INTERAÇÃO DE CICLONES MARÍTIMOS E VARIAÇÕES DO NÍVEL

INTERAÇÃO DE CICLONES MARÍTIMOS E VARIAÇÕES DO NÍVEL DO MAR NA COSTA:
ESTUDO DE CASOS
Ana Luiza Matos Xavier
E-mail: [email protected]
Jaci Maria Bilhalva Saraiva
Laboratório de Meteorologia FURG
Av. Itália, km 8 – Campus Carreiros – Rio Grande – RS – CEP 96201-900
E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The local effect of the pressure and the wind cause the storm surges that are associated with high-energy
waves, surf at the coast and damages to the navigation.
In the RS coast, the southwestern winds produce the raising of the mean sea level and are originated by a
cyclone on the ocean, an anticyclone on the continent or by the interaction of both, which forms a fetch. The
northeaster winds, predominant in this coast, promote negative storm surges; they are intensified by an anticyclone
on the ocean or by the interaction of it with a cyclone on the continent.
INTRODUÇÃO
Além da circulação dos oceanos, existem outros tipos de movimentos do mar mais comuns, que são os
movimentos periódicos, chamados ondas e marés. As ondas são produzidas pela ação dos ventos sobre as águas
superficiais (Turekian, 1969). As marés, assunto do trabalho aqui apresentado, de acordo com Vieira (1969), são
oscilações periódicas da superfície do mar, caracterizadas por sua universalidade e perenidade, devidas a pequenas
forças periódicas de atração luni-solar. Os principais ciclos de marés, caracterizados por elevações e abaixamentos
do mar, são de origem astronômica, sendo que a Lua desempenha o principal papel (Turekian, 1969).
As luas cheias e novas criam marés altas e correntes mais fortes. Segundo Vieira (1942), na costa sul do
Brasil verifica-se uma influência acentuada da maré diurna, mas também dos sistemas semi-diurnos do Atlântico
Sul (duas marés- alta e duas marés-baixa no decurso de um dia).
A costa do Rio Grande do Sul estende-se por cerca de 620km entre Torres e Chuí e é composta por praias
arenosas contínuas constituindo uma grande restinga (Calliari et al.,1996, citado em Bedran, 2000). Segundo
Davies (1980), citado em Carneiro (1999), a costa do Rio Grande do Sul é do tipo de micromarés, pois apresenta a
amplitude das marés astronômicas inferior a 2m, significando que, nesta área, a costa é dominada por ondas.
Apesar da maré astronômica não representar grandes influências para os processos sedimentares da região,
o aumento das condições dinâmicas do mar devido a fatores meteorológicos ampliam os efeitos das micromarés na
costa do estado (Calliari et al., 1997, citado em Bedran, 2000). Diversas causas meteorológicas influem sobre a
altura do nível médio do mar: a pressão barométrica, o vento e as cheias dos rios, contribuindo com uma proporção
anormal de água doce, no caso de estuários e bacias fechadas (Vieira, 1942).
A costa sudeste da América do Sul é afetada por sistemas atmosféricos de escala sinótica e subsinótica,
influenciados tanto por fatores associados à circulação de grande escala quanto às circulações locais (Climanálise,
1986). A costa sul do Brasil está sob influência do Anticiclone do Atlântico Sul durante todo o ano (Bedran, 2000).
A costa Atlântica da parte sul da América do Sul é caracterizada por intensa influência meteorológica sobre o
oceano, com freqüentes oscilações de baixa freqüência no nível médio do mar (Stech & Lorenzzetti, 1942;
Camargo & Harari, 1994; Castro & Lee, 1995, citados em Camargo & Harari & Caruzzo, 1999).
Villwock & Tomazelli (1985), citados em Carneiro (1999), mostram que as marés astronômicas são de
pequena amplitude e secundárias em relação às variações de nível associadas à ação dos agentes meteorológicos
(vento e pressão atmosférica).
Verifica-se, então, a ocorrência da maré meteorológica, definida como a diferença entre a maré observada e
a maré astronômica calculada para um determinado local (Pugh, 1987, citado em Caruzzo, 1999).
