CAPÍTULO 3   -    (ATENÇAO DIETER E AIRTON) 
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 (SEGUNDO Esboço de Plano de Implementação para o GLOSS/Brasil)

Primeiro Esboço alterado em 22 e 23/11/2002, em reunião na DHN
www.mares.io.usp.br/aagn/glossbrasil

3 - JUSTIFICATIVAS E MOTIVAÇÕES 

Os dados provenientes de monitoramento do GLOSS-Brasil, Sistema Global de Medição do Nível do Mar são necessários a um amplo conjunto de pesquisas científicas no Atlântico Equatorial e Sul, incluindo a Antártica, bem como a muitas aplicações práticas na Costa Brasileira. 

3.1 -  Circulação Oceânica

A circulação da área Equatorial Atlântica, na costa Norte do Brasil, foi inicialmente estudada por Moreira da Silva (1958). Em seu trabalho pioneiro, as correntes geostróficas calculadas, embora supondo na área um nível de movimento nulo à 1000m de profundidade, mostraram  ciclones anti-horários, que mais tarde vieram a se confirmar na complicada circulação da área. 

A área Equatorial continuou a ser estudada por pesquisadores nacionais, durante a realização das EQUALANTS de 1960 a 1964, durante a realização do GATE (GARP Atlantic Tropical Experiment) em 1974 e durante o First GARP Global Experiment (FGGE) em 1979, quando  a circulação oceânica Equatorial pode ser finalmente delineada  em sua inteireza .  

3.1.1  Área Equatorial Atlântica

A circulação geral da área, esquematizada na Fig, (3), França (2000), é detectada por medições altimétricas do nível do mar. Essas medições, com a utilização de dados dos satélites de gravidade como o CHAMP (Challenging Minisatellite Payload da Agência Espacial Alemã e GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) da NASA, que já  foram lançados e  também outros tais como GOCE  (Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer) da ESA (European State Agency), a ser lançado em 2005,  juntamente com medições maregráficas e pelágicas  na costa Norte Brasileira, poderão dar uma contribuição importante ao conhecimento das correntes Equatoriais do Atlântico. 

A solução das equações hidrodinâmicas tridimensionais com as assimilações em tempo real das alturas de maré fornecidas pelo GLOSS Brasil, juntamente com as medições altimétricas (JASON) e gravimétricas (GRACE, SHAMP, etc), estas não tanto em  tempo real, poderão fornecer uma descrição realista do sistema Equatorial Atlântico de correntes com níveis de acurácia jamais conseguidos.  

Estas, juntamente com as medições do programa PIRATA na área Tropical Atlântica, em andamento, poderão, em conseqüência, contribuir valiosamente para o entendimento das escalas temporais do clima do Nordeste Brasileiro. Ver Item 3.6 abaixo.  

3.1.2 Circulação  SPSP/Fernando de Noronha/ Natal

A Circulação  entre Fernando de Noronha e o  Arquipélago São Pedro e São Paulo poderá ser estimada com grande precisão á partir dos gradientes das alturas dinâmicas medidas acuradamente com  as composições dos dados altimétricos e os dados gravimétricos, monitorados também pelos dados de nível do mar obtidos em ambos os locais . 

 Deve-se notar que para isso será necessária a manutenção do Arquipélago de  SPSP como uma das estações do GLOSS/Brasil e que, além disso, com o desenvolvimento das análises de dados altimétricos, Mitchum (2002),  será possível com os dados de SPSP se estimar  o movimento da crosta em região da Cordilheira do Atlântico Sul. Essas estimativas são de grande interesse Geofísico e podem ser aduzidas às presentes justificativas para a manutenção da estação GLOSS/Brasil.

A Circulação Fernando de Noronha /Natal  de forma análoga pode ser estimada com grande precisão e é de extrema importância oceanográfica, pois pode monitorar o transporte de calor do ramo Norte da Corrente do Brasil que contribui, mais ao Norte, para a formação da Corrente Equatorial Submersa, Fig.(3), importante elemento Climático da Circulação Equatorial no Atlântico.

