Um estudo sobre modelagem de ondas oceânicas no atlântico sudoeste e uma representação espaço-temporal uniforme de dados de satélite

Abstract

Ondas oceânicas são perturbações ocasionadas na superfície dos oceanos e são uma das fontes energéticas mais importantes para a modelagem da geometria das costas em todo o mundo constituindo-se um fator de risco às obras costeiras e operações em mar aberto. Este trabalho utilizou dados do modelo WAVEWATCH III (WW3) entre 2001 a 2009 como ferramenta para a obtenção de aspectos importantes em uma determinada região do Atlântico Sul que é vulnerável ao impacto de eventos extremos, ocasionados por ciclones extratropicais. Pelo fato de serem os principais controladores de padrões climáticos, causarem extremas mudanças no tempo e das maiores alturas de ondas serem geradas em sua região de influência, estes fenômenos meteorológicos são de grande importância para o estudo de ondas oceânicas e suas ações em regiões costeiras assim como também é importante conhecer sua origem, formação e trajetória. Com os dados das componentes U e V do vento provenientes do modelo foram calculadas as trajetórias dos ciclones extratropicais baseados na vorticidade relativa de seu centro. Ao todo, 28 eventos foram analisados dentro deste período. Estas foram classificadas com base em suas trajetórias em três padrões, o Padrão III é o mais comum (41,4%), com uma maior incidência de eventos que aparecem em maio. Os maiores valores de altura máxima e média foram gerados no outono e inverno, com uma maior incidência também em maio. O evento de maio de 2001 apresentou a ocorrência simultânea de dois ciclones causando danos à linha de costa em várias cidades. Os valores de altura de onda e intensidade do vento deste evento se mostraram superiores aos demais. Dados do satélite ENVISAT, obtidos por um sensor ASAR, foram comparados com os dados do modelo WW3 para o ano de 2007 Para comparar os dados de satélite com os dados de modelo foram utilizados dois algorítimos para uma representação espaço-temporal mais realista possível. Utilizando parâmetros estatísticos como viés, e índice de espalhamento a altura de swell foi analisada. Os dados de satélite mostraram uma grande uniformidade espacial comparados com os dados do modelo. Subestimação da altura de swell pelo modelo nos trópicos e em regiões específicas são encontradas em altas latitudes. Com o intuito de verificar e comparar os parâmetros de comportamento de ondas próximas de regiões costeiras, foi realizado um estudo de 6 eventos, 3 localizados na região sul, e mais 3 no nordeste do Brasil entre 2002 e 2009, priorizando eventos onde o swell era dominante. Estes eventos foram selecionados com base no intervalo no qual o satélite (ENVISAT) mede o comprimento de onda para uma comparação mais realista. Dados do modelo WW3 e do satélite foram utilizados como condições de fronteira para o modelo SWAN. Para cada evento as duas simulações foram comparadas com base no tempo e espaço e também para pontos específicos localizados em águas rasas e profundas. Observou-se que houve uma excelente correlação, evidenciada pelo coeficiente de Pearson, entre as duas simulações nas duas regiões estudadas, principalmente na análise espacial e temporal. Em águas rasas e profundas maior correlação é observada no sul. Constatou-se também que o período de pico Tp para a simulação com dados do WW3, é subestimado em relação à simulação com dados do satélite em todos os eventos. Os resultados mostram que houve uma grande coerência entre as duas simulações com valores de coeficiente de Pearson acima de 0.8. Embora o Tp aponte maior disparidade entre as duas simulações, a tendência da série histórica provou ser consistente em ambos os dados simulados; com o WW3 e com o satélite.

Ocean waves are caused disturbances on the surface of the oceans and they are one of the most important energy sources for modeling the geometry of the coasts around the world and constituting a hazard to coastal works and offshore operations. This study used the WAVEWATCH III (WW3) model data from 2001 to 2009 as a tool to obtain important aspects in a particular South Atlantic region that is vulnerable to the impact of extreme events caused by tropical cyclones. Because they are the main weather patterns drivers, causing extreme changes in weather and greater heights of waves being generated in its area of influence, these meteorological phenomena are of great importance for the study of ocean waves and their actions in coastal regions and it is also important to know your origin, development and trajetory. With wind components U and V from the model trajectories of extratropical cyclones were calculated based on relative vorticity from its center. Altogether, 28 events were analyzed within this period. These were classified based on their trajectories in three patterns, the pattern III is the most common (41.4%), with a higher incidence of events that appear in May. The highest maximum and average height values were generated in the fall and winter, with a higher incidence also in May. The event of May 2001 featured the simultaneous occurrence of two cyclones causing damage to the coastline in several cities. The wave height and wind speed values of the event were higher than the others. ENVISAT satellite data obtained by a ASAR sensor, were compared with the WW3 model data for the year 2007. To compare the satellite data with the model data two algorithms were used to provide a space-time representation as realistic as posssible Using statistical parameters such as bias and scattering index the swell height was analyzed. Satellite data showed a great spatial uniformity compared with model data. Underestimation of swell height by the model in the tropics and at specific regions high latitudes are found. In order to verify and compare the wave behavior near coastal regions, a study of six events was conducted, three located in the southern region, and three more in northeastern Brazil between 2002 and 2009, prioritizing events where swell was dominant. For a more realistic comparison these events were selected based on the range in which the satellite (ENVISAT) measures the wavelength. WW3 model data and the satellite were used as boundary conditions for the SWAN model. The two simulations were compared based on time and space and also to specific points located in shallow and deep water, for each event. It was observed that there was an excellent correlation shown by the Pearson correlation coefficient between the two simulations studied in both regions, particularly in the temporal and spatial analysis. In shallow and deep water highest correlation is observed in the south. It was also found that the peak period Tp for simulation WW3 data is underestimated in relation to simulation with satellite data on all events. The results show that there was a great coherence between the two simulations with Pearson coefficient values above 0.8. Although Tp points out greater disparity between the two simulations, the trend of the series proved to be consistent in both simulated data.