correntes de maré

ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS
1º CICLO EM CIÊNCIAS DO MAR
MARÉS
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
R
M1
M2
F = G M1 m
R2
Força sentida por uma partícula
de massa m a uma distância r
do centro de uma esfera com
massa M1
G = 6,67428x10-11 m3 kg-1 s-2 – constante de gravitação
universal ou gravitacional
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
As marés são ondas de águas pouco profundas, geradas pela combinação das forças
gravitacionais exercidas pela Lua e pelo Sol sobre os oceanos e das forças centrífugas
geradas na rotação da Terra em torno do centro de massa comum ao sistema Terra-Lua-Sol.
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
Forças responsáveis pela maré: a força centrífuga tem a mesma intensidade e
direcção em todos os pontos; a força gravitacional da Lua sobre a Terra varia em
magnitude, inversamente ao quadrado da distância e em direcção; a força geradora
da maré em qualquer ponto é a resultante das forças gravitacional e centrífuga nesse
ponto e varia inversamente ao cubo da distância à Lua.
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
A componente horizontal da força geradora das marés
é a força de tracção que é responsável pelo
movimento da água. Esta força só é contrariada pela
força devido ao atrito nas fronteiras sólidas (no fundo).
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
Relação entre o dia solar de 24 horas e o dia lunar de 24 horas e 50
minutos, observado por cima do Pólo Norte terrestre: o ponto X na
superfície da Terra, com a Lua por cima, volta à sua posição inicial
24 horas depois; entretanto a Lua moveu-se na sua órbita em torno
da Terra (T=27,3 dias), de tal maneira que o ponto X terá que rodar
durante mais 50 minutos para estar novamente por baixo da Lua.
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
Sistema Terra-Lua
Sistema Terra-Lua-Sol
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
Variação diária da maré;
dia lunar, 24h50m
Variação mensal da maré;
mês lunar, 27,2 dias
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
A órbita da Lua faz um ângulo de 28º com o Equador terrestre. A declinação da Lua varia durante
um ciclo de 27.2 dias. Na declinação máxima de 28º, a Lua está aproximadamente por cima dos
Trópicos (23º 27’ de latitude), a variação diurna da altura de maré cheia é máxima - marés
tropicais; na declinação mínima, 0º, quando a Lua está por cima do Equador, não há variação
diurna da altura de maré cheia - marés equatoriais.
A órbita elíptica da Lua em torno da Terra é responsável por 20% da variação da força geradora
das marés em torno do valor médio.
Geração de marés desiguais nas latitudes médias - marés tropicais - devido
à declinação da Lua (declinação máxima igual a 28º): um observador em Y
experimentaria uma altura máxima de maré superior à experimentada pelo
observador em X; 12h 25m depois as suas posições invertem-se.
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
A variação anual da declinação do Sol ( ± 23º 27’) também produz marés desiguais ao longo
do dia e que variam em amplitude devido à órbita elíptica da Terra em torno do Sol. A força
exercida pelo Sol é cerca de 46% da força da Lua. O ciclo completo de interacção entre as
marés solar e lunar demora 29.5 dias e inclui duas marés mortas e duas marés vivas.
Interacção entre as marés lunar e solar:
(a) Lua Nova; Sol e Lua em conjunção (sizígia); marés
vivas;
(b) Quarto Crescente; Lua em quadratura; marés mortas;
(c) Lua Cheia; Sol e Lua em oposição (sizígia); marés
vivas;
(d) Quarto Minguante; Lua em quadratura; marés mortas.
DESENVOLVIMENTO DAS MARÉS
Interacção entre as marés lunar e solar
HARMÓNICAS DA MARÉ
A maré é a sobreposição de diversas componentes, as marés parciais ou
harmónicas, cada uma correspondendo ao período de um movimento
astronómico particular envolvendo a Terra, o Sol ou a Lua.
Algumas das componentes principais da maré; estão identificadas mais de 400 componentes de
maré
TIPOS DE MARÉS
Exemplos de diferentes tipos de curvas de maré, em
Inglaterra, nos Estados Unidos, nas Filipinas e no
Vietnam.