3.1.3 Circulação Rio de Janeiro / Ilha Trindade

O estudo da Circulação entre o Rio de Janeiro e a Ilha de Trindade será grandemente beneficiado como as medições GLOSS nesses locais que  contribuirá para o monitoramento do transporte de calor da corrente do ramo Sul da Corrente do Brasil, através de estimativas das variações do nível estérico do mar implícito nas variações do nível do mar. A DHN de longa data tem um programa de medições oceanográficas da Seção Rio Trindade que comporá bem com as medições do GLOSS no monitoramento da Corrente do Brasil, tendo em vista a sua contribuição à climatologia da região Sudeste.

3.1.4 Circulação da Região Sudeste do Brasil 

A circulação da Região Sudeste foi primeiramente estudada por Emilson (1961), que definiu as massas de água da área e estimou por cálculo geostrófico o valor médio da velocidade da Corrente do Brasil, bem como os da Água Intermediária Antártica e da Água Costeira. Medições de correntes acompanhadas de medições pelágicas de nível do mar (indicadas na Fig. (1) por anos de 1976, 1977 e 1980), começaram a ser feitas 25 anos depois. 

Alguns dos resultados podem ser vistos em www.mares.io.usp.br ícone GLOSS  Afro America GLOSS News , Edição : 4(1), 2000,  “On the Harmonic Constants and Tidal Ellipses of Currents in the South Eastern Brazilian Shelf” e na Edição: 3(1), 1999, “Propagation of Tides and Circulation of Tidal Currents of the South Eastern Brazilian Shelf”.

Baseados  nessas mesmas medições pelágicas do nível do mar foram desenvolvidos por Harari (1977) e por Harari e Camargo (1997) os primeiros modelos tridimensionais de circulação de maré da região Costeira Sudeste. Agora as medições pelágicas serão utilizadas com auxílio de medições ao longo da sessão Capricórnio Fig. (1), em projeto de pesquisas aprovado pela FAPESP (Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo),  dentro do Programa SIHESP (Sistema Hidrológico do Estado de São Paulo). 

Utilizando as medições altimétricas procura-se estimar as escalas temporais do ciclo hidrológico da Região Sudeste através de análises em confronto com as variações de transporte de calor na sessão Capricórnio, conforme indicado no Item 3.6 abaixo. A utilização das medições gravimétricas por satélites ( GRAVISAT, GRACE, SHAMP etc) aumentarão em acurácia a estimativa do transporte de calor e em conseqüência a estimativa das escalas do ciclo hidrológico  da Região Sudeste.   

 3.1.5 Circulação do Atlântico Sul e da Antártica  

As medições de nível do mar em tempo real, a intervalos de 6 e 10 minutos, a ser propiciadas pelo GLOSS Brasil e outras pelo GLOSS internacional, provenientes de portos do continente Africano e da Antártica permitirão que sejam utilizados programas de computador relativos à resolução numérica das equações hidrodinâmicas para o Atlântico Sul . 

Essas soluções, se obtidas com o apoio de dados altimétricos de nível do mar do satélite JASON e com o apoio de medições diretas da gravidade oceânica do satélite GRACE ,  podem permitir o conhecimento com alta acurácia dos valores das correntes em locais inacessíveis do Atlântico Sul bem com da Antártica. Note-se que esses dados não são obtidos a intervalos menores do que 10 dias, tornando necessárias para fins computacionais, medições mais adensadas no tempo das Estações GLOSS, acima mencionadas, de forma a se obter  soluções computacionais confiáveis. 

Correntes de fundo oceânico situadas na Cordilheira Atlântica, correntes associadas a Água Antártica de Fundo, bem como correntes associadas a Água Intermediária Antártica podem vir a  ser corriqueiramente estimadas com grande acurácia via computador, cada dia mais rápidos e com crescente capacidade de armazenamento de  dados.

Programas para a  solução das equações hidrodinâmicas tridimensionais,  como em Harari (1977) e Harari & Camargo (1997) e o desenvolvido por França (2000) para dados do TOPEX/POSEIDON da área Equatorial Atlântica, dispõem de elementos embrionários, a partir dos quais as novas medições globais de valores da gravidade terrestre poderão ser incorporados na solução das equações hidrodinâmicas do programa GLOSS-Brasil.  

