Variação sazonal da estrutura de massas de água na plataforma continental do Amazonas e área oceânica adjacente

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This work analyzes hydrographic properties (temperature and salinity) obtained from three oceanographic cruises performed along the Amazon continental shelf and adjacent oceanic areas of the western equatorial Atlantic. Field data covered three

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  Revista Brasileira de Geof´ısica (2005) 23(2):145-157© 2005 Sociedade Brasileira de Geof´ısicaISSN 0102-261Xwww.scielo.br/rbg VARIAC¸ ˜AO SAZONAL DA ESTRUTURA DE MASSAS DE ´AGUA NA PLATAFORMA CONTINENTALDO AMAZONAS E ´AREA OCEˆANICA ADJACENTE Alex Costa da Silva 1 , Moacyr Ara´ujo 1,2 e Bernard Bourl`es 3 Recebido em 11 marc¸o, 2005 / Aceito em 02 setembro, 2005Received on March 11, 2005 / Accepted on September 02, 2005 ABSTRACT. Thisworkanalyzeshydrographicproperties(temperatureandsalinity)obtainedfromthreeoceanographiccruisesperformedalongtheAmazoncontinentalshelf and adjacent oceanic areas of the western equatorial Atlantic. Field data covered three distinct periods and river discharge situation: the maximum river outflowduring boreal spring (May 1999); the transition flow period (maximum to minimum discharges) during summer (August 2001), and minimum river flow during autumn(November 1997). The analysis of CTD hydrographic profiles identified four water masses: Coastal Water (CW), Tropical Surface Water (TSW), South Atlantic CentralWater (SACW) and Antarctic Intermediary Water (AIW). Results suggest that wind shear variability acts over the horizontal distribution of surface water masses (CWand TSW), while the subsurface waters (SACW and AIW) are influenced by seasonal variability of the NBC transport and the presence of anticyclonic rings at the NBCretroflection area. Vertical transects analysis show that SACW is strongly expanded during the transition river flow regime (about 70 m at  49 ◦ W and 220 m at  50 ◦ W),which corresponds to the period when NBC and North Equatorial Countercurrent (NECC) reach their maximum strengths. Keywords : Amazon shelf, Water masses, North Brazil Current, Program REVIZEE. RESUMO.  Este trabalho analisa as informac¸˜oes de temperatura e salinidade obtidas a partir de trˆes cruzeiros oceanogr´aficos realizados na ´area da Plataforma Con- tinental do Amazonas e regi˜ao oceˆanica adjacente. Os dados foram coletados em diferentes per´ıodos do ano, correspondendo a distintas situac¸˜oes de aporte de ´aguascontinentais: m´ınima descarga do rio Amazonas (outubro/1997), m´axima descarga fluvial (maio/1999), e durante o per´ıodo de transic¸˜ao (m´axima para m´ınima) descargado rio (agosto/2001). Os resultados permitiram descrever a variac¸˜ao sazonal da distribuic¸˜ao tridimensional das quatro massas de ´agua encontradas: ´Agua Costeira(AC), ´Agua Tropical (AT), ´Agua Central do Atlˆantico Sul (ACAS) e ´Agua Intermedi´aria da Ant´artica (AIA). Os resultados sugerem que o cisalhamento e´olico age sobre adistribuic¸˜ao temporal das ´aguas superficiais (AC e AT), enquanto que