Características da maré em cinco estações, mostrando
regimes diferentes: diurna, mista, semi-diurna com
modulação forte de marés vivas-marés mortas no
Oceano Índico, semi-diurna com modulação do tempo
atmosférico no Oceano Atlântico Norte e com
distorções acentuadas em águas pouco profundas.
TIPOS DE MARÉS
Semidiurnal tides
Diurnal tides
Mixed tides
Most of
the world’s
ocean
coasts
have
semidiurnal
tides.
d
(ft)
14
10
6
4
0
–4
Mixed tide, Los Angeles
Diurnal tide, Mobile, Alabama Semidiurnal tide, Cape
Cod
Higher high tide
High tide
Lower high tide
High tide
Lower
low tide
Higher low
tide
(m)
4
3
2
1
0
–1
Low tide
Low tide
0 612 18 24 30 36 42 48
0 6 12 18 24 30 36 42 48 0 6 12 18 24 30 36 42 48
a
Time (hr)
b
Time (hr)
c
Time (hr)
SISTEMAS ANFIDRÓMICOS E PROPAGAÇÃO DA MARÉ
A força de Coriolis e os constrangimentos introduzidos pelas massas continentais
combinam-se e impõem sistemas anfidrómicos às marés. As cristas de maré alta circulam
em torno dos pontos anfidrómicos que não sofrem variação de nível. A altura da maré
aumenta com a distância relativamente aos pontos anfidrómicos.
Desenvolvimento de um sistema anfidrómico
numa bacia no Hemisfério Norte:
(a) enchente da maré; a água é desviada para a
direita pela força de Coriolis, ou seja, para a
margem leste;
(b) vazante da maré; a água em retorno é
desviada para a direita pela força de Coriolis, ou
seja, para a margem oeste;
(c) estabelecimento de um sistema anfidrómico;
(d) a onda de maré propaga-se no sentido directo.
SISTEMAS ANFIDRÓMICOS E PROPAGAÇÃO DA MARÉ
(a) Quando a rotação da Terra não exerce grande
influência, a onda de maré é uma onda
estacionária com um nodo no centro da bacia; há
movimento horizontal de vai-vem no nodo e
vertical nos extremos; exemplos: marés cooscilantes em pequenas baías; bacias compridas
e estreitas, como os canais e lagos estreitos onde
a água se pode mover ao longo do eixo da bacia
mas não perpendicularmente a ele.
(b) Se a bacia tem dimensões comparáveis em
ambas as direcções horizontais e o efeito da
rotação da Terra é importante, o nodo reduz-se a
um ponto no centro da bacia, designado por
ponto anfidrómico; a onda de maré roda em
torno do ponto anfidrómico, no sentido directo
no Hemisfério Norte e no sentido retrógrado
(sentido horário) no Hemisfério Sul; só não há
movimento vertical no ponto anfidrómico.
SISTEMAS ANFIDRÓMICOS E PROPAGAÇÃO DA MARÉ
Oscilação numa bacia fechada,
sem rotação (Hemisfério Norte).
Oscilação numa bacia fechada,
com rotação (Hemisfério Norte).
SISTEMAS ANFIDRÓMICOS E PROPAGAÇÃO DA MARÉ
Os sistemas anfidrómicos confinados representam um tipo de onda de Kelvin em que a força
restauradora (gravidade) é reforçada por forças geradas pelo empilhamento de águas contra a costa
– força do gradiente de pressão. As ondas de Kelvin ocorrem tanto em zonas onde o desvio pela
força de Coriolis é constrangido como em zonas onde não existe, como no Equador. Como a força
de Coriolis actua cum sole, as ondas de Kelvin sobre o Equador propagam-se apenas para leste.
Representação esquemática de uma onda de Kelvin:
(a) perspectiva isométrica;
(b) plano horizontal, com representação das linhas
co-mareais, ou de igual fase da maré e das linhas de
igual gama de amplitudes da maré.
SISTEMAS ANFIDRÓMICOS E PROPAGAÇÃO DA MARÉ
Sistemas anfidrómicos no Mar do Norte: linhas de
igual gama de amplitudes a azul e linhas co-mareais
a vermelho. Os números nas linhas co-mareais
indicam a ‘hora lunar’ (1/24 de um dia lunar de 24.8
horas≈1h 2m) após a passagem da Lua pelo
meridiano de Greenwich.
