Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Santos, Filipe Pereira dos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
SST
TSM
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21135/tde-18052023-141320/
Resumo: This doctoral dissertation discusses the basic dynamics of the mesoscale cyclonic quasi-stationary meanders of the Brazil Current and their impact on plankton distribution off SE Brazil. The wind-driven coastal upwelling systems in the region promote intrusions of nutrient-rich waters onto the continental shelf, supported by coastal divergence induced by the meanders. We perform experiments in a 1½-layer quasi-geostrophic (QG) model based on contour dynamics coupled to a Nutrients-Phytoplankton-Zooplankton (NPZ) model. The results suggest that mesoscale activity impacts the planktonic populations off SE Brazil. In situ observations of these phenomena are scarce. We present an unprecedented sampling effort that revealed submesoscale processes in a meander\'s rim. We show the biota responds to different dynamic regimes in distinct parts of the feature. Inspired by the observations, we choose to build a hierarchy of idealized models coupled to an NPZ model to investigate physical-biological interactions at mesoscale and submesoscale. We use a 2-layer QG model also based on contour dynamics, showing the meanders\' stationarity is due to the almost pure baroclinic nature of this system. The lateral stirring transports enriched waters offshore, impacting the NPZ fields in addition to the eddy-induced upwelling. Then, a continuously stratified model is used to investigate submesoscale dynamics. The results suggest that submesoscale processes increase the heterogeneity in the NPZ distribution, with preferred areas for enhanced biological activity shifting from the eddy center in a 10 km resolution experiment to the eddy rim in a 1 km resolution experiment. Lastly, we briefly investigate strong biases in sea surface temperature (SST) during coastal upwelling events.
id USP_573d037a6b2a0f52d2156ce74b2fc4e1
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-18052023-141320
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str
spelling Physical-biological interactions in the Brazil Current meandersInterações físico-biológicas nos meandros da Corrente do BrasilBaroclinic instabilityBiasBombeamento vorticalBrazil CurrentCabo de São ToméCabo FrioCape FrioCape São ToméChlorophyllCiclones de mesoescalaClorofilaCoastal upwellingContour dynamicsCorrente do BrasilCorrentes de contorno oesteDinâmica de contornosEddy pumpingIdealized modelsInstabilidade baroclínicaInterações físico-biológicasMesoscale cyclonesMITgcmMITgcmModelo NFZModelos idealizadosNPZ modelPhysical-biological interactionsRessurgência costeiraSoutheastern BrazilSSTSubmesoescalaSubmesoscaleSudeste do BrasilTSMViésWestern boundary currentsThis doctoral dissertation discusses the basic dynamics of the mesoscale cyclonic quasi-stationary meanders of the Brazil Current and their impact on plankton distribution off SE Brazil. The wind-driven coastal upwelling systems in the region promote intrusions of nutrient-rich waters onto the continental shelf, supported by coastal divergence induced by the meanders. We perform experiments in a 1½-layer quasi-geostrophic (QG) model based on contour dynamics coupled to a Nutrients-Phytoplankton-Zooplankton (NPZ) model. The results suggest that mesoscale activity impacts the planktonic populations off SE Brazil. In situ observations of these phenomena are scarce. We present an unprecedented sampling effort that revealed submesoscale processes in a meander\'s rim. We show the biota responds to different dynamic regimes in distinct parts of the feature. Inspired by the observations, we choose to build a hierarchy of idealized models coupled to an NPZ model to investigate physical-biological interactions at mesoscale and submesoscale. We use a 2-layer QG model also based on contour dynamics, showing the meanders\' stationarity is due to the almost pure baroclinic nature of this system. The lateral stirring transports enriched waters offshore, impacting the NPZ fields in addition to the eddy-induced upwelling. Then, a continuously stratified model is used to investigate submesoscale dynamics. The results suggest that submesoscale processes increase the heterogeneity in the NPZ distribution, with preferred areas for enhanced biological activity shifting from the eddy center in a 10 km resolution experiment to the eddy rim in a 1 km resolution experiment. Lastly, we briefly investigate strong biases in sea surface temperature (SST) during coastal upwelling events.Esta tese versa sobre a dinâmica básica dos meandros ciclônicos quase-estacionários de mesoescala da Corrente do Brasil e seu impacto na distribuição do plâncton no SE do Brasil. Os sistemas de ressurgência costeira na região promovem intrusões de águas ricas em nutrientes sobre a plataforma continental, facilitadas pela divergência costeira gerada pelos meandros. Realizamos experimentos num modelo quase-geostrófico (QG) de 1½ camada baseado em dinâmica de contornos acoplado a um modelo Nutrientes-Fitoplâncton-Zooplâncton (NFZ). Os resultados sugerem que a atividade de mesoescala impacta as populações planctônica no SE do Brasil. Observações in situ desses fenômenos são escassas. Nós apresentamos um esforço amostral inédito que revelou processos de submesoescala nas bordas de um meandro. Mostramos que a biota responde a diferentes regimes dinâmicos em partes distintas da feição. Inspirados pelas observações, escolhemos construir uma hierarquia de modelos idealizados acoplados a um modelo NFZ para investigar interações físico-biológicas em mesoescala e submesoescala. Utilizamos um modelo QG de 2 camadas também baseado em dinâmica de contornos, mostrando que a estacionariedade dos meandros se deve à natureza quase puramente baroclínica desse sistema. A advecção lateral transporta águas enriquecidas para o oceano aberto, impactando os campos NFZ juntamente com a ressurgência de mesoescala. Em seguida, um modelo continuamente estratificado é utilizado para investigar a dinâmica de submesoescala. Os resultados sugerem que processos de submesoescala aumentam a heterogeneidade na distribuição do plâncton, com as áreas preferenciais de elevada atividade biológica mudando do centro do vórtice num experimento com 10 km de resolução para as bordas do vórtice num experimento de 1 km de resolução. Por fim, investigamos brevemente fortes vieses na temperatura da superfície do mar (TSM) durante eventos de ressurgência costeira.