O papel do cisalhamento horizontal em instabilidades de submesoescala no oceano superior

Resumo

Estudos na última década revelaram que feições de submesoescala no oceano superior, como instabilidades com escala horizontal de O(1) km, têm um papel fundamental nas interações oceano-atmosfera, podendo afetar o clima global. A formação dessas feições é esporádica e sua evolução é relativamente rápida, de algumas horas a poucos dias, o que torna a obtenção de observações diretas de fenômenos de submesoescala uma iniciativa desafiadora. Em novembro de 2022, a campanha Intensive Operations Period 1 do projeto Submesoscale Ocean Dynamics Experiment (SMODE-IOP1) amostrou, na região da Corrente da Califórnia, uma frente de submesoescala frontogenética, à jusante da qual eventualmente desenvolveram-se instabilidades maduras com aproximadamente 10 km de extensão. Motivado por essas observações inéditas, este projeto pretende descrever a dinâmica da formação e evolução de instabilidade de frentes de submesoescala, como a observada na campanha SMODE-IOP1. A hipótese deste trabalho é que o cisalhamento horizontal é fundamental para energização e evolução de instabilidades de frentes de submesoescala. Para testar esta hipótese e atingir o objetivo central deste projeto, serão desenvolvidas simulações computacionais das equações de Boussinesq com o modelo Oceananigans. Essas simulações serão configuradas com condições iniciais que representem uma frente de submesoescala em balanço de vento térmico, ajustada às observações coletadas na campanha SMODE-IOP1. A estrutura espacial das instabilidades emergentes nas simulações serão identificadas através da análise Proper Orthogonal Decomposion (POD) e seus resultados serão comparado aos dados coledados por saildrones (veleiros robóticos) durante a campanha SMODE-IOP1, que mediram a estrutura tri-dimensional de velocidade das instabilidades de amplitude finita que se desenvolveram à jusante da frente de submesoescala. Os mecanismos envolvidos no processo de geração, crescimento, maturação e evolução subsequente das instabilidades serão caracterizados através de análises de balanço de momentum e energia. Por fim, o transporte vertical de traçadores (calor, anomalia de empuxo, etc) e momentum será estimado em diferentes etapas da evolução das instabilidades. Este projeto aprofundará o entendimento físico e as consequências de processos de submesoescala oceânica, potencialmente contribuindo para a melhor representação desses fenômenos em modelos climáticos globais.