Núcleo de Apoio à Pesquisa – MUDANÇAS CLIMÁTICAS

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Impactos de Mudanças Climáticas no Atlântico Sul sobre a física, biologia e ciclos biogeoquímicos da plataforma continental e regiões costeiras do Sul e Sudeste do Brasil

Estudos relacionados com o aquecimento global e o consequente recuo da cobertura de gelo marinho (e.g.: Knorr e Lohmann, 2003) sugerem que um aquecimento gradual do Oceano Austral poderia induzir uma intensificação abrupta da circulação termohalina no Atlântico. Essa intensificação seria deflagrada pelo aumento do transporte de massa para o Atlântico Sul através das rotas “quente" (águas do Oceano Índico) e “fria" (águas do Pacífico). Mais recentemente, Steigl et al. (2009) confirmam um aumento significativo na temperatura do continente Antártico. É bastante provável que esse aquecimento seja seguido por derretimento de gelo e, consequentemente, mudanças na contribuição da “rota fria" para a Célula de Revolvimento meridional do Atlântico (CRM).

Na “rota quente", estudos realizados por Biastoch et al. (2008a, 2008b, 2009) mostram que o importe de águas do Oceano Índico através dos anéis e filamentos na região de retroflexão da Corrente das Agulhas (processo comumente referido como o “vazamento das Agulhas") tem aumentado durante as últimas décadas, em decorrência do deslocamento para sul dos ventos de oeste sobre o Atlântico Sul. Com base em medidas históricas e resultados de experimentos numéricos, Biastoch et al. (2009), mostram que essas águas adicionais do Índico estão contribuindo para o fortalecimento do giro subtropical do Atlântico Sul. Essas alterações no giro subtropical tem sido confirmadas por vários outros estudos (Lumpkin e Garzoli, 2011; Curry e Mauritzen, 2005; Sato e Polito, 2008; Campos, 2010).

A Hipótese Científica Geral

Considerando-se a forte conexão entre as condições ambientais das zonas costeiras e as circulações do oceano e da atmosfera em grande escala, é de esperar que um Atlântico Sul alterado irá implicar em sérios impactos no clima, na biologia e nos processos biogeoquímicos em uma vasta extensão da zona costeira do Brasil, tanto oceânica quanto continental.

Objetivo

A meta principal é entender e quantificar mudanças na circulação do Atlântico Sul, decorrentes de alterações da circulação atmosférica, e os consequentes impactos dessas mudanças sobre processos costeiros e sobre o clima regional.

Metodologia

Esta investigação será realizada através da análise de dados disponíveis, incluindo dados de satélite, do desenvolvimento e instalação de plataformas observacionais, físicas e derivantes, para a coleta de informações oceânico-atmosféricas, da realização de cruzeiros oceanográficos regulares, e de experimentos com diversos modelos numéricos.

Observações

A parte observacional in situ deste projeto será conduzida primariamente na Bacia de Santos, em cooperação com as atividades sendo desenvolvidas no contexto do Subprojeto Oceano, do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Mudanças Climáticas (INCT-MC). Esse subprojeto Oceano do INCT-MC tem como objetivo central o desenvolvimento e fundeamento de uma boia meteo-oceanográfica ao largo do litoral brasileiro, em aproximadamente 28°S, 42°W. Aproveitando o programa de manutenção da boia do INCT-MC, no presente projeto propõe-se a realização de dois cruzeiros sazonais, por ano, ao longo da radial entre Santos e a localização da boia, assim como o fundeamento de um sistema de sensores para investigar como possíveis mudanças climáticas estarão afetando processos físicos e a intensidade da bomba biológica na região. Para tanto, propõe-se o fundeamento de uma rede de linhas de correntômetros e de armadilhas de sedimento, para avaliar a bomba biológica na zona de transição entre a plataforma continental e o oceano profundo.

Paralelamente ao esforço de observações in situ, dados sendo coletados por diversos programas de sensoriamento remoto, nacionais e internacionais, serão obtidos, catalogados e armazenados para o desenvolvimento de estudos relacionados a possíveis impactos de mudanças climáticas na física e biologia do SOAS.

Modelagem Numérica

Para o estudo de possíveis impactos de mudanças no clima sobre processos físicos, químicos e biológicos na região oceânica adjacente ao território brasileiro, será adotada uma hierarquia de modelos, partindo da escala global até escalas costeiras e estuarinas. Esses trabalhos serão realizados utilizando o sistema de Computação de Alto Desempenho (CAD) do LABMON, assim como do sistema de Supercomputação da Rede Clima, CPTEC e INPE. Essa abordagem será dividida em três partes: Modelagem de Larga Escala; Modelagem Regional; e Modelagem Costeira e Estuarina.

Para responder questões sobre os impactos das mudanças climáticas na precipitação do SOAS é necessário entender a evolução dos modos dominantes de variabilidade de TSM no Pacífico e no Atlântico e as interações acopladas com a circulação atmosférica. No contexto da modelagem numérica, isso requer um modelo acoplado oceano-atmosfera capaz de simular suficientemente bem os modos de variabilidade de TSM dessas duas regiões oceânicas. O modelo acoplado MICOM- SPEEDY (Hazeleger et al., 2003) será utilizado em pesquisas dos processos de interação oceano atmosfera e na investigação de possíveis mudanças no clima continental brasileiro.

A modelagem oceânica em grande escala será realizada com uma implementação para toda a bacia do oceano Atlântico e Índico do modelo de Coordenada Híbridas HYCOM (Halliwell et al, 2998; Bleck, 2002). Esse modelo, já em uso no LABMON, será executado em “modo datado", isto é, utilizando como forçantes os produtos da reanálise do NCEP desde 1948. O foco principal dessa investigação numérica será procurar identificar tendências na circulação e outras propriedades físicas nas camadas superiores do Atlântico Sul e procurar por correlações com modificações já detectadas nos forçantes atmosféricos.

Dois modelos numéricos serão utilizados para estudos regionais: o HYCOM e o ROMS (Regional Ocean Modeling System). A estratégia a ser seguida será baseada em experiência já em curso no LABMON, na qual versões regionais de alta resolução dos modelos são “aninhadas" na versão de larga escala (HYCOM), de tal maneira a se transferir a física da grande escala para regiões menores, com maior.

A investigação numérica de impactos de mudanças climáticas em regiões da plataforma continental e estuarinas, ao longo do litoral brasileiro, será realizada com a implementação e uso de diferentes plataformas de modelagem numérica que incluem o ROMS e o COHERENS (Luyten et al., 1999), este também já sendo utilizado no LABMON, em cooperação com o Dr. Patrick Luyten, do MUMM. Além do ROMS e do COHERENS, serão também utilizados modelos físico-biológicos baseados no indivíduo (Individual Based Models - IBMs), modelos de onda e modelos biogeoquímicos.

Produtos Esperados

Além do fortalecimento da cooperação e sinergismo entre os vários grupos participantes, três importantes produtos serão gerados pelas atividades propostas neste subprojeto: (i) Séries de tempo inéditas de variáveis meteo-oceanográficas em região altamente sensível aos efeitos do aquecimento global; (ii) a sistematização de uma hierarquia de modelos numéricos específicos para o estudo do clima regional; (iii) estabelecimento de um sistema auxiliar na previsão de eventos extremos no sudoeste do Atlântico Sul; e (iv) a formação e o treinamento de pessoal em áreas ainda carentes no país.