Loading...
Publication
Eddies of the Cape Verde Archipelago
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 14.5 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
The characterisation of the mesoscale eddy field within and around the Cape Verde Archipelago is presented. Special attention is regarded towards the far-field (incoming) and the near-field (island-induced) eddies, along with the mechanisms and processes influencing their generation and evolution. Consequent implications in the local biological primary production (Island Mass Effect, or IME) are also assessed. This is achieved by combining remote-sensing satellite observations for wind, ocean surface currents, ocean surface topography, clorophyll a surface concentrations and sea surface temperature. Results show that the interaction between far-field eddies and the archipelago is a recurrent phenomenon, which results in eddy transformation, eddy termination, eddy splitting, and eddy deflection. Local island-induced disturbances are also significant, mainly by atmospheric effects. Such processes result in the generation and confinement of mesoscale eddies, more often observed in the leeward group. However, the distinction between island-induced and far-field processes is hindered by the complex interaction between both fields. Thus, it is strongly suggested that many of the near-field eddies are a direct product or a by-product of such interaction. This is even more obvious in the assessment of the IME. Far-field eddies are often associated with enhanced Clha concentrations. However, nutrient-injection by island-induced cyclonic eddies also gives rise to phytoplankton blooms. As the remote and island-driven biological enhancement are remarkably intertwined, such observations challenge the idea that local biological productivity in deep oceanic islands are exclusively driven by island-induced mechanisms.
O arquipélago de Cabo Verde é um sistema de oceano profundo constituído por 10 ilhas, localizado no Oceano Atlântico Nordeste a ~600 km da costa ocidental Africana. O arquipélago divide-se em dois grupos principais: as ilhas de Barlavento, são aquelas localizadas mais a norte; e as ilhas de Sotavento, localizadas mais a sul. Esta região é caracterizada por um sistema oceânico altamente dinâmico, em que as correntes de superfície são regidas pelo deslocamento sazonal da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Para além disso, a costa ocidental Africana é caracterizada como uma das áreas biologicamente mais produtivas do mundo, como consequência do afloramento costeiro, que por sua vez segue o mesmo comportamento sazonal atmosférico. A interação destes dois sistemas faz com que o arquipélago esteja consideravelmente exposto a processos remotos, que não são gerados no arquipélago, mas ainda assim podem ter implicações na oceanografia local. Embora estes processos tenham sido extensivamente estudados no passado, a integração do arquipélago no contexto regional foi raramente alcançada. O arquipélago pode também induzir perturbações no ambiente, principalmente pelo efeito de barreira na circulação atmosférica provocado pela topografia de alta altitude. Consequentemente, estas perturbações podem provocar processos oceânicos localizados, muitas vezes na forma de vórtices oceânicos – conhecidos na gíria cientifica como eddies. Por sua vez, estes eddies são conhecidos por induzir impactos a nível biológico, sendo até responsáveis por impulsionar a produtividade primária local. Este fenómeno tem como designação “Efeito de Massa de Ilha”. A geração de eddies induzidos pelas ilhas e consequente impacto biológico têm sido cada vez mais alvo de estudo um pouco por todo o mundo, principalmente no Havai, na Ilha da Madeira e nas Canárias. Curiosamente, estas ilhas partilham muitas das características que são favoráveis para a ocorrência deste fenómeno com o arquipélago de Cabo Verde. No entanto, e tendo em conta o conhecimento existente sobre Cabo Verde, o acontecimento de tais processos tem sido visto apenas como especulativo. É também extremamente importante notar que os eddies de campo distante – aqueles que são criados fora da área de Cabo Verde, mas que intersectam esta mesma área durante o seu tempo de vida – podem ter implicações significativas na geração de eddies de campo próximo – aqueles que são criados dentro da área do arquipélago – (supostamente) induzidos pelas ilhas. Porém, tal interação nunca foi tomada em consideração em estudos desta natureza. Posto isto, duas hipóteses são propostas para o presente estudo: podem os eddies de campo distante ter implicações nos processos físicos e biológicos de ilhas oceânicas, que até à data foram negligenciados? E, se for o caso, de que forma