Morfologia das assinaturas das ondas internas

Pretende-se fazer uma breve discussão acerca da morfologia das variações de mss em que são detetadas ISWs no altímetro SRAL. Enquanto normalmente se assume que o mecanismo de imagem SAR da superfície oceânica é determinado pela retrodifusão de Bragg (por exemplo com ângulos de incidência entre 20 a 30 graus em relação ao nadir), a geometria de observação do altímetro (i.e. visão do nadir) determina a reflexão especular como o principal mecanismo de retrodifusão (ver, por exemplo, Valenzuela, 1978). Como os valores de σ0 medidos pelo altímetro no espaço são restritos a uma fração de grau em torno da posição do nadir, o mecanismo é essencialmente caraterizado por uma dispersão ótica de milhares de pontos especulares, distribuídos aleatoriamente pela superfície do mar em movimento (Barrick e Lipa, 1985).

Isto é bem diferente da medição de σ0 resultante de imagens SAR, aparentemente relacionadas, em primeira ordem, à retrodifusão de Bragg. Numa imagem SAR, uma superfície mais rugosa aparece mais clara (variação positiva do σ0 médio em relação ao background não perturbado), e uma superfície lisa aparece mais

escura (variação negativa do σ0 em relação ao background não perturbado). Pelo contrário, nos registos do altímetro SRAL, a retrodifusão da superfície do mar mais rugosa aparece atenuada em comparação com a superfície não perturbada. Assim, o altímetro fornece uma medição de retrodifusão invertida em comparação com imagens SAR, tal como ilustrado na Figura 62 (ver também Alpers, 1985; Magalhães e da Silva, 2017).

Figura 62 - Esquema de uma ISW a propagar-se ao longo da picnoclina. As correntes próximas da superfície originam padrões de convergência e de divergência que alteram a superfície para respetivamente mais rugosa e mais lisa. Diferentes geometrias de aquisição são mostradas para os satélites: a) Envisat-ASAR; b) e altímetro Sentinel-3A.

Toda esta discussão é relevante no sentido de as manifestações superficiais das ISWs serem caraterizadas por maior e/ou menor rugosidade na superfície, dispostas em faixas coerentes paralelas com escalas de pelo menos centenas de metros de largura e dezenas de quilómetros de comprimento (ver, por exemplo, Alpers (1985) e Figuras 63 até 66). Essas bandas resultam da modulação das ondas capilares e ondas de gravidade (com comprimento de onda da ordem de cm – dm) da superfície devido a correntes convergentes e divergentes originadas pelas ISWs. Para imagens SAR, a teoria desenvolvida em Alpers (1985), baseada na teoria de interação hidrodinâmica fraca e na retrodifusão de Bragg, descreve razoavelmente bem as assinaturas (i.e. a morfologia) de radar observadas nas ondas internas. Em da Silva et al. (1998), propõem- se que as ISWs se apresentam como bandas escuras em um fundo de radar cinza. Ao contrário, quando existe intensa rebentação de ondas (de superfície) associadas às ISWs (por exemplo, em águas profundas e mares tropicais, como o atlântico tropical ao largo da plataforma amazónica), as assinaturas de radar de imagem SAR das ISWs são às vezes caraterizadas por bandas claras sobre um fundo de radar cinza (Kudryavtsev et al., 2005).

Assim, as assinaturas das ISWs em imagens SAR exibem essencialmente três possíveis classes de morfologia: variações de σ0 positivas e negativas em relação a um local não perturbado (Alpers,1985 e ver também Figura 1 a) e b) e Figuras 63 e 65 );

principalmente variação positiva de σ0 médio relativamente a um local não perturbado (Magalhães e da Silva, 2016; Kudryavtsev et al., 2005 e também Figuras 64 e 66); e maioritariamente uma variação negativa de σ0 médio relativamente a um local não perturbado (da Silva et al., 1998). Para a região da Amazónia raramente existem registos de variações somente negativas.

Figura 63 - Imagem SAR do satélite Envisat-ASAR do dia 1 de abril de 2006 na região da Amazónia com o traço a branco para análise das rugosidades.

Figura 64 - Imagem SAR do satélite Envisat-ASAR do dia 14 de outubro de 2011 na região da Amazónia com o traço a branco para análise das rugosidades.

Figura 65 - Análise da rugosidade do traço da Figura 63. Como se pode reparar, existem variações positivas e negativas, sendo que a mais forte positiva se encontra à distância de 6.5 km, seguida de uma anomalia negativa até à distância de 8 km.

Figura 66 - Análise da rugosidade do traço da Figura 64. Como se pode reparar, existem essencialmente variações positivas (nomeadamente aos 40 km de distância e aos 65 km).

Uma classificação semelhante da assinatura (i.e., da morfologia) pode ser feita para o SRAL com base em observações como as mostradas nas Figuras 67 e 68. Analisando essas figuras, pode notar-se que as assinaturas das ISWs podem ser bastantante diferentes também para o altímetro SRAL. Em primeiro lugar, note-se que a sua assinatura é invertida em σ0 em relação a mss (devido à própria definição de mss - ver equação 12). Em segundo, analisando apenas os gráficos de mss (na Figura 69), repara-se que existem morfologias diferentes para as ISWs de cada passagem (i.e. órbita relativa), nomeadamente: anomalias predominantemente positivas, anomalias predominantemente negativas e anomalias em que existem excursões positivas e negativas em relação à média local não perturbada de mss. Para melhor compreensão ilustram-se os diferentes casos de assinatura na Figura 69. Escrutínio dos gráficos na

Figura 68 (todos obtidos para a mesma região de estudo), revela a existência dos três tipos de assinatura, sendo que em a) e e) se verificam anomalias positivas e negativas, em b) e c) anomalias predominantemente positivas e em d) anomalias predominantemente negativas, comparando com o sinal de fundo médio.

Figura 67 - σ0 em função da latitude para os exemplos selecionados em Santos-Ferreira et al. (2018), na região da

Figura 68 - Como na Figura 67, mas para o parâmetro mss em função da latitude. A azul claro estão marcados os locais onde foram identificadas ISWs usando o parâmetro mss.

Figura 69 - Diferentes tipos de assinatura de ISW em dados SRAL convertidos no parâmetro mss em relação da direção do vento e à propagação das ISWs: a) anomalias positivas que correspondem a uma direção do vento em sentido contrário à propagação da onda; b) anomalias negativas que correspondem a uma direção do vento na mesma direção da propagação da onda; c) anomalias negativas e positivas em sequência, que correspondem a uma situação em que a direção do vento está em quadratura (ou de grande obliquidade) à direção de propagação da onda. Ver texto acima para mais informações.

Apesar de ainda não existirem estudos conclusivos acerca do motivo pelo qual existem as diferentes assinaturas de ISWs, tanto nos SAR de imagem como no SRAL, alguns autores sugerem que essas diferenças se devem à direção do vento em relação à direção de propagação das ISWs (ver por exemplo Yang et al., 2016). Assim, realizou- se neste trabalho um breve estudo do assunto (através do sítio da Remote Sensing

Systems - http://www.remss.com/missions/windsat/) e verificou-se para cada uma das

órbitas relativas a direção do vento em relação à direção de propagação das ISWs. Os resultados são apresentados na Tabela 2 (subcapítulo 4.1) e na Figura 69 de forma esquemática. Aparentemente, os resultados confirmam que existe uma influência associada à direção relativa entre o vento e a propagação das ondas na assinatura das ISWs, no SRAL.