a distribuic¸˜ao das massas d´´agua de subsuperf´ıcie (ACAS e AIA) ´e influenciada pela variabilidade sazonal da Corrente Norte do Brasil (CNB) e pela presenc¸a de v´ortices anticiclˆonicos na regi˜ao de retroflex˜ao da CNB. Os transectos verticais indicam que a ACAS sofreuma expans˜ao de cerca de 70 m ( 49 ◦ W) e de 220m ( 50 ◦ W) durante o per´ıodo de transic¸˜ao das descargas fluviais, que corresponde `a ´epoca de m´axima ac¸˜ao da CNB eda Contra-corrente Norte Equatorial (CCNE). Palavras-chave : Plataforma Continental do Amazonas, Massas de ´agua, Corrente Norte do Brasil, Programa REVIZEE.1Laborat´orio de Oceanografia F´ısica Estuarina e Costeira, Departamento de Oceanografia da Universidade Federal de Pernambuco – LOFEC/DOCEAN/UFPE, Av. Ar-quitetura s/n, 50739-540 Campus Universit´ario, Recife, PE, Brasil. Tel: +55 (81) 21267224; Fax: +55 (81) 2126 8225 ou 8227 – E-mail: acostasil@yahoo.com.br;moa@ufpe.br2Bolsista CNPq.3Institut de Rechercher pour le D´eveloppement – IRD, Boite Postale 70, 29280, Plouzan´e, France. Phone: +33.2.98224665; Fax: +33.2.98224514– E-mail: bernard.bourles@ird.fr  146  VARIAC¸ ˜AO SAZONAL DA ESTRUTURA DE MASSAS DE ´AGUA NA PLATAFORMA CONTINENTAL DO AMAZONAS E ´AREA OCEˆANICA ADJACENTE INTRODUC¸ ˜AO A ´area do oceano Atlˆantico equatorial adjacente `a Regi˜ao Nortedo Brasil ´e identificada como um sistema marinho de alta ener-gia, resultado da ac¸˜ao combinada da corrente de fronteira oeste,dos ventos al´ısios, das oscilac¸˜oes de mar´es, e do lanc¸amento de´aguas continentais oriundas do rio Par´a e sobretudo do rio Ama-zonas. Este ´ultimo descarrega em torno de 180.000 m 3 s − 1 de´agua doce no Oceano Atlˆantico, contribuindo com cerca de 18%do total de ´agua doce continental lanc¸ada nos oceanos (Oltman,1968; Muller-Karger et al., 1988). Essa vaz˜ao varia sazonalmente,com m´aximo em torno de 220.000 m 3 s − 1 em maio, e m´ınimo emtorno de 100.000 m 3 s − 1 em novembro (Geyer et al., 1996). A´agua doce proveniente do rio Amazonas forma uma pluma super-ficialquepodeexcedermaisde200kmoceanoadentroecercade1000 km em direc¸˜ao noroeste (Gibbs, 1970; Lentz & Limeburner,1995).Al´em da grande quantidade de movimento resultante doaporte continental, a ´area da Plataforma Continental do Ama-zonas (referenciada a seguir por PCA) e regi˜ao oceˆanica adja-cente, encontra-sesobinfluˆenciadiretadaCorrenteNortedoBra-sil (CNB). Segundo Richardson et al. (1994), a CNB flui ao longoda quebra da Plataforma do Amazonas, sobre o talude, predomi-nantemente no sentido noroeste, com velocidades entre 0,5-1,0m s − 1 . Johns et al. (1998) estimaram valores de transporte daCNBadjacente `acostaamazˆonica( 4 ◦ N- 45 ◦ W)variandoentre35Sv (1 Sv =  10 6 m 3 s − 1 )  nos meses de julho-agosto e 13 Sv emabril-maio. Maisaonorte,nasproximidadesdoestadodoAmap´a,estacorrentedefronteirasofresazonalmenteumaretroflex˜ao paraleste, alimentando a Contra-Corrente Norte Equatorial (CCNE), econtribuindo para formac¸˜ao de v´ortices anticiclˆonicos (Johns etal., 1990; Didden & Schott, 1993; Fratantoni et al., 1995; Schottet al., 1998).Outro fator importante na dinˆamica