Diagrama com a representação dos resultados de um
modelo numérico para simulação das marés no
Oceano Atlântico Nordeste. Os valores nas linhas
co-mareais indicam a fase da maré em graus e os
valores nas linhas de igual gama de amplitudes
indicam a altura da maré em cm.
SISTEMAS ANFIDRÓMICOS E PROPAGAÇÃO DA MARÉ
Evolução da elevação da superfície do mar (m) ao longo de um dia gerada pelo
modelo de marés TPXO6.
Altura da maré
Classificação do regime de maré em função da gama de alturas local:
• micro-maré (microtidal) - amplitude inferior a 1-2 metros;
• meso-maré (mesotidal) - amplitude entre 1-2 e 4 metros;
• macro-maré (macrotidal) - amplitude superior a 4 metros.
Maré teórica e Maré real
Série temporal do nível do mar em Faro (Agosto-Setembro de 1984): série original a preto;
série filtrada com remoção do sinal da maré a vermelho.
Marés em estuários
Macaréu (bore) em River Dee, Chester, England
Macaréu em Qiantang River, Hangzhou, China
Correntes de maré
A elevação e o abaixamento da maré produz também movimentos horizontais, as
correntes de maré, cuja intensidade e direcção é influenciada pela geometria das
bacias e pelos constrangimentos impostos pelas massas continentais.
• Bacias abertas – corrente de rotação: uma partícula de água segue o percurso
aproximado de uma elipse durante um ciclo de maré completo (Fig. (a)); na
aproximação à linha de costa, o eixo maior da elipse torna-se mais ou menos paralelo
à costa ⇒ as correntes de maré são predominantemente paralelas à costa.
• Meios semi-confinados – Corrente alternada;
aceleração e velocidades importantes em
sentidos alternados (Fig. (b)).
(a) Percurso elíptico das partículas de água
numa corrente de maré durante um ciclo de
maré completo. Os números referem-se a
horas lunares (62 minutos) medidas a partir
de um instante inicial arbitrário do ciclo.
(b) Série de perfis verticais de corrente de
maré, mostrando o atraso das correntes junto
ao fundo do mar. Os números referem-se a
horas lunares após um instante inicial
arbitrário, apenas para metade do ciclo.
Correntes de maré
Geralmente, com a aproximação à costa as correntes de maré intensificam-se e são cada
vez mais importantes para a circulação local; exemplos:
• em estuários parcialmente misturados as correntes de maré são pelo menos dez vezes
superiores às correntes com outra origem;
• em oceano aberto as correntes de maré podem ser da ordem de 0,02 – 0,05 m/s mas há
evidências fortes de correntes intermitentes, com o período da maré, diversas vezes
superiores ⇒ pensa-se que estão associadas a ondas internas com o periodo da maré.
As correntes de maré tendem a aumentar com a diminuição da profundidade. A
velocidade horizontal máxima de uma partícula numa onda em águas pouco profundas é
a
u=C
d
e como C = gd, então
g
u=a
d
Assim, mesmo que a amplitude da onda, a, seja constante, a corrente de maré aumenta
com a diminuição da profundidade mas pode haver excepções em regiões de topografia
do fundo complexa.
Correntes de maré
Correntes de maré mais intensas do que o normal ocorrem em áreas em que o período
natural da bacia está próximo do período da maré, de tal forma que a força geradora da
maré dá origem a uma onda estacionária com o período da maré ⇒ exemplo: Fundy
Bay (costa leste do Canadá).
Movimento da onda numa maré de co-oscilação. O oceano força uma corrente
de maré na ligação com o mar marginal (ou interior) ou baía onde a altura da
maré não excede valores típicos para condições oceânicas. A altura da maré
aumenta com a distância ao oceano aberto.
Corrente da maré
Estofa da maré - curto período em que a maré atinge um extremo e inverte o seu sentido;
neste período não ocorre qualquer alteração do nível da superfície da água e a intensidade
da corrente da maré atinge o valor zero ⇒ estofa de enchente e estofa de vazante.
Variação temporal da altura da maré e das correspondentes
correntes de maré, com indicação das estofas de maré.
HSW - estofa de enchente
LSW - estofa de vazantente
BIBLIOGRAFIA