As duas causas da maré meteorológica são as variações da pressão atmosférica e a transferência de
momentum pelo vento para superfície do mar. Em geral, os efeitos derivados unicamente da ação da pressão
atmosférica são da ordem de 10% do efeito total, sendo o restante devido exclusivamente à tensão de cisalhamento
(atrito) do vento na superfície do oceano (Caruzzo,1999).
As flutuações de baixa freqüência do nível do mar costeiro entre 3 e 15 dias estão relacionadas aos efeitos
locais da pressão atmosférica e da tensão do vento. Estas oscilações na superfície oceânica se propagam até a costa
e são denominadas de marés meteorológicas (Truccolo & Franco, 1998).
2780
Quanto à pressão atmosférica, o efeito deste fator meteorológico na variação do nível do mar é conhecido
como “barômetro invertido”, que consiste em um decréscimo de um centímetro no nível do mar para cada milibar
aumentado na pressão atmosférica. No entanto, na prática, o efeito acima raramente ocorre como foi descrito, sendo
que as prováveis causas são as respostas dinâmicas de águas rasas da plataforma continental à movimentação do
campo de pressão atmosférica (Pugh, 1987, citado em Bedran, 2000).
O principal fator para a geração da maré meteorológica é a pista de vento, que é o tamanho da área
oceânica onde efetivamente ocorre a troca de momento entre o ar e o mar (Caruzzo, 1999).
No Rio Grande do Sul, os ventos reinantes de nordeste fazem baixar as águas e os ventos de sudoeste, pelo
contrário, elevam-nas (Vieira, 1942). A causa disto é a inclinação da costa do Rio Grande do Sul, que é de NE/SW.
A atuação destes ventos é sentida em nossa costa devido ao efeito de Coriolis, que em situações de fortes ventos de
sudoeste tende a empilhar água e quando estes são de nordeste, tende a retirar água da costa (Bedran, 2000).
A pressão atmosférica e a tensão do vento são forçantes associadas com o mesmo mecanismo atmosférico
que atua sobre a maré meteorológica: a passagem de sistemas frontais (Truccolo & Franco, 1998).
Sabe-se que as marés meteorológicas estão geralmente associadas a uma elevação da energia das ondas, o
que pode acarretar em um aumento na erosão costeira em pontos de foco estável de ondas.
Nas situações extremas de anomalias positivas do nível médio do mar é comum ocorrer ondas de superfície
com grande poder destrutivo, que podem atingir setores mais frágeis da costa, causando significativa destruição ou
erosão. Este fenômeno implica também em intrusão de água do mar em locais onde isso normalmente não ocorre,
causando grandes inundações (Caruzzo, 1999).
A maré meteorológica de uma determinada região tem extrema significância para a população que ali
reside, uma vez que afeta portos, pesca e pode causar danos a embarcações e residências próximas ao nível do mar;
daí a importância de um estudo sobre estas, pois dessa forma pode-se prevenir e evitar desastres sócio-econômicos
nos litorais.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os casos estudados no presente trabalho ocorreram em maio de 1977, entre os dias 12 e 22 (evento
positivo) e outubro de 1977, entre os dias 12 e 14 (evento negativo).
O monitoramento do nível do mar foi feito através de registros horários de elevação da superfície do mar
observados no Porto de Rio Grande (RS), na estação de número 60370, localizada em 32°07,6'S e 05°20,60'W. Os
dados foram fornecidos pela Ministério da Marinha, Diretoria de Hidrografia e Navegação, Departamento de
Documentação, sendo registrados através de um marégrafo, aparelho destinado a registrar automaticamente as
variações do nível médio do mar.
O nível médio do mar foi obtido através da média aritmética dos valores horários do período de 01/03/1977
à 28/02/1978. Assim, obteve-se a média da série, cujo valor é 151cm. Nos gráficos apresentados neste trabalho
atribui-se o valor 0 (zero) à média calculada, podendo-se, assim, verificar variações positivas e negativas em
relação à média.
