Estudo das incertezas na simulação por conjuntos e no uso da assimilação de dados no oceano Atlântico Sudoeste

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Leonardo Nascimento Lima
• Orientador(a): Luciano Ponzi Pezzi
• Banca de defesa: Christopher Alexander Cunningham Castro, Clemente Augusto Souza Tanajura, Mario Francisco Leal de Quadro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia
• País: BR
• Resumo em Inglês: While advances in ocean modeling have produced ocean general circulation models (OGCMs) with realistic behavior, the OGCMs still incorporate uncertainties from sources such as atmospheric forcing, physical parameterizations, bathymetry, lateral boundary conditions. Data assimilation provides an important tool for correcting the numerical representation generated by the ocean model itself. This study involves the realization of ensemble experiments using the Regional Ocean Modeling System (ROMS) in order to study the impact of the ocean data assimilation in the western boundary current representation in the Southwest Atlantic. Initially, ensemble experiments were conducted using only ROMS without data assimilation to investigate the uncertainties of the ocean state representation that are derived from uncertainties in the atmospheric forcing and bathymetry. The results indicated a strong influence of the South Atlantic Convergence Zone on the underlying ocean, seven days after the experiments initializations. In this ocean region, precipitation and radiation flux perturbations produced larger ensemble spread for salinity and temperature, exceeding 0.08 and 0.2 $^{°}$C, respectively. Wind perturbations extended the impact for u and v velocity components, with the spread exceeding 0.1 m s$^{-1}$. The ocean responded faster to the bathymetric perturbations especially in shallow waters, primarily due to the sigma vertical coordinate used by ROMS. Next, ensembles experiments using the Local Ensemble Transform Kalman Filter showed the importance of the TS profiles assimilation to correct the thermohaline representation, reducing the root mean square error of the T and S in 39\% (27\%). The absolute dynamic topography (ADT) assimilation was important to produce a more accurate representation of the oceanic mesoscale in the Brazil-Malvinas Confluence region. The assimilation of T, S, ADT and sea surface temperature produced a transport of the Brazil Current in 22$^{°}$S of 5.5 Sv and in 30$^{°}$S of 17.07 Sv while a simulation without data assimilation generated 8,90 Sv and 34,07 respectively. In general, the assimilation impact was quite positive by producing transport values that were closer to those from past studies of the western boundary current system in the study region.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/03.09.19.53

Os avanços na modelagem oceânica têm produzido modelos de circulação geral dos oceanos (MCGOs) com resultados cada vez mais realísticos. Entretanto, os MCGOs ainda incorporam incertezas de diversas fontes (forçantes atmosféricas, batimetria, condições de contorno laterais, parametrizações físicas). A assimilação de dados é uma ferramenta importante para corrigir a representação numérica gerada puramente pelo modelo oceânico. Este estudo envolve a realização de simulações por conjuntos usando o Regional Ocean Modeling System (ROMS) visando estudar o impacto da assimilação de dados oceânicos na representação do sistema de correntes de contorno oeste no Atlântico Sudoeste. Inicialmente, simulações por conjuntos foram conduzidas utilizando somente o ROMS sem assimilação de dados para investigar as incertezas na representação do oceano que são derivadas das incertezas nas forçantes atmosféricas e batimetria oceânica. Os resultados mostraram uma forte influência da Zona de Convergência do Atlântico Sul no oceano subjacente, sete dias após a inicialização das simulações. Nesta região oceânica, perturbações na precipitação e nos fluxos de radiação produziram um maior impacto no espalhamento do conjunto da salinidade (S) e temperatura (T), excedendo 0,08 e 0,2 $^{°}$C, respectivamente. As perturbações no vento estenderam o impacto para as componentes de velocidade u e v, com o espalhamento excedendo 0,1 m s-1. Entretanto, os valores do espalhamento do conjunto oceânico aumentaram mais rapidamente com as perturbações na batimetria, especialmente em águas rasas. Em seguida, simulações por conjuntos usando o Local Ensemble Transform Kalman Filter mostraram a importância da assimilação de perfis T e S na correção da representação termohalina do oceano, reduzindo o root mean square error (RMSD) da T (S) em 39\% (27\%). A assimilação de $\zeta$ foi importante na geração de uma representação mais acurada da mesoescala oceânica na região da Confluência Brasil-Malvinas. O experimento com assimilação de T, S, TSM e $\zeta$ e o experimento sem assimilação de dados produziram um transporte da Corrente do Brasil em 22$^{°}$S de 5,5 Sv e 8,90 Sv e em 30$^{°}$S de 17,07 Sv e 34,07 Sv, respectivamente. Em geral, o impacto da assimilação foi bastante positivo, produzindo valores de transporte que foram mais próximos aos encontrados por outros estudos do sistema de correntes de contorno oeste na região de estudo.