da regi˜ao de estudo ´eassociado `a variabilidade sazonal do cisalhamento e´olico, quetransfere distintamente quantidade de movimento da atmosferapara o oceano em func¸˜ao da ´epoca do ano. Tratam-se dos ven-tos al´ısios, que apresentam uma variac¸˜ao sazonal vinculada `asoscilac¸˜oes da Zona de Convergˆencia Inter-Tropical Atmosf´erica(ZCIT). A ZCIT se localiza predominantemente no hemisf´erionorte,migrandoperiodicamentedasproximidadesdoequadoremmarc¸o-abril, para cerca de  5 ◦ N, em agosto-setembro (Castro &Miranda, 1998). Esta variac¸˜ao sazonal da zona de convergˆenciafaz com que os ventos al´ısios, atuantes na PCA e ´area oceˆanicaadjacente, sejam predominantemente de sudeste no per´ıodo dejunho a novembro, e de nordeste nos meses de dezembro a maio(Nittrouer & Demaster, 1996; Geyer et al., 1996).Este trabalho tem por objetivo analisar a variabilidade sazo-nal das distribuic¸˜oes espaciais das massas de ´agua existentes naPCA e ´area oceˆanica adjacente, durante os per´ıodos de descargam´axima do rio Amazonas (maio de 1999), de transic¸˜ao (agosto de2001), e durante a ´epoca de m´ınima descarga fluvial (outubro de1997), identificando as forc¸antes geof´ısicas potencialmente de-terminantes destas variabilidades. Este trabalho ´e um dos pro-dutos cient´ıficos do Programa REVIZEE (Programa Nacional deAvaliac¸˜ao do Potencial Sustent´avel de Recursos Vivos da ZonaEconˆomica Exclusiva). METODOLOGIA´Area de estudo A ´area de estudo compreeende a sec¸˜ao do oceano Atlˆantico equa-torial oeste limitada pelas coordenadas Lat.  2 , 5 ◦ S - 7 ◦ N e Long. 46 ◦ W - 51 ◦ W. Parte dessa regi˜ao corresponde `a PCA, que se es-tendedesdeafozdorioPar´a(PA)at´eoCaboNorte(AP).Ais´obatade 100 m marca a quebra da plataforma continental (Nittrouer &Demaster, 1986). Na frente da foz do rio Amazonas, a PCA atingeuma largura de 330 km, diminuindo em direc¸˜ao ao Cabo Orange(Flood & Damuth, 1987).A ´area de estudo ´e representada na Figura 1, onde s˜ao indi-cadas as localizac¸˜oes das estac¸˜oes de coleta (CTD), e dos tran-sectos verticais Perfil (A/S) e Perfil (W), perpendiculares `a costa.A escolha da localizac¸˜ao do Perfil (A/S) para an´alise nesse traba-lho teve como objetivo comparar as caracter´ısticas termohalinasdas massas de ´agua com as medidas de corrente dos ProjetosAMASSEDS  (A Multidisciplinary Amazon Shelf Sediment Study)  e STACS  (Subtropical Atlantic Climate Studies)  , obtidas atrav´esde fundeios e de perfilagens de ADCP  (Acoustic Doppler Current Profiler)   realizadas nos anos 1989-1991 ao longo de um tran-secto muito pr´oximo do Perfil (A/S) escolhido (Fig. 1, de Johnset al., 1998). J´a o Perfil (W), situado na altura do Cabo Orande,Amap´a (Figura 1), foi definido com o intuito de tamb´em possibi-litar a comparac¸˜ao das informac¸˜oes do Programa REVIZEE comas perfilagens de ADCP/Pegasus realizadas na regi˜ao de retro-flex˜ao da CNB por Wilson et al. (1994) e Brown et al. (1992), este´ultimo no ˆambito do Projeto WESTRAX  (Western Tropical Atlantic Experiment)   (Fig. 2, de Bourl`es et al., 1999). Base de dados Os dados utilizados neste trabalho foram coletados