A seguir, aplicou-se um filtro com janela de 48 horas à série horária das alturas de maré. Este procedimento
permite evidenciar as flutuações positivas e negativas em relação ao nível médio, a partir da remoção de oscilações
com períodos inferiores a 2 dias, mantendo-se as variações de longo período. Em todos os procedimentos citados
foi utilizado o programa Matlab.
Com relação à análise das variáveis atmosféricas, se utilizou os dados meteorológicos de reanálise do
Modelo Global do Centro Nacional de Previsão do Tempo (NCEP), cuja resolução espacial é de 210km, no horário
das 12TMG (Tempo Médio de Greenwich). A análise dos dados atmosféricos foi realizada com o programa
GRADS (Grid Analysis and Display System), através do sistema operacional UNIX.
As variáveis usadas foram vetor vento à 10m (componente zonal e meridional), divergência do vento em
1000mb, vorticidade relativa em 500mb. O vento analisado foi o de maior intensidade situado próximo ao litoral,
uma vez que a influência deste na costa é provavelmente a mais efetiva. A vorticidade relativa, bem como a
divergência do vento, foram analisadas no ciclone, quando da presença do mesmo sobre o oceano. No hemisfério
Sul, quanto mais negativa a vorticidade, mais ciclônico é o movimento. Estas duas variáveis servem para que se
possa analisar a intensidade do giro ciclônico, bem como os ventos associados a ele.
A pista de vento foi calculada com base na relação de 1° para 110km, tanto para latitude quanto para
longitude, sendo que na latitude esta é uma relação média.
No caso positivo são analisados ciclones sobre o oceano e anticiclones sobre o continente e no negativo,
ciclones sobre o continente e anticiclones sobre o oceano, salvo algumas exceções, que são devidamente mostradas.
2781
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Pelos gráficos apresentados neste trabalho, nota-se que todas as variações de pequena escala, as quais
correspondem a maré astronômica e outras possíveis interferências no nível médio do mar, são eliminadas com o
filtro de 48h, podendo-se assim analisar apenas a ação da maré meteorológica, cujos períodos de duração são
maiores que 2 dias.
A figura 1 mostra as variações de maré do mês de maio de 1977, com a curva dos dados filtrados e não
filtrados e a figura 2 representa o mesmo mês, mas somente com a curva dos dados filtrados.
Rio Grande - Maio 1977 - Dados filtrados
Rio Grande - Maio 1977 - Dados filtrados e não filtrados
60
220
200
40
180
160
20
140
120
0
100
-20
80
60
-40
40
20
-60
0
65
70
75
80
85
65
70
75
80
85
90
Dias
90
Dias
Figura 1
Figura 2
O mês de maio de 1977 tem seu máximo de elevação em 56cm acima da média, ocorrido no dia 17. O nível
do mar, para o mês em questão, mostra uma variação negativa máxima no dia 3, de -13cm. As flutuações positivas
do nível médio do mar possuem um período médio de 7,7 dias, tendo a maré mais forte apresentado duração de 14
dias.
Os dados atmosféricos para o mês de maio estão expressos na tabela abaixo, onde: A = dias do evento; B =
componente zonal do vento à 10m (m/s); C = componente meridional do vento à 10m (m/s); D = vento máximo
associado à 10m (m/s); E = localização da pista de vento; F = extensão da pista de vento (km); G = divergência do
vento em 1000mb (x10 −5 s −1 ); H = vorticidade relativa em 500mb (x10 −5 s −1 ); I = localização do ciclone; J =
localização do Anticiclone.