podem as ilhas impactar estes eddies de campo distante? De modo a responder a estas perguntas, a caracterização do campo de eddies ao redor e na área de Cabo Verde é apresentado, dando especial atenção aos eddies de campo distante e aos eddies de campo próximo. Para tal, foram utilizados vários parâmetros ambientais, tais como o vento, correntes oceânicas de superfície, topografia da superfície do oceano, concentrações de superfície de clorofila a (Chla), e temperatura da superfície do oceano. Estes dados foram medidos por deteção remota, a partir de sensores a bordo de vários satélites, que são de acesso livre. Após a sua obtenção, os dados foram processados a partir de scripts desenvolvidos no MatLab. Tendo em conta a natureza exploratória do estudo, foi primeiro realizada uma análise preliminar com o objetivo de determinar processos regionais que possam ter um impacto direto no arquipélago, e assim delinear o seguimento das análises a serem realizadas, assim como a estrutura do trabalho. Subsequentemente, foi adotado um procedimento mais detalhado, de modo a evidenciar os mecanismos e processos a uma escala local. Para além da classificação dos eddies de acordo com a origem, foi também designada uma classificação com base no tempo de vida, em que: eddies de curta vida são aqueles que não ultrapassam os 30 dias; eddies de média vida são aqueles que não ultrapassam os 60 dias; e eddies de longa vida são aqueles que ultrapassam os 60 dias. De acordo com o conhecimento existente, os resultados demonstraram consistentemente que o arquipélago se enquadra numa região oceânica extremamente complexa, altamente influenciada pela dinâmica atmosférica induzida pelo comportamento sazonal da ZCIT. Como esperado, este comportamento reflete-se tanto a nível regional, bem como local. Os locais de maior geração de eddies de média e longa vida foram identificados a sul das ilhas com maior altitude do arquipélago (Fogo e Santo Antão), reforçando o papel dos efeitos atmosféricos na geração de eddies. No entanto, foi também demonstrado que o arquipélago está exposto a um número considerável de eddies de campo distante, que interagem com as ilhas e com os processos induzidos pelas mesmas. Este tipo de interação traz implicações significativas, não só para os eddies de campo próximo, mas também para a propagação e evolução dos eddies de campo distante. Desta forma, observou-se que os possíveis cenários de tal interação foram (do mais recorrente para o menor): deformação dos eddies incidentes; destruição dos eddies; divisão dos eddies incidentes e consequente geração de novos eddies de campo próximo; e deflexão dos eddies induzida pela topografia das ilhas. Considerando a quantidade substancial de evidências que suportam a ocorrência sistemática desta interação entre eddies de campo distante e as ilhas de Cabo Verde, concluiu-se que grande parte dos eddies de campo próximo sejam um produto ou subproduto deste processo. Por esta razão, é muito difícil determinar a natureza dos eddies gerados no arquipélago, i.e., se são gerados por mecanismos físicos induzidos pelas ilhas, pela interação entre eddies de campo distante com as ilhas, ou até mesmo interação de eddies de campo distante com eddies de campo próximo. Este tipo de interação é ainda mais óbvio na caracterização biológica do arquipélago. Foi possível observar que os eddies de campo distante estão frequentemente associados a níveis de Chla elevados, que por sua vez está relacionado com o local de origem – a costa ocidental Africana. À medida que estes eddies intersectam as ilhas, a concentração superficial de Chla aumenta consideravelmente, atuando assim como enriquecimento remoto. Além disso, os eddies ciclónicos criados pelas ilhas são capazes de injetar água rica em nutrientes de camadas profundas para a zona eufótica, favorecendo assim comunidades fitoplânctónicas e originando o aparecimento de concentrações elevadas de Chla junto às ilhas. No entanto, estes dois mecanismos distintos são na maior parte das vezes vistos a atuar simultaneamente, o que dificulta a diferenciação entre enriquecimento remoto do enriquecimento local. Estes resultados desafiam a ideia de que a produtividade biológica em ilhas oceânicas profundas é exclusivamente induzida por mecanismos associados às perturbações das ilhas no ambiente ao seu redor. Assim sendo, o presente estudo demonstra que a combinação de processos de campo distante e de campo próximo são as principais causas na geração de eddies de mesoescala no arquipélago, que por sua vez têm implicações importantes a nível biológico. Tais observações fazem com que o Arquipélago de Cabo Verde seja um local perfeito para o estudo deste tipo de interação, motivando assim futuros estudos.