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSilveira, Ilson Carlos Almeida daSantos, Filipe Pereira dos2023-04-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21135/tde-18052023-141320/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPReter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2023-06-22T13:12:36Zoai:teses.usp.br:tde-18052023-141320Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-06-22T13:12:36Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.none.fl_str_mv Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
Interações físico-biológicas nos meandros da Corrente do Brasil
title Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
spellingShingle Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
Santos, Filipe Pereira dos
Baroclinic instability
Bias
Bombeamento vortical
Brazil Current
Cabo de São Tomé
Cabo Frio
Cape Frio
Cape São Tomé
Chlorophyll
Ciclones de mesoescala
Clorofila
Coastal upwelling
Contour dynamics
Corrente do Brasil
Correntes de contorno oeste
Dinâmica de contornos
Eddy pumping
Idealized models
Instabilidade baroclínica
Interações físico-biológicas
Mesoscale cyclones
MITgcm
MITgcm
Modelo NFZ
Modelos idealizados
NPZ model
Physical-biological interactions
Ressurgência costeira
Southeastern Brazil
SST
Submesoescala
Submesoscale
Sudeste do Brasil
TSM
Viés
Western boundary currents
title_short Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
title_full Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
title_fullStr Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
title_full_unstemmed Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
title_sort Physical-biological interactions in the Brazil Current meanders
author Santos, Filipe Pereira dos
author_facet Santos, Filipe Pereira dos
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silveira, Ilson Carlos Almeida da
dc.contributor.author.fl_str_mv Santos, Filipe Pereira dos
dc.subject.por.fl_str_mv Baroclinic instability
Bias
Bombeamento vortical
Brazil Current
Cabo de São Tomé
Cabo Frio
Cape Frio
Cape São Tomé
Chlorophyll
Ciclones de mesoescala
Clorofila
Coastal upwelling
Contour dynamics
Corrente do Brasil
Correntes de contorno oeste
Dinâmica de contornos
Eddy pumping
Idealized models
Instabilidade baroclínica
Interações físico-biológicas
Mesoscale cyclones
MITgcm
MITgcm
Modelo NFZ
Modelos idealizados
NPZ model
Physical-biological interactions
Ressurgência costeira
Southeastern Brazil
SST
Submesoescala
Submesoscale
Sudeste do Brasil
TSM
Viés
Western boundary currents
topic Baroclinic instability
Bias
Bombeamento vortical
Brazil Current
Cabo de São Tomé
Cabo Frio
Cape Frio
Cape São Tomé
Chlorophyll
Ciclones de mesoescala
Clorofila
Coastal upwelling
Contour dynamics
Corrente do Brasil
Correntes de contorno oeste
Dinâmica de contornos
Eddy pumping
Idealized models
Instabilidade baroclínica
Interações físico-biológicas
Mesoscale cyclones
MITgcm
MITgcm
Modelo NFZ
Modelos idealizados
NPZ model
Physical-biological interactions
Ressurgência costeira
Southeastern Brazil
SST
Submesoescala
Submesoscale
Sudeste do Brasil
TSM
Viés
Western boundary currents
description This doctoral dissertation discusses the basic dynamics of the mesoscale cyclonic quasi-stationary meanders of the Brazil Current and their impact on plankton distribution off SE Brazil. The wind-driven coastal upwelling systems in the region promote intrusions of nutrient-rich waters onto the continental shelf, supported by coastal divergence induced by the meanders. We perform experiments in a 1½-layer quasi-geostrophic (QG) model based on contour dynamics coupled to a Nutrients-Phytoplankton-Zooplankton (NPZ) model. The results suggest that mesoscale activity impacts the planktonic populations off SE Brazil. In situ observations of these phenomena are scarce. We present an unprecedented sampling effort that revealed submesoscale processes in a meander\'s rim. We show the biota responds to different dynamic regimes in distinct parts of the feature. Inspired by the observations, we choose to build a hierarchy of idealized models coupled to an NPZ model to investigate physical-biological interactions at mesoscale and submesoscale. We use a 2-layer QG model also based on contour dynamics, showing the meanders\' stationarity is due to the almost pure baroclinic nature of this system. The lateral stirring transports enriched waters offshore, impacting the NPZ fields in addition to the eddy-induced upwelling. Then, a continuously stratified model is used to investigate submesoscale dynamics. The results suggest that submesoscale processes increase the heterogeneity in the NPZ distribution, with preferred areas for enhanced biological activity shifting from the eddy center in a 10 km resolution experiment to the eddy rim in a 1 km resolution experiment. Lastly, we briefly investigate strong biases in sea surface temperature (SST) during coastal upwelling events.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-04-14
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21135/tde-18052023-141320/
url https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21135/tde-18052023-141320/
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv
dc.rights.driver.fl_str_mv Reter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais.
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Reter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais.
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.none.fl_str_mv
dc.publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
dc.source.none.fl_str_mv
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1815258241949499392