durante trˆescruzeiros oceanogr´aficos realizados pelo NOc. Antares na regi˜aoNorte do Brasil, como parte das atividades do Programa REVIZEE Revista Brasileira de Geof´ısica, Vol. 23(2), 2005  ALEX COSTA DA SILVA, MOACYR ARA´UJO e BERNARD BOURL`ES  147 Figura 1  – Mapa de localizac¸˜ao da ´area de estudo, indicando as estac¸˜oes de coleta (CTD),os transectos verticais Perfis (A/S) e (W), e a Corrente Norte do Brasil (CNB), fluindo paranoroeste ao longo da margem continental amazˆonica. (Programa Nacional de Avaliac¸˜ao do Potencial Sustent´avel de Re-cursos Vivos da Zona Econˆomica Exclusiva). O Programa REVI-ZEE, sob coordenac¸˜ao da Comiss˜ao Interministerial de Recursosdo Mar (CIRM), ´e resultado do compromisso que o Brasil assu-miu perante `a Organizac¸˜ao das Nac¸˜oes Unidas (ONU), ao ratificarem 1988 a Convenc¸˜ao Internacional da Lei do Mar, em validadedesde 1994. O objetivo principal do Programa REVIZEE foi reali-zar um levantamento dos recursos vivos (e dos fatores abi´oticoscorrelacionados) presentes na Zona Econˆomica Exclusiva brasi-leira.O conjunto de dados analisados correspondem a 248 perfisverticaiscont´ınuosdetemperaturaesalinidadeobtidoscomequi-pamento CTD  Sea Bird Electronics SBE911plus  , equipado combomba centr´ıfuga e sensores de alta resoluc¸˜ao para medic¸˜oesde condutividade (resoluc¸˜ao = 0,00004 S m − 1 ), temperatura(resoluc¸˜ao = 0,0003 ◦ C) e press˜ao (resoluc¸˜ao = 0,068 db). A sa-linidade foi calculada com os algoritmos da escala pr´atica (PSS-178), adotada pela UNESCO, em func¸˜ao da raz˜ao de condutivi-dade el´etrica, temperatura e press˜ao (UNESCO, 1981).Durante todos os cruzeiros o CTD foi operado at´e cerca de1000 m de profundidade, com velocidade descendente de 1 ms − 1 , e uma freq¨uˆencia de amostragem de 24 Hz. Durante as per-filagens o equipamento foi mantido conectado a uma plataformade bordo  SBE 11plus  , o que permitiu um acompanhamento emtempo real da aquisic¸˜ao e primeira verificac¸˜ao da qualidade dosdados. A Tabela 1 traz uma s´ıntese dos dados utilizados nestetrabalho.Os trˆes cruzeiros oceanogr´aficos foram realizados ´epocas di-ferentes do ano, associadas `as distintas situac¸˜oes de aporte con-tinental de ´agua doce, ou seja: durante o per´ıodo de descarga Brazilian Journal of Geophysics, Vol. 23(2), 2005  148  VARIAC¸ ˜AO SAZONAL DA ESTRUTURA DE MASSAS DE ´AGUA NA PLATAFORMA CONTINENTAL DO AMAZONAS E ´AREA OCEˆANICA ADJACENTE Tabela 1 – S´ıntese das perfilagens de CTD obtidas durante as expedic¸˜oes oceanogr´aficas do ProgramaREVIZEE, Regi˜ao Norte, utilizadas neste trabalho. Hidrologia do rio Amazonas Per´ıodo Qde. perfis de CTDDescarga m´ınima Outubro de 1997 90Descarga m´axima Maio de 1999 87Transic¸˜ao m´axima-m´ınima descarga Agosto de 2001 71m´ınima do rio Amazonas (outubro de 1997), durante a descargam´axima do rio Amazonas (maio de 1999), e durante o per´ıodo detransic¸˜ao de m´axima para m´ınima descarga (agosto de 2001). RESULTADOSDiagrama T-S e massas de ´agua Baseado nas propriedades observadas durante as campanhas deoutubro de 1997, maio de 1999 e agosto de 2001, foi poss´ıvelidentificar