Mestrado em Meteorologia e Oceanografia FísicaAs descargas dos estuários formam uma pluma que é advetada para a região costeira
adjacente, durante a maré vazante, modulando a circulação e hidrografia costeiras. Na
costa central portuguesa, a pluma do Estuário do Tejo influencia a hidrografia da região,
controlando a dinâmica local. Na atualidade, estudos de plumas estuarinas são realizados
utilizando modelos de circulação e de transporte de alta-resolução e sofisticados métodos
de análise de dados, como as redes neuronais. O objetivo deste estudo consiste em analisar
os padrões da descarga estuarina do Tejo na zona costeira adjacente, sob diferentes
condições de vento e eventos de descarga estuarinas elevadas.
Neste âmbito, implementou-se o modelo 3D de circulação e transporte MOHID, utilizando
um método de downscaling do modelo Operational Model for the Portuguese Coast
(PCOMS) (6 km) para a ROFI do Estuário do Tejo (500m). De modo a melhorar
os forçamentos atmosféricos do modelo costeiro, implementou-se uma nova aplicação
de alta-resolução (2 km) do modelo WRF para a região. A validação dos modelos de
circulação e de transporte foram realizadas para o período de Julho a Dezembro de 2012.
Resultados numéricos demonstram uma reprodução correta dos padrões superficiais
quando comparados com dados observados de velocidade da corrente, salinidade e
temperatura da água. O erro médio quadrático (RMSE) das correntes de superfície
mostrou um desvio médio inferior a 16 cms−1. Comparação da temperatura superficial
da agua com os dados remotos do sensor MODIS-Aqua identificaram um desvio inferior
a 2oC, demostrando a qualidade das previsões do modelo em reproduzir os padrões
dinâmicos costeiros.
De modo a estudar a variabilidade costeira causada pela descarga estuarina do Tejo,
simularam-se 5 cenários utilizando ventos favoráveis de upwelling e downwelling, e
descargas do Rio Tejo de 1500, 3000 e 5000 m3s−1. As simulações dos cenários foram
realizadas para o período de 8-31 de Novembro de 2012, devido à ocorrência de padrões
favoráveis de vento. Com o objetivo de quantificar a variabilidade costeira, realizou-se
uma analise SOM com 1x4 padrões espaciais dos campos de salinidade à superfície. Os
resultados demonstram que as descargas fluviais são o principal forçamento nas simulações,
só superados pelo vento aquando se registam baixas descarga fluviais. Secções transversais
da salinidade mostraram uma profundidade da pluma estuarina com cerca de 15 m na
zona da embocadura do estuário, reduzindo-se para 10 m na zona costeira adjacente
ao Cabo da Roca. A tensão do vento revelou ter um papel importante na dispersão da
pluma, sendo responsável pelo transporte para norte ou para sudoeste da mesma. Em
todos os cenários, os ventos favoráveis a downwelling transportam a pluma para norte
encostada à costa, enquanto ventos de upwelling transportam a pluma para sudoeste.
A nova implementação de alta resolução em 3D desenvolvida neste trabalho permite
retirar informação extra acerca da dinâmica da pluma estuarina sob diferentes condições
de vento e descarga do Rio Tejo. Padrões distintos de dispersão foram observados,
permitindo uma melhoria do conhecimento da circulação e hidrografia da região. Para
trabalhos futuros, este modelo pode permitir o acoplamento de modelos biogeoquímicos
ou de derrame de hidrocarbonetos, temas importantes e desafiantes para a complexa
zona costeira adjacente ao Estuário do Tejo.Buoyant discharges from estuaries form an outflow plume that is advected onto the near
shelf during the ebb tide, modulating the circulation and hydrography of the adjacent
coast. In the central coast of Portugal, the plume from the Tagus Estuary influences
the hydrography of the area, controlling local dynamics. Nowadays, estuarine plume
propagation studies are performed using high-resolution circulation and transport models
and sophisticated data analyses tools, as the artificial neural networks. The main aim
of this work consists in studying the Tagus Estuarine outflow behaviour under different
wind forcing conditions and variable river discharge events.
For this purpose, a 3D circulation and transport model (www.mohid.com) was implemented
for the region, using a nested downscaling approach from the Operational Model
for the Portuguese Coast (PCOMS) (6 km) to the Tagus ROFI (500 m). To improve
the atmospheric circulation model forcing, a new high-resolution atmospheric model (2
km) was implemented for the region, using the WRF model. To validate the circulation
and transport models, a simulation period between July and December 2012 was used.
Numerical predictions shown an accurate reproduction of the surface patterns when
compared with observed data of current velocity, salinity and water temperature. The
root mean square error (RMSE) of surface currents revealed a mean deviation lower
than 16 cm s−1. SST comparison with MODIS-Aqua remote sensing imagery shows a
deviation lower than 2oC, revealing the model accuracy in reproducing coastal dynamics.
In order to study coastal variability due to the Tagus estuarine outflow, five scenarios were
simulated under upwelling and downwelling favourable winds and Tagus river discharge
of 1500, 3000 and 5000 m3s−1. The scenarios simulations were performed for the days
8-31 of November 2012 because of favourable distinct wind patterns. In order to quantify
the region variability 1×4 Self-Organizing Map (SOM) of the surface salinity fields were
performed. The results show that river discharge is the main controlling forcing for the
scenarios simulation, only overtaken by the wind, when low discharge values were present.
The cross-shelf sections show a depth of the plume bulge of 15 m near the mouth of
the estuary, reducing to 10 m in the far region, near Cabo da Roca. The wind stress
played a powerful role in the dispersion of the bulge, being responsible for the north or
southwest transport of the plume. In all scenarios, under downwelling favourable winds
the plume is compressed toward the coast, and under upwelling winds the plume follows
a SW direction, being advected offshore.
The new high resolution 3D implementation developed in this study provides extra
information about the Tejo estuarine plume dynamic under different conditions of winds
and river discharge. Distinct spatial dispersion was observed improving the knowledge of
the region circulation and hydrography. Thus, this validated implementation can be used
for new studies, such as coupling of a biogeochemistry or oil spill models, topics that
are important and challenging for a complex coastal region such as the off the Tagus
Estuary