A
B
C
D
E
F
G
H
12
3W
3S
3 SW
-------
-------
-5
-2
13
12 W
12 S
15 SW
65°W - 55°W
50°S - 40°S
1555,6
-2,5 no
cavado
-7 no cavado
14
12 W
10 S
17 SW
3207
-5
-7
15
9W
18 S
19 SW
3207
-5
-6
16
12 W
15 S
17 SW
3111,3
-5
-5
17
6W
9S
10 SW
2267,7
-------
-------
18
14 W
10 S
11 SW
1739,2
-------
-------
-------
19
15 W
5S
18 SW
65°W - 50°W
55°S - 30°S
65°W - 50°W
60°S - 35°S
65°W - 45°W
50°S - 30°S
65°W - 60°W
55°S - 45°S
65°W - 60°W
55°S - 40°S
65°W - 60°W
55°S - 45°S
I
Cavado entre
50°W - 35°W
40°S - 35°S
Cavado entre
55°W - 45°W
60°S - 45°S
55°W - 35°W
60°S - 45°S
45°W - 25°W
60°S - 45°S
40°W - 25°W
60°S - 50°S
-------
1229,8
-4 no
cavado
-4 no cavado
20
8W
10 S
13 SW
55°W - 50°W
40°S - 35°S
777,8
-2 no
cavado
-5 no cavado
21
12 W
10 S
15 SW
65°W - 50°W
40°S - 35°S
1739,2
-5
-4
Cavado entre
65°W - 50°W
60°S - 50°S
Cavado entre
50°W - 35°W
60°S - 35°S
30°W - 20°W
35°S - 20°S
22
6W
3S
7 SW
65°W - 45°W
55°S - 40ºS
(praticamente
de oeste)
2750
-5 no
cavado
-7 no cavado
2782
Cavado entre
50°W - 30°W
60°S - 30°S
J
60°W - 50°W
35°S - 30°S
-------
55°W
20°S
------70°W - 65°W
35°S - 30°S
65°W - 55°W
35°S - 25°S
55°W - 50°W
35°S - 25°S
50°W - 45°W
30°S - 20°S
-------
65°W - 60°W
40°S - 35°S
65°W - 60°W, 40°S
- 30°S; 55°W 45°W, 30°S - 25°S
Neste mês, durante o evento positivo analisado, entre os dias 12 e 22, a componente zonal do vento varia
entre 3m/s e 15m/s oeste. A componente meridional do vento varia de 3m/s a 18m/s de sul. A intensidade do vento
máximo associado ao evento varia de 3m/s a 19m/s de quadrante sudoeste. No dia em que ocorreu a máxima
elevação do nível do mar o vento é de 10m/s sudoeste.
No primeiro dia do evento de maio não há pista de vento. Nos demais dias, a pista de vento varia sua
localização entre 65°W - 45°W e 60°S - 30°S.
A divergência do vento na superfície de 1000mb varia entre -2x10 −5 s −1 e -5x10 −5 s −1 . A vorticidade
relativa em 500mb está entre -2x10 −5 s −1 e -7x10 −5 s −1 . No primeiro dia do evento tem-se apenas um cavado, que
após dois dias origina um ciclone, o qual persiste até um dia antes da máxima elevação do nível do mar. No dia 17,
quando ocorre a máxima elevação do nível do mar, há um Anticiclone sobre o continente. No dia 22 há dois
Anticiclones sobre o continente.
Nota-se também que a elevação do nível do mar observada nos gráficos, entre os dias 23 e 25, representa
na verdade o tempo de retorno ao nível médio, mas ainda ocorrem ventos de oeste.
Os gráficos 1 e 2 representam o campo de ventos para os dias 14 e 15 respectivamente, às 12TMG. Vê-se
claramente a presença de pista de vento com ventos de quadrante sudoeste.
Gráfico 1
Gráfico 2
O mês de outubro de 1977 está representado nas figuras 3 e 4, sendo que a primeira mostra a curva dos
dados filtrados e não filtrados e a segunda, somente a curva dos dados filtrados. Observa-se um aumento máximo
do nível do mar de 10cm, no dia 9, e uma diminuição máxima de -50cm, ocorrida no dia 12. A curva deste mês
apresenta-se quase inteiramente abaixo da média, com apenas uma elevação, a qual teve duração de 4 dias.
