Estudio de la variabilidad interanual de la circulación en la plataforma continental del Atlántico Sudoccidental : una perspectiva orientada a la comprensión de los procesos físicos y las interacciones entre la plataforma y las componentes del sistema climático de gran escala

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Este trabajo de Tesis aborda el estudio de la variabilidad de la circulación en la plataforma continental del Océano Atlántico Sudoccidental y su vinculación con la variabilidad de gran escala, tanto de la atmósfera como del océano. Las investigaciones se focalizan en la exploración de los procesos...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Bodnariuk, Nicolás
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2022
Materias:
VARIABILIDAD INTERANUAL
PLATAFORMA CONTINENTAL
DINAMICA
CIRCULACION
INTERACCION MAR-ATMOSFERA
FORZANTE REMOTO
INTERANNUAL VARIABILITY
CONTINENTAL SHELF
DYNAMICS
CIRCULATION
SEA-ATMOSPHERE INTERACTION
REMOTE FORCING
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7092_Bodnariuk
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description Este trabajo de Tesis aborda el estudio de la variabilidad de la circulación en la plataforma continental del Océano Atlántico Sudoccidental y su vinculación con la variabilidad de gran escala, tanto de la atmósfera como del océano. Las investigaciones se focalizan en la exploración de los procesos físicos que tienen lugar en la escala interanual, que ha sido poco estudiada debido principalmente a la falta de datos con series temporales suficientemente largas. En el presente trabajo se explora el reanálisis oceánico ORAP5.0, producido por el Centro Europeo (ECMWF), que constituye un conjunto de datos apropiado para los propósitos de la investigación. Este producto es el resultado de la asimilación de datos en un modelo numérico, cubre un período extenso de 35 años y presenta una resolución espacio-temporal (0.25° y 1 mes) adecuada para el objetivo planteado. La calidad del reanálisis en el área de estudio es primero evaluada en un proceso de validación basado en la comparación con datos altimétricos y con resultados de investigaciones previas basadas en observaciones satelitales e in-situ. La capacidad satisfactoria de ORAP5.0 de reproducir los aspectos fundamentales de la circulación indica que la herramienta es adecuada y alienta a avanzar con su utilización para explorar aspectos no conocidos de la circulación. La Tesis se organiza en cuatro capítulos centrales que abordan diferentes aspectos de la circulación en la región de estudio, que son analizados a través de la aplicación de numerosas técnicas estadísticas. En el primer análisis se detecta un modo de variabilidad de la circulación que explica un porcentaje elevado de varianza en gran parte de la plataforma continental. Se concluye que la activación, modulación temporal y estructura espacial de dicho modo se relaciona directamente con el Modo Anular del Sur (SAM), el principal modo de variabilidad de la atmósfera en el Hemisferio Sur. En este capítulo se estudian los mecanismos físicos que vinculan al forzante atmosférico con la respuesta del mar continental. Se exploran los balances de cantidad de movimiento, de calor y de salinidad. Además se vincula al modo detectado con la variabilidad de la concentración de la clorofila-a satelital en el Frente Medio de Plataforma en escalas interanuales. En el segundo estudio se realiza un análisis de la dinámica de la pluma del Río de la Plata y su variabilidad interanual. El análisis de componentes principales del campo de salinidad en la zona de influencia de la pluma permite detectar tres modos de variabilidad que se vinculan con diferentes patrones de circulación de la pluma en respuesta a patrones de viento regionales. El análisis de la organización de la atmósfera a nivel hemisférico durante las fases activas de cada uno de los modos de variabilidad detectados sugiere que los mismos se encuentran modulados por los tres principales modos de variabilidad de la atmósfera en el Hemisferio Sur: SAM, el modo Pacífico-América del Sur 1 (PSA1) y el modo Pacífico-América del Sur 2 (PSA2). El tercer capítulo se concentra en el estudio de la variabilidad interanual de la latitud de separación de la Corriente de Brasil (LSCB), la cual se vincula directamente con los intercambios de agua entre la plataforma y el océano. En esta investigación se aplica un análisis de espectro singular (SSA, por sus siglas en inglés) para detectar pseudo-periodicidades en la serie de tiempo de la LSCB y luego se aborda el análisis de los mecanismos físicos que las generan. Se observa en los datos que la propagación de ondas de Rossby baroclínicas en el Océano Atlántico modulan el transporte de la Corriente de Brasil. Los posibles orígenes de estas señales se analizan y vinculan con los modos de variabilidad característicos de otras cuencas oceánicas, como ser el Dipolo del Índico y el fenómeno del Niño en el Pacífico. El cuarto capítulo integra los resultados obtenidos en las investigaciones de los capítulos anteriores en un estudio de los intercambios de aguas entre la plataforma continental y el océano. Se aplica un análisis de componentes principales para explorar los modos de variabilidad del flujo normal al talud y se encuentra que la modulación temporal del modo principal correlaciona significativamente con la LSCB. Es decir, que la posición de la corriente de Brasil determina la región de exportación de aguas y la intensidad de dicho intercambio. El estudio se complementa con un análisis de concentración de clorofila-ɑ satelital, un conjunto de datos independientes. Se observa una señal bianual significativa en la clorofila que se encuentra en fase con la componente bianual del modo de variabilidad del transporte normal al talud. Los resultados de las investigaciones realizadas en el contexto del doctorado contribuyen a mejorar la comprensión de la dinámica del mar continental del Océano Atlántico Sudoccidental y su región de influencia. El estudio focalizado en el análisis de los procesos físicos ha permitido un mayor entendimiento de la dinámica del mar continental en escalas interanuales y su vínculo con la organización atmosférica de gran escala y los modos de variabilidad característicos de otras cuencas oceánicas.
