Pequenas escalas importam: o papel do transporte turbulento de submesoescala na circulação oceânica e no clima

• Processo: 23/10506-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2029
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Oceanografia - Oceanografia Física
• Pesquisador responsável: César Barbedo Rocha
• Beneficiário: César Barbedo Rocha
• Instituição Sede: Instituto Oceanográfico (IO). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Arjun G. Jagannathan ; Dante Campagnoli Napolitano ; Hector Torres ; John Thomas Farrar ; Paulo Henrique Rezende Calil
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/05528-8 - Espectro de número de ondas horizontal em submesoescala a partir de dados coletados com saildrones, BP.IC; 24/03367-7 - O papel do cisalhamento horizontal em instabilidades de submesoescala no oceano superior, BP.MS; 24/03717-8 - Análise estatística de frentes de submesoescala no oceano superior, BP.IC
• Assunto(s): Oceanografia dinâmica Mudança climática Fluxo turbulento Turbulência Oceanos Clima
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Escoamentos de submesoescala | Física dos Oceanos | Mudanças Climáticas | Transporte turbulento | Física dos Oceanos e Clima, Oceanografia Dinâmica

Resumo

O oceano desempenha um papel central nas mudanças climáticas globais. Na era industrial, o oceano absorveu cerca de 30% do dióxido de carbono proveniente da queima de combustíveis fósseis e cerca de 90% do calor proveniente do desequilíbrio de radiação causado pelo excesso de gases de efeito estufa, incluindo o dióxido de carbono, que permaneceram na atmosfera. Portanto, o aquecimento global e suas consequências dependem crucialmente das taxas em que calor e dióxido de carbono são, através da interface ar-mar, sequestrados para o interior do oceano e redistribuídos pelo oceano global. Essas taxas, por sua vez, dependem de processos turbulentos que misturam e transportam traçadores oceânicos, cuja física é, em geral, mal compreendida e cujas previsões numéricas não levam em conta dados in-situ robustos. Este projeto foca em uma classe de fenômenos turbulentos chamada submesoescala - frentes, instabilidades e vórtices com comprimento de várias centenas de metros até cerca de 20 km. Testaremos a hipótese de que o transporte turbulento devido a escoamentos de submesoescala desempenham um papel importante na circulação oceânica de grande escala e no clima global. Para este fim, analisaremos observações inéditas de escoamentos de submesoescala que coletamos recentemente como parte do Submesoscale Ocean Dynamics Experiment (SMODE) e da altura da superfície do mar e velocidades geostróficas derivadas da missão de satélite Surface Water & Ocean Topography (SWOT), lançada recentemente. A partir de medições de velocidade e densidade da água coletadas nas campanhas do SMODE com grupo de veleiros robóticos viajando em formação de submesoescala, calcularemos diagnósticos cinemáticos como vorticidade vertical e divergência horizontal, e estimaremos a velocidade vertical em diferentes escoamentos de submesoescala que foram amostrados (frentes, instabilidades, etc.). Também utilizaremos esses dados e análises para informar e testar as previsões de uma hierarquia de modelos teóricos e numéricos que desenvolveremos com o objetivo de caracterizar o transporte lateral e vertical por fluxos de submesoescala. Esta hierarquia inclue modelos idealizados com geometria simples e equações reduzidas (e.g., modelo quasi-geostrófico), modelos com geometria simples, mas equações hidrostáticas Boussinesq completas e modelos realistas de alta resolução no Atlântico Sudoeste. A partir dos dados SWOT, caracterizaremos a estatística e a estrutura das velocidades geostróficas de submesoescala. As velocidades geostróficas provenientes do SWOT também serão utilizadas para advectar traçadores e partículas para estimar a difusão turbulenta devido a escoamentos de submesoescala em balanço geostrófico. Ao final deste projeto, esperamos produzir uma caracterização quantitativa detalhada e uma compreensão física do transporte turbulento em submesoescala, com embasamento teórico e testado com observações in-situ robustas. Tal compreensão é crucial para o desenvolvimento de parametrizações fisicamente significativas do transporte turbulento em submesoescala para ser implementada em modelos climáticos e, portanto, pode abrir caminho para previsões climáticas mais precisas. Também esperamos produzir uma estimativa global da contribuição dos fenômenos de submesoescala para o transporte turbulento de submesoscala no oceano global. O projeto financiará o Pesquisador Principal - um jovem cientista que foi recentemente recrutado de volta ao Brasil após 9,5 anos nos Estados Unidos - e o estabelecimento de seu grupo de pesquisa na Universidade de São Paulo, iniciando uma nova linha de pesquisa no país e, ao mesmo tempo, mantendo seu amplo leque de colaborações internacionais. O projeto apoiará dois alunos de pós-graduação e quatro de graduação, que serão treinados em física dos oceanos e clima através do desenvolvimento de pesquisa de ponta, aprendendo ferramentas e habilidades altamente valorizadas em pesquisa acadêmica e transferíveis ao mercado de trabalho. (AU)