O arquipélago de Cabo Verde é um sistema de oceano profundo constituído por 10 ilhas, localizado no Oceano Atlântico Nordeste a ~600 km da costa ocidental Africana. O arquipélago divide-se em dois grupos principais: as ilhas de Barlavento, são aquelas localizadas mais a norte; e as ilhas de Sotavento, localizadas mais a sul. Esta região é caracterizada por um sistema oceânico altamente dinâmico, em que as correntes de superfície são regidas pelo deslocamento sazonal da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Para além disso, a costa ocidental Africana é caracterizada como uma das áreas biologicamente mais produtivas do mundo, como consequência do afloramento costeiro, que por sua vez segue o mesmo comportamento sazonal atmosférico. A interação destes dois sistemas faz com que o arquipélago esteja consideravelmente exposto a processos remotos, que não são gerados no arquipélago, mas ainda assim podem ter implicações na oceanografia local. Embora estes processos tenham sido extensivamente estudados no passado, a integração do arquipélago no contexto regional foi raramente alcançada. O arquipélago pode também induzir perturbações no ambiente, principalmente pelo efeito de barreira na circulação atmosférica provocado pela topografia de alta altitude. Consequentemente, estas perturbações podem provocar processos oceânicos localizados, muitas vezes na forma de vórtices oceânicos – conhecidos na gíria cientifica como eddies. Por sua vez, estes eddies são conhecidos por induzir impactos a nível biológico, sendo até responsáveis por impulsionar a produtividade primária local. Este fenómeno tem como designação “Efeito de Massa de Ilha”. A geração de eddies induzidos pelas ilhas e consequente impacto biológico têm sido cada vez mais alvo de estudo um pouco por todo o mundo, principalmente no Havai, na Ilha da Madeira e nas Canárias. Curiosamente, estas ilhas partilham muitas das características que são favoráveis para a ocorrência deste fenómeno com o arquipélago de Cabo Verde. No entanto, e tendo em conta o conhecimento existente sobre Cabo Verde, o acontecimento de tais processos tem sido visto apenas como especulativo. É também extremamente importante notar que os eddies de campo distante – aqueles que são criados fora da área de Cabo Verde, mas que intersectam esta mesma área durante o seu tempo de vida – podem ter implicações significativas na geração de eddies de campo próximo – aqueles que são criados dentro da área do arquipélago – (supostamente) induzidos pelas ilhas. Porém, tal interação nunca foi tomada em consideração em estudos desta natureza. Posto isto, duas hipóteses são propostas para o presente estudo: podem os eddies de campo distante ter implicações nos processos físicos e biológicos de ilhas oceânicas, que até à data foram negligenciados? E, se for o caso, de que forma podem as ilhas impactar estes eddies de campo distante? De modo a responder a estas perguntas, a caracterização do campo de eddies ao redor e na área de Cabo Verde é apresentado, dando especial atenção aos eddies de campo distante e aos eddies de campo próximo. Para tal, foram utilizados vários parâmetros ambientais, tais como o vento, correntes oceânicas de superfície, topografia da superfície do oceano, concentrações de superfície de clorofila a (Chla), e temperatura da superfície do oceano. Estes dados foram medidos por deteção remota, a partir de sensores a bordo de vários satélites, que são de acesso livre. Após a sua obtenção, os dados foram processados a partir de scripts desenvolvidos no MatLab. Tendo em conta a natureza exploratória do estudo, foi primeiro realizada uma análise preliminar com o objetivo de determinar processos regionais que possam ter um impacto direto no arquipélago, e assim delinear o seguimento das análises a serem realizadas, assim como a estrutura do trabalho. Subsequentemente, foi adotado um procedimento mais detalhado, de