quatro massas de ´agua na regi˜ao estudada de acordocom os crit´erios apresentados na Tabela 2. As distribuic¸˜oes es-paciais entre estas massas de ´agua foram identificadas a partirda localizac¸˜ao tridimensional dos respectivos valores de limiteisopicnais  (σ  θ  ) . Neste caso, a isopicna  σ  θ   ≤  21 , 6  regis-tra o limite de influˆencia da AC; o limite entre AT-ACAS ´e mar-cado pela  σ  θ   =  24 , 5 ; e o limite entre ACAS-AIA ´e associado `a σ  θ   =  27 , 1 . Estes valores limites foram definidas a partir dosestudos da DHN (1989), Stramma & Schott (1999) e Barnier et al.(2001).As massas de ´agua s˜ao definidas pelo diagrama T-S, geradoa partir da correlac¸˜ao entre os valores de temperatura (T) e salini-dade (S). A Figura 2 apresenta o diagrama T-S obtido a partir dosvalores de temperatura e salinidade medidos ao longo das colu-nas d’´agua das estac¸˜oes de amostragem do Perfil A (Figura 1).A ´Agua Costeira (AC) na regi˜ao de estudo ´e identificada peloseu alto valor de temperatura e baixo valor de salinidade, comoresultado do aporte de ´agua doce proveniente do rio Amazonas(Curtin, 1986; DHN, 1989). Na ´area oceˆanica, da superf´ıcie parao fundo, a primeira massa d’ ´agua encontrada na regi˜ao ´e a ´AguaTropical(AT).Abaixodestaregistra-seapresenc¸ada ´AguaCentraldoAtlˆanticoSul(ACAS),transportadaparaaregi˜aodeestudopelaCNB e Sub-Corrente Norte do Brasil (SCNB). A ACAS apresentabaixo valor de salinidade e alto valor de oxigˆenio dissolvido. Nointervalo de 500 m a cerca de 1200 m de profundidade encontra-se a ´Agua Intermedi´aria da Ant´artica (AIA), com baixo valor detemperatura (Stramma & Schott, 1999; Barnier et al. 2001). Estrutura vertical das massas de ´agua Nesta sec¸˜ao s˜ao apresentadas as distribuic¸˜oes horizontais dasprofundidades limites entre as massas de ´agua (AC-AT), (AT-ACAS) e (ACAS-AIA) na regi˜ao de estudo. Estas profundidadesforam obtidas considerando os respectivos limites isopicnais en-tre as massas d’´agua, conforme descrito na sec¸˜ao anterior. A Fi-gura 3 apresenta as profundidades limites entre a AC e a AT (pro-fundidadedotopodaAT),paraostrˆesdiferentesper´ıodosdecam-panha. Durante todos os cruzeiros foi confirmada a influˆencia deuma pluma de ´agua de baixo valor de salinidade provinda do rioAmazonas, que se estende sobre a PCA, conforme evidenciadopor Lentz & Limeburner (1995) e Curtin (1986). Na regi˜ao quesofre influˆencia dessa pluma ocorre o afundamento da AT. Du-ranteosmesesdeagostode2001edeoutubrode1997(per´ıodosde transic¸˜ao e de baixa descarga do rio Amazonas) (Figuras 3(A)e (B)), a profundidade do topo da AT sofre um ligeiro afunda-mento na regi˜ao noroeste da plataforma amazˆonica, que nestaocasi˜ao se encontra sobre influˆencia simultˆanea da CNB e dosventos al´ısios de sudeste. J´a no mˆes de maio de 1999 (per´ıodode m´axima descarga do rio Amazonas) (Figura 3(A)), constata-seque a ´agua doce provinda do rio Amazonas fica confinada na ´areafrontal `asuafoz, ocorrendoumafundamentosignificativodotopoda AT na PCA e na ´area oceˆanica adjacente, alcanc¸ando profundi-dades superiores a 25 m. Neste per´ıodo do