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Las investigaciones se focalizan en la exploración de los procesos físicos que tienen lugar en la escala interanual, que ha sido poco estudiada debido principalmente a la falta de datos con series temporales suficientemente largas. En el presente trabajo se explora el reanálisis oceánico ORAP5.0, producido por el Centro Europeo (ECMWF), que constituye un conjunto de datos apropiado para los propósitos de la investigación. Este producto es el resultado de la asimilación de datos en un modelo numérico, cubre un período extenso de 35 años y presenta una resolución espacio-temporal (0.25° y 1 mes) adecuada para el objetivo planteado. La calidad del reanálisis en el área de estudio es primero evaluada en un proceso de validación basado en la comparación con datos altimétricos y con resultados de investigaciones previas basadas en observaciones satelitales e in-situ. La capacidad satisfactoria de ORAP5.0 de reproducir los aspectos fundamentales de la circulación indica que la herramienta es adecuada y alienta a avanzar con su utilización para explorar aspectos no conocidos de la circulación. La Tesis se organiza en cuatro capítulos centrales que abordan diferentes aspectos de la circulación en la región de estudio, que son analizados a través de la aplicación de numerosas técnicas estadísticas. En el primer análisis se detecta un modo de variabilidad de la circulación que explica un porcentaje elevado de varianza en gran parte de la plataforma continental. Se concluye que la activación, modulación temporal y estructura espacial de dicho modo se relaciona directamente con el Modo Anular del Sur (SAM), el principal modo de variabilidad de la atmósfera en el Hemisferio Sur. En este capítulo se estudian los mecanismos físicos que vinculan al forzante atmosférico con la respuesta del mar continental. Se exploran los balances de cantidad de movimiento, de calor y de salinidad. Además se vincula al modo detectado con la variabilidad de la concentración de la clorofila-a satelital en el Frente Medio de Plataforma en escalas interanuales. En el segundo estudio se realiza un análisis de la dinámica de la pluma del Río de la Plata y su variabilidad interanual. El análisis de componentes principales del campo de salinidad en la zona de influencia de la pluma permite detectar tres modos de variabilidad que se vinculan con diferentes patrones de circulación de la pluma en respuesta a patrones de viento regionales. El análisis de la organización de la atmósfera a nivel hemisférico durante las fases activas de cada uno de los modos de variabilidad detectados sugiere que los mismos se encuentran modulados por los tres principales modos de variabilidad de la atmósfera en el Hemisferio Sur: SAM, el modo Pacífico-América del Sur 1 (PSA1) y el modo Pacífico-América del Sur 2 (PSA2). El tercer capítulo se concentra en el estudio de la variabilidad interanual de la latitud de separación de la Corriente de Brasil (LSCB), la cual se vincula directamente con los intercambios de agua entre la plataforma y el océano. En esta investigación se aplica un análisis de espectro singular (SSA, por sus siglas en inglés) para detectar pseudo-periodicidades en la serie de tiempo de la LSCB y luego se aborda el análisis de los mecanismos físicos que las generan. Se observa en los datos que la propagación de ondas de Rossby baroclínicas en el Océano Atlántico modulan el transporte de la Corriente de Brasil. Los posibles orígenes de estas señales se analizan y vinculan con los modos de variabilidad característicos de otras cuencas oceánicas, como ser el Dipolo del Índico y el fenómeno del Niño en el Pacífico. El cuarto capítulo integra los resultados obtenidos en las investigaciones de los capítulos anteriores en un estudio de los intercambios de aguas entre la plataforma continental y el océano. Se aplica un análisis de componentes principales para explorar los modos de variabilidad del flujo normal al talud y se encuentra que la modulación temporal del modo principal correlaciona significativamente con la LSCB. Es decir, que la posición de la corriente de Brasil determina la región de exportación de aguas y la intensidad de dicho intercambio. El estudio se complementa con un análisis de concentración de clorofila-ɑ satelital, un conjunto de datos independientes. Se observa una señal bianual significativa en la clorofila que se encuentra en fase con la componente bianual del modo de variabilidad del transporte normal al talud. Los resultados de las investigaciones realizadas en el contexto del doctorado contribuyen a mejorar la comprensión de la dinámica del mar continental del Océano Atlántico Sudoccidental y su región de influencia. El estudio focalizado en el análisis de los procesos físicos ha permitido un mayor entendimiento de la dinámica del mar continental en escalas interanuales y su vínculo con la organización atmosférica de gran escala y los modos de variabilidad característicos de otras cuencas oceánicas. This Thesis addresses the study of