a reconstituição quanto à paleogeografia desses ambientes. O presente estudo se desenvolveu com base na hipótese de que registros de transgressões e regressões marinhas durante o Quaternário tenham sido preservados na região estuarina do Rio Santo Antônio, extremo leste da Ilha do Maranhão. A partir da interpretação geológica, estratigráfica, sedimentológica e geomorfológica de um afloramento de bioclastos contendo conchas de moluscos bivalves e gastrópodes, foi possível verificar a evidência de um paleonível marinho na margem deste rio. O estudo constatou que os bioclastos acumulados foram resultado de uma condição hidrodinâmica pretérita, provavelmente relacionada ao máximo transgressivo holocênico quando ainda não se fazia presente o esporão arenoso (headlandspit) da Praia de Panaquatira. O mapeamento topográfico do local comprovou que os bioclastos estão situados a +3,20 m acima do nível médio do mar. Os resultados obtidos no presente estudo conduziram a uma proposta de reconstituição paleogeográfica da área de estudo