modo a evidenciar os mecanismos e processos a uma escala local. Para além da classificação dos eddies de acordo com a origem, foi também designada uma classificação com base no tempo de vida, em que: eddies de curta vida são aqueles que não ultrapassam os 30 dias; eddies de média vida são aqueles que não ultrapassam os 60 dias; e eddies de longa vida são aqueles que ultrapassam os 60 dias. De acordo com o conhecimento existente, os resultados demonstraram consistentemente que o arquipélago se enquadra numa região oceânica extremamente complexa, altamente influenciada pela dinâmica atmosférica induzida pelo comportamento sazonal da ZCIT. Como esperado, este comportamento reflete-se tanto a nível regional, bem como local. Os locais de maior geração de eddies de média e longa vida foram identificados a sul das ilhas com maior altitude do arquipélago (Fogo e Santo Antão), reforçando o papel dos efeitos atmosféricos na geração de eddies. No entanto, foi também demonstrado que o arquipélago está exposto a um número considerável de eddies de campo distante, que interagem com as ilhas e com os processos induzidos pelas mesmas. Este tipo de interação traz implicações significativas, não só para os eddies de campo próximo, mas também para a propagação e evolução dos eddies de campo distante. Desta forma, observou-se que os possíveis cenários de tal interação foram (do mais recorrente para o menor): deformação dos eddies incidentes; destruição dos eddies; divisão dos eddies incidentes e consequente geração de novos eddies de campo próximo; e deflexão dos eddies induzida pela topografia das ilhas. Considerando a quantidade substancial de evidências que suportam a ocorrência sistemática desta interação entre eddies de campo distante e as ilhas de Cabo Verde, concluiu-se que grande parte dos eddies de campo próximo sejam um produto ou subproduto deste processo. Por esta razão, é muito difícil determinar a natureza dos eddies gerados no arquipélago, i.e., se são gerados por mecanismos físicos induzidos pelas ilhas, pela interação entre eddies de campo distante com as ilhas, ou até mesmo interação de eddies de campo distante com eddies de campo próximo. Este tipo de interação é ainda mais óbvio na caracterização biológica do arquipélago. Foi possível observar que os eddies de campo distante estão frequentemente associados a níveis de Chla elevados, que por sua vez está relacionado com o local de origem – a costa ocidental Africana. À medida que estes eddies intersectam as ilhas, a concentração superficial de Chla aumenta consideravelmente, atuando assim como enriquecimento remoto. Além disso, os eddies ciclónicos criados pelas ilhas são capazes de injetar água rica em nutrientes de camadas profundas para a zona eufótica, favorecendo assim comunidades fitoplânctónicas e originando o aparecimento de concentrações elevadas de Chla junto às ilhas. No entanto, estes dois mecanismos distintos são na maior parte das vezes vistos a atuar simultaneamente, o que dificulta a diferenciação entre enriquecimento remoto do enriquecimento local. Estes resultados desafiam a ideia de que a produtividade biológica em ilhas oceânicas profundas é exclusivamente induzida por mecanismos associados às perturbações das ilhas no ambiente ao seu redor. Assim sendo, o presente estudo demonstra que a combinação de processos de campo distante e de campo próximo são as principais causas na geração de eddies de mesoescala no arquipélago, que por sua vez têm implicações importantes a nível biológico. Tais observações fazem com que o Arquipélago de Cabo Verde seja um local perfeito para o estudo deste tipo de interação, motivando assim futuros estudos.
Description
Dissertação de mestrado, Sistemas Marinhos e Costeiros, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2017
Keywords
Cabo Verde Eddies de Mesoescala Interação Eddy-ilha Efeito de Massa de Ilha Enriquecimento Remoto