Curso de Ciências do Mar
Introdução às Ciências do Mar
Oceanografia Física
Paulo Relvas
-
Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente,
Universidade do Algarve ([email protected])
Ciências Geofísicas
(estudo da Terra aplicando as leis da Física)
Geofísica Interna
Oceanografia
Física
Meteorologia
e
Climatologia
Oceanografia
(estudo dos Oceanos)
Oceanografia
Geológica
Oceanografia
Química
Oceanografia
Biológica
O Oceano como um sistema físico
e o seu papel no ciclo hidrológico
O Oceano é um sistema físico
que interage com os outros
sistema que integram o grande
sistema que é o Planeta.
Interacção do Oceano com a
Atmosfera e processos físicos
no Oceano
O ciclo hidrológico, mostrando os movimentos anuais de água através do ciclo (números a negro)
e a quantidade de água acumulada em cada reservatório (números a azul). Todas as quantidades
estão em 1015 kg (1015 kg de água  103 km3 ). (adaptado de Open Univ. Course Team, 1989)
Reservatório
Percentagem do total
Oceanos
Calotes polares e gelo
Água no solo
Rios e lagos
Atmosfera
97.96
1.64
0.36
0.04
0.001
Profundidade da esfera (m)
2685
45
10
1
0.03
A quantidade de água nos diversos
reservatórios, em termos da
percentagem do total e em termos de
profundidade se toda o conteúdo se
espalhasse pela Terra. (adaptado de
Stowe, 1979)
Porque se movem as águas do Oceano?
Energia solar
Rotação da Terra
Contribuição da energia solar:
Circulação atmosférica
ventos
Causa: aquecimento
diferencial da atmosfera
Variações de
temperatura
Variações de
salinidade
Causa: fluxos de
calor através da
interface ar-água
Causas: precipitação e evaporação; transições
de fase ar-gelo
Variações espaciais
da densidade da água
Circulação induzida
pelo vento
Circulação termohalina
Contribuição da
rotação da Terra:
Efeito da força de Coriolis, porque a Terra
curva para os pólos. Resultado: os movimentos
são deformados – para a direita no H.N. E
para a esquerda no H. S.
(a) Um projéctil lançado para Norte a
partir do equador move-se para Leste
tal omo a Terra e para Norte com a
velocidade de disparo.
(b) Trajectória do projéctil relativamente à Terra. No
tempo T1 o projéctil moveu-se para M1 e a Terra para
G1. No tempo T2 o projéctil moveu-se para M2 e a
Terra para G2. Há depleção causa pela força de
Coriolis, maior para maiores latitudes.
A roda da bicicleta não roda no Equador, mas
vai rodando no sentido dos ponteiros do relógio
relativamente à Terra, cada vez com maior
velocidade à medida que se aproxima do pólo.
As diferentes escalas na Circulação dos Oceanos
Circulação de larga escala
Exemplo da circulação de
mesoescala:
Afloramento costeiro, filamentos,
vórtices, correntes e
contracorrentes costeiras, etc.
Exemplo da circulação de pequena escala: hidrodinâmica costeira.
Ondas, correntes costeiras induzidas pelas ondas, Interacção entre o
escoamento e o fundo, pequenos vórtices, algumas ondas internas, etc.
Propriedades físicas da água do mar
água do mar
“média”
temperatura (ºC)
água pura
4
S=24.7
T=-1.33ºC
2
0
-2
0
10
20
salinidade
30
40
A temperatura de densidade máxima e o ponto de
congelação da água do mar em função da salinidade.
A densidade (escrita em sigma-t) como uma função
da temperatura e salinidade, numa gama apropriada
para todo o oceano. Note-se que 90% da água de
todo o oceano está dentro da área a tracejado.
O espectro da radiação solar
Curvas da irrandiância solar no topo da atmosfera e
na superfície do Globo. Na figura está também
representada a curva de emissão do corpo negro para
uma temperatura de 6000 K, a temperatura
aproximada do Sol.
O espectro electromagnético e em detalhe a
região visível do espectro
Sol
O Balanço de Energia do Planeta
À radiação solar incidente atribui-se 100 unidades.
Balanço da radiação à escala mensal
Rad. de pequeno c.d.o. (recebida)
Balanço da radiação (recebida-emitida)
Rad. de grande c.d.o. (emitida)
-100 -50 -25
0
25 50 100 125 150 200
Wm-2
A extinção da radiação solar em profundidade
Representação espectral simplificada
da radiação solar à superfície do
oceano e a várias profundidades.
Representação da distância que a
luz solar percorre antes de ser
atenuada em 50% como função do
c.d.o., para águas com vários
índices de turbidez. Note-se que
águas transparentes tendem a ser
azuladas e águas muito turbidas
tendem a ser amareladas.
(violeta)
(azul)
(verde)
(amarelo)
Comprimento de onda (10-3 mm)
(vermelho)
Aquecimento desigual do Planeta
....no tempo:
....no espaço:
Temperatura superficial do Oceano:
Temperatura da superfície do mar (ºC)
Varia no espaço e no tempo, seguindo um ciclo anual.
No entanto, é sempre mais elevada nas regiões equatoriais…
Diferenças entre o padrão de
Janeiro e Julho.
As grandes diferenças são observadas (azul
escuro a preto) sobre os continentes enquanto
nos oceanos raramente passam os 8-10ºC.
Nestes, as maiores diferenças são nas
latitudes médias, pois as regiões tropicais e
equatoriais são bastante
constantes.
Valor médio e gama de temperaturas
da superfícies da Terra
(a) sobre a superfície do oceano. Note-se que as
grandes diferenças ocorrem nas latitude médias.
(b) sobre os continentes e regiões geladas. Note-se que
as grandes diferenças ocorrem nas regiões polares,
em contraste com os oceanos.
Balanço de Calor do Sistema Oceano-Atmosfera
Calorias por cm2 por minuto
O excesso de energia nas baixas latitudes
tem que ser transportado para as altas
latitudes
balanço
negativo
de
energia
radiação terrestre
emitida
balanço
positivo
de
energia
Equador
radiação
solar incidente
balanço
negativo
de
energia
Em cima: as correntes oceânicas
transportam mais de metade da energia
total transportada perto do equador. Nas
latitudes mais elevadas o transporte
atmosférico excede o transporte oceânico.
Em baixo: comparação entre a energia
transportada pelos oceanos no hemisfério
Norte e hemisfério Sul.
As grandes circulações não se realizam apenas à superfície…
A circulação oceânica mais importante na
redistribuição de energia na Terra:
A Grande Correia de Transmissão
da Energia no Oceano (conveyor belt)
Distribuição da salinidade da superfície do mar
Em cima: relação entre a
evaporação e a precipitação no
oceano como função da latitude.
Em baixo: salinidade média do
oceano mundial em função da
latitude.
Valores médios da salinidade superficial do
oceano mundial.
Estrutura vertical (típica) do oceano
Em cima: Perfis verticais da temperatura
típicos para as diferentes latitudes do oceano.
A termoclina sasonal ocorre devido ao forte
aquecimento superficial do oceano durante o
Verão nas latitudes médias.
Em baixo: Sucessão de perfis de
temperatura mostrando o desenvolvimento
(linhas a cheio) e o decaimento (linhas
tracejadas) da termoclina sasonal no
hemisfério Norte.