the variability of the circulation in the continental shelf of the Southwest Atlantic Ocean and its linkage with the large-scale variability of both the atmosphere and the ocean. The study focuses on the exploration of the physical processes that take place on the interannual scale, which has been little studied mainly due to the scarcity of data (sufficiently long time series). The present work explores the ocean reanalysis ORAP5.0, produced by the European Center of Middle Range Weather Forecast (ECMWF), which constitutes an appropriate data set. This product is the result of data assimilation in a numerical model, covers an extended period of 35 years and presents a spatio-temporal resolution (0.25° and 1 month) adequate for the proposed objective. The quality of the reanalysis in the study area is first evaluated in a validation process based on the comparison with altimetric data and with previous research results based on satellite and in-situ observations. The satisfactory ability of ORAP5.0 to reproduce fundamental aspects of the circulation indicates that the tool is adequate and encourages using it to explore unknown aspects of the circulation. The Thesis is organized into four central chapters that address different aspects of circulation in the study region, which are analyzed through the application of numerous statistical techniques. In the first analysis, a circulation variability mode that explains a high percentage of variance in a large portion of the continental shelf is detected. It is concluded that the activation, temporal modulation and spatial structure of this mode is directly related to the Southern Annular Mode (SAM), the main mode of variability of the atmosphere in the Southern Hemisphere. In this chapter the physical mechanisms that link the atmospheric forcing to the response of the continental sea is addressed. The momentum, quantity, heat and salinity balances are explored. In addition, the detected mode is linked to the variability of the satellite chlorophyll-a concentration at the Mid-Shelf Front on interannual scales. In the second chapter, an analysis of the dynamics of the La Plata River plume and its interannual variability is performed. Principal component analysis of the salinity field in the area of influence of the plume allows us to detect three modes of variability that are linked to different circulation patterns of the plume, in response to regional wind patterns. The analysis of the organization of the atmosphere at the hemispheric level during the active phases of each of the detected modes of variability suggests that they are modulated by the three main modes of variability of the atmosphere in the Southern Hemisphere: SAM, the Pacific-South American mode 1 (PSA1) and the Pacific-South American mode 2 (PSA2). The third chapter focuses on the study of the interannual variability of the latitude of separation of the Brazil Current (LSBC), which is directly linked to the water exchanges between the shelf and the ocean. In this research, a singular spectrum analysis (SSA) is applied to detect pseudo-periodicities in the LSBC time series. The physical mechanisms that generate the pseudo-periodic components is addressed based on the analysis of regression maps. It is observed in the data that the propagation of baroclinic Rossby waves in the Atlantic Ocean modulates the transport of the Brazil Current. The possible origins of these signals are analyzed and linked to the variability modes characteristic of other ocean basins, such as the Indian Dipole and the El Niño phenomenon in the Pacific. The fourth chapter integrates the results obtained in the investigations of the previous chapters in a study of water exchanges between the continental shelf and the ocean. A principal component analysis is applied to explore the modes of variability of the flow normal to the slope and it is found that the temporal modulation of the leading mode correlates significantly with the LSBC. That is, the position of the Brazil current determines the region of water export and the intensity of such exchange. The study is complemented by an analysis of satellite chlorophyll-ɑ concentration, an independent data set. A significant biannual signal is observed in chlorophyll in phase with the biannual component of the mode of variability of normal transport to the slope. The results of the research carried out in the context of the PhD improves the understanding of the dynamics of the continental sea of the Southwestern Atlantic Ocean and its region of influence. This study focused on the analysis of physical processes that contribute to the understanding of the dynamics of the continental sea on interannual scales and its link with the large-scale atmospheric organization and the modes of variability characteristic of other ocean basins. Fil: Bodnariuk, Nicolás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2022 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7092_Bodnariuk

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