2783
Rio Grande - Outubro 1977 - Dados filtrados e não filtrados
Rio Grande - Outubro 1977 - Dados filtrados
220
60
200
40
180
160
20
140
120
0
100
80
-20
60
-40
40
20
0
215
-60
215
220
225
230
Dias
235
240
220
225
245
230
Dias
235
240
245
Figura 3
Figura 4
A tabela a seguir apresenta os dados analisados referentes ao evento negativo do mês de outubro de 1977
analisado neste trabalho, entre os dias 12 e 14, onde: A = dias do evento; B = componente zonal do vento à 10m
(m/s); C = componente meridional do vento à 10m (m/s); D = vento máximo associado à 10m (m/s); E =
localização da pista de vento; F = extensão da pista de vento (km); G = divergência do vento em 1000mb
(x10 −5 s −1 ); H = vorticidade relativa em 500mb (x10 −5 s −1 ); I = localização do ciclone; J = localização do
Anticiclone.
A
12
B
-------
C
10 N
D
-------
E
-------
F
-------
G
-------
H
-------
I
-------
J
50°W - 40°W sobre o
oceano
13
9E
5N
10 NE
-------
-------
-------
-------
Convergência em
65° W, 38°S
14
9E
12 N
13 NE
50°W - 45°W
35°S - 25°S
1229,8
-------
-------
Convergência em 30°
S, 64° W
55°W - 40°W
45°S - 35°S sobre o
oceano
40°W - 25°W
45°S - 30°S sobre o
oceano
No evento negativo deste mês, no primeiro dia, não ocorrem ventos de leste e no segundo e no último dia
deste evento a referida componente tem intensidade de 9m/s leste. A componente meridional varia de 5m/s a 12m/s
norte. O vento máximo associado é de 10m/s norte a 13m/s nordeste, que ocorre no último dia do evento, quando
uma pista de vento está presente. Nota-se que durante os três dias de diminuição do nível do mar ocorre um
Anticiclone sobre o oceano.
É importante salientar que no primeiro dia do evento (dia 12), na costa do Rio Grande do Sul o vento era de
sudoeste. Afastado da costa, em torno do litoral de Santa Catarina, inicia a formação de uma pista de vento, com
ventos de componente leste e norte; o mesmo ocorre no dia 13. Observa-se que no último dia do evento forma-se
uma pista de vento, ocorrendo ventos de nordeste na costa do Rio Grande do Sul.
Além disso, esta maré meteorológica negativa ocorre logo após uma subida do nível do mar, como
observado na figura 4, sugerindo um atraso entre os dados de marégrafo e os dados do Modelo Global.
O gráfico abaixo representa o campo de ventos referente ao dia 14 do mês de outubro, às 12TMG.
2784
Segue-se uma breve discussão dos resultados, bem como uma comparação com os de outros autores.
Nota-se que no caso positivo de maio de 1977 há uma pista de vento durante quase todo o período da maré
meteorológica, resultando numa elevação bem significativa. Além disso, os ventos máximos associados são
intensos e a presença de ciclone sobre o oceano e Anticiclone sobre o continente é freqüente neste mês.
De acordo com Sinclair, citado em Carneiro (1999), a maior taxa de intensificação dos ciclones ocorre em
torno de 35°S - 40°S, o que parece estar relacionado ao forte gradiente de temperatura da superfície do mar (TSM).
Isto também é observado nos eventos analisados neste trabalho.
Bedran e Saraiva (2000) analisaram 20 eventos de marés meteorológicas (do inglês “storm surges”) no
período de abril de 1997 à julho de 1999 e observaram que os ventos mais intensos associados a estes eventos,
junto à costa sudoeste do Atlântico Sul, variam entre 16 e 24m/s nas direções sudoeste, sul e sudeste, sendo que em
85% dos casos o vento sudoeste influenciou o fenômeno. Observaram também que a componente meridional do
vento apresentou valores maiores que a zonal, antes e durante o fenômeno. Carneiro (1999) também observou que
o vento predominante associado aos ciclones junto ao litoral era de quadrante sudoeste e que existiu um predomínio
da componente meridional do vento junto ao ciclone. Estes resultados são similares aos do presente trabalho.