ano os ventos al´ısiosde nordeste incidem quase que perpendicularmente `as is´obatas,pressionando a pluma para junto da costa, e reduzindo assim suaexpans˜ao lateral.Adistribuic¸˜aohorizontaldasprofundidadesquelimitamaAT-ACASnostrˆesper´ıodosestudados ´eapresentadanaFigura4. Es-tas distribuic¸˜oes demostraram uma elevac¸˜ao do topo da ACASsobre a quebra da PCA (is´obata de 100 m). Durante o mˆes demaio de 1999 (Figura 4(A)), o topo da ACAS se encontra a umaprofundidade de cerca de 90 m ao longo da quebra da plataforma,chegando a atingir 70 metros no talude em frente do Cabo Norte,no estado do Amap´a. Durante os meses de agosto de 2001 e deoutubro de 1997 (Figura 4(B) e (C), respectivamente), observa-se igualmente uma resuspens˜ao da ACAS na regi˜ao da quebra Revista Brasileira de Geof´ısica, Vol. 23(2), 2005  ALEX COSTA DA SILVA, MOACYR ARA´UJO e BERNARD BOURL`ES  149 Tabela 2  – Valores de temperatura ( ◦ C) e salinidade (ups) caracter´ısticos das respectivas massasde ´agua observadas na ´area de estudo. Massa d’´agua Temperatura ( ◦ C) Salinidade´Agua Costeira (AC) 26,00 – 28,87  ≤ 34 , 00 ´Agua Tropical (AT)  >  18 , 00  >  36 , 00 ´Agua Central do Atlantico Sul (ACAS) 5,95 – 18,35 34,52 – 36,40´Agua Intermediaria da Antartica (AIA) 4,92 – 5,90 34,48 – 34,78 Figura 2  – Diagrama T-S realizado a partir dos dados coletados ao longo do Perfil (A/S) durante o per´ıodode descarga m´axima (o), per´ıodo de transic¸˜ao de descarga m´axima para m´ınima ( • ), e durante o per´ıodode descarga m´ınima  () . No diagrama s˜ao identificadas as quatro massas de ´agua da regi˜ao, com seusrespectivos limites isopicnais  (σ  θ  ) :  σ  θ   ≤  21 , 6  registra o limite de influˆencia da AC; o limite entre AT eACAS ´e marcado pela isopicna  σ  θ   = 24 , 5 ; e o limite ACAS–AIA ´e definido pela isopicna  σ  θ   = 27 , 1 . da PCA, principalmente na direc¸˜ao do Cabo Norte e a noroestedeste, tendendo a aumentar sua profundidade com o afastamentodacosta. Paraestesdoisper´ıodos, entretanto, asis´obatasdepro-fundidade limite da AT–ACAS encontram-se mais alinhadas comasis´obatasdaPCA,oquen˜aoocorreuduranteoper´ıododevaz˜aom´axima do rio.As distribuic¸˜oes horizontais dos limites de profundidade en-tre as massas de ´agua ACAS e AIA apresentaram durante o mˆesde outubro de 1997 (Figura 5(C)) uma elevac¸˜ao do topo da AIA( ≈ 400 m) pr´oximo `a foz do rio e a noroeste desta, e um afun-damento desta massa de ´agua na ´area frontal ao cabo Norte( ≈ 500 m). Durante o mˆes de maio de 1999 (Figura 5 (A)), o topoda AIA tamb´em apresentou uma elevac¸˜ao na direc¸˜ao da foz do rioe na regi˜ao que compreende a quebra da PCA, afundando `a me-dida que aumenta a distˆancia da costa. Durante o mˆes de agostode2001(Figura5(B)),verifica-seumafundamentonotopodaAIA( ≈ 540 m) em toda regi˜ao estudada. DISCUSS˜AO A regi˜ao equatorial oeste do oceano Atlˆantico vem atraindo umaquantidade significativa de pesquisas cient´ıficas, sobretudo nos´ultimos vinte anos. Em particular, o elevado aporte continen- Brazilian Journal of Geophysics, Vol. 23(2), 2005
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