Modelagem numérica aplicada ao estudo da interação entre ondas de superfície e montes submarinos na região nordeste do Brasil

Abstract

O desenvolvimento dos modelos de ondas de terceira geração, os quais se baseiam na evolução do espectro de ondas, e o advento de computadores com maior capacidade de processamento fizeram com que a modelagem numérica de ondas fosse mais frequentemente utilizada a partir da década de 80. Um dos modelos mais utilizados para reproduzir a propagação de ondas, principalmente em águas intermediárias e rasas, é o Simulating WAves Nearshore (SWAN). O SWAN baseia-se na equação do balanço energético assim como outros modelos de terceira geração. Diversos trabalhos utilizando o SWAN foram conduzidos no Brasil e buscaram reproduzir a propagação de ondas em ambientes como lagos, lagunas, praias em embaíamentos e praias oceânicas. No presente trabalho, a utilização do SWAN se dá em escala regional para buscar compreender o processo de interação entre ondas de superfície e montes submarinos localizados na região Nordeste do Brasil. Os montes submarinos na área de estudo são conhecidos como Montes do Ceará ou Bancos Submarinos do Ceará. Essas estruturas de origem vulcânica chegam a profundidades bastante próximas da superfície do mar (entre 20 e 60m) e interferem nas ondulações que ali se propagam. Foi encontrado que nos flancos dos montes submarinos, onde o início da interação ocorre, há uma diminuição na altura significativa, enquanto que nas porções mais rasas dos montes um aumento na altura significativa foi o principal resultado. A direção de propagação dos trens de ondas também é alterada, havendo uma convergência (refração) para as porções mais rasas dos montes submarinos. Esses padrões principais foram observados em todos os casos simulados onde a interação ocorre, sendo que para cada monte submarino há um período de onda mínimo necessário, o qual depende também da profundidade mínima de cada monte, para que os montes tenham algum efeito na propagação das ondas. Além disso, o contexto geológico da área faz com que ondulações sejam alteradas por dois ou até mesmo três montes submarinos, dependendo principalmente da direção e do período de pico das ondas que ali chegam.

The development of third-generation wave models, which are based on the wave spectrum evolution, and the advent of computers with greater processing power have made numerical wave modelling more frequent since the 1980s. One of the wave models more frequently used to reproduce wave propagation, especially in intermediate and shallow waters, is the Simulating WAves Nearshore (SWAN). SWAN is based on the energy balance equation as well as other third-generation wave models. Several studies using SWAN have been conducted in Brazil and sought to reproduce wave propagation in environments such as lakes, lagoons, embayed beaches, and oceanic beaches. In the present work, SWAN is used on a regional scale to investigate the interaction between ocean surface waves and seamounts located in Northeast Brazil. The seamounts in the study area are known as Ceará Seamounts or Submarine Banks of Ceará. These underwater features of volcanic origin reach depths very close to the surface of the sea (between 20 and 60m) and interact with the local waves. It was found that on the flanks of the seamounts, where the interaction starts, a diminution in significant wave height occurs, whereas over the shallowest portions of the seamounts an increase in wave height was the most important observed result. The propagation direction of the wave trains is also changed, with a convergence (refraction) to the shallowest parts of the seamounts. The most important patterns mentioned have been observed in the simulations in which the interaction occurs, and for each seamount there is a minimum wave period necessary, which also depends on the minimum depth of each seamount, in order for the interaction to happen. Furthermore, the geological setting of the study area makes possible for the waves to be altered for two or even three seamounts as they propagate in the area, depending mainly on the direction and period of the incoming waves.