Cabe ressaltar ainda que as maiores intensidades de vento ocorrem após os picos de diminuição e aumento
do nível do mar, sugerindo um possível atraso no Modelo Atmosférico Global utilizado neste trabalho, o que
também foi observado por Bedran (2000), porém esta utilizou o Modelo Atmosférico Global Brasileiro.
Em 80% dos eventos estudados por Bedran e Saraiva houve a formação de uma pista de vento devido à
interação de um ciclone extratropical sobre o mar e um Anticiclone sobre o continente. Dos 15 eventos analisados
por Carneiro (1999), 9 deles, ou seja, 60% formaram pista de vento (do inglês “fetch”). A presença de um
Anticiclone sobre o continente e ciclone sobre o mar formando pista de vento também é observada no evento
positivo de maio de 1977, sendo de grande extensão e provocando uma elevação do nível do mar bem significativa.
No caso de diminuição do nível do mar a pista de vento ocorre apenas no último dia de evento.
Além disso, os valores de vorticidade encontrados são menos intensos quando comparados àqueles dos
trabalhos de Bedran (2000) e Carneiro (1999), ao quais utilizaram dados do Modelo Global Brasileiro, e não dados
de reanálise.
CONCLUSÃO
O mês de maio de 1977 analisado neste trabalho apresenta máxima elevação de 56cm e variação negativa
máxima de –13cm. No mês de outubro de 1977 o máximo aumento do nível do mar é de 10cm e a diminuição
máxima é de –50cm.
O maior vento associado aos eventos analisados é de 19m/s de quadrante sudoeste no caso de maré
meteorológica positiva em maio de 1977 e 13m/s nordeste no evento negativo de outubro de 1977. A vorticidade
relativa em 500mb mais significativa é de -7x10 −5 s −1 em um cavado no evento positivo de maio de 1977. A menor
divergência em 1000mb encontrada é de -5x10 −5 s −1 e ocorre em um cavado no evento positivo de maio de 1977.
Comparando-se evento positivo e negativo percebe-se que o negativo é provocado por ventos de menor
intensidade do que o positivo, além de formar pista de vento com menor freqüência e de menor tamanho
meridional. Outro aspecto observado é que o caso positivo tem maior período.
Nota-se também que o vento predominante junto ao litoral do Rio Grande do Sul com a passagem de
ciclones marítimos é de quadrante sudoeste. O vento nordeste, que condiciona os eventos negativos, é considerado
o principal vento que atua no estado, e pode ser intensificado por um Anticiclone no mar ou pela sua ação em
conjunto com um ciclone no continente, gerando ventos que retiram água da costa, devido ao transporte de Ekman.
A pista de vento ocorre com maior significância no evento positivo de maio de 1977. Dependendo da
direção, intensidade, tempo de atuação e largura da pista de vento tem-se, então, diferentes efeitos na maré na costa
do Rio Grande do Sul, devido a sua inclinação que é de NE/SW. Além disso, a costa do Rio Grande do Sul possui
uma configuração praticamente retilínea, que lhe confere, dentro dos aspectos dinâmicos, um caráter bem aberto e
exposto à ação de ondas de energia média a elevada (Tomazelli & Villwock, 1992, citado em Bedran, 2000).
Vê-se então que os ventos são os principais responsáveis pela dinâmica costeira, pois além de serem a
causa das ondas e correntes litorâneas que modelam as zonas costeiras, também promovem o transporte eólico da
areia seca da praia para as dunas e destas para as zonas mais interiores (Nimer,1990, citado em Thompson, 1999).
Também são eles os principais responsáveis pelas marés meteorológicas, que geram ressacas na costa e causam
prejuízos à toda população.
2785
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Sul. Trabalho submetido ao Simpósio Brasileiro sobre Praias Arenosas: Morfodinâmica, Ecologia, Usos,
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CARNEIRO, C. T. Monitoramento de ciclones extratropicais no Oceano Atlântico Sudoeste. Rio Grande, 1999
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