Há um certo descompasso entre a ênfase dada à altimetria de satélite e como ela se encaixa no GLOSS-Brasil e no GLOSS Internacional. Ou isto é colocado de forma explícita ou deveria ser diminuída a “importância” dada à parte de altimetria dentro do texto do GLOS-Brasil. Como acho que a solução é a primeira, deveria se buscar no GLOSS Internacional o material que justifique a importância da altimetria satelital para o futuro GLOSS Brasil. Do modo que está, além de desproporcional, não fica claro que relação há entre GLOSS e Altimetria. E.M.

3.2 - Tendências de Longo Termo do Nível Do Mar

Desde 1820 a 1840, que inclui o ano de 1831 no Primeiro Império, o Nível Médio de Longo Termo (nível relativo do mar medido ao longo da reta de regressão do período), permaneceu relativamente constante e o Nível Relativo do Mar desse ano, tomado localmente como uma referência de Nível, no Porto do Rio de Janeiro, foi satisfatório na sua função de marco geodésico para a aplicação da Lei 9760 de 1946, que regula os limites da propriedade da terra da União . 

De fato, houve durante o período uma pequena variação em direção do aumento da temperatura do ar e o conseqüente pequeno aumento do Nível relativo do mar, que começou nos últimos 15.000 anos, que no entanto não causavam preocupação por serem bastante pequenas.    ????????????? 15000 ANOS? NOTAR QUE SEGUNDO A GEOLOGIA, OS ÚLTIMOS 5000 ANOS, OR SO, TEM SIDO DE DIMINUIÇÃO DO NÍVEL DO MAR!!!!!!!!!!!!!!! EM

Naquele tempo, no ano de 1822, a ferramenta básica para a análise de marés foi desenvolvida por J. B. Fourier a partir de Isaac Newton que tinha descoberto as leis básicas da física para seu entendimento. A revolução industrial  então ocorreu  estendendo seus efeitos em todo século XX, com crescente produção de gases estufa.  

O conseqüente aumento da temperatura do ar esquentou os pólos da Terra, causando o degelo polar e o associado aumento do Nível Relativo do Mar, seguido da liberação da crosta terrestre nas áreas polares, Peltier (2000). O Nível Relativo do Mar teve também um acréscimo devido ao aquecimento direto das águas marinhas seguido de expansão térmica.

Em direção oposta à liberação das áreas polares em conseqüência do menor peso devido ao degelo polar, está agindo a variabilidade da obliqüidade do vetor momento angular Terrestre, Chao (1999), fazendo o Trópico de Câncer no hemisfério Norte e o de Capricórnio no hemisfério Sul se aproximarem do plano Equatorial, produzindo novo período de glaciação e, então, um aumento da camada de gelo polar, em conseqüência do limitado tempo de incidência da radiação solar na Terra, restrita a uma área em torno do plano do Equador, durante o ciclo sazonal. Tal efeito tem período de Milankovitch de  cerca de 41K anos, IGBP (1996). 

Portanto, Glaciação e Aquecimento Global produzem no Nível Relativo do Mar efeitos opostos. Em sentidos opostos se movimentam também os dois índices para medir o Nível  do mar que são o Nível Relativo do Mar (NRM), nas áreas Tropicais, onde em geral ele aumenta, e o Nível Relativo do Mar Global (NRMG), que inclui a área Tropical e as áreas Polares, onde ele decresce, devido ao aliviamento da crosta, fazendo a média global se tornar  negativa o que indica um decréscimo do NRMG . Mesquita ,(1994).
 
Em conseqüência das dificuldades em se medir tais efeitos que se contrapõem,  as medições da variação do  Nível Absoluto do Mar, nos Trópicos e nas áreas Polares, podem ser uma forma mais simples, se não a única forma, de se estabelecer com acurácia como o Nível  do Mar em cada continente  se ajusta, para mais ou para menos, ao longo (das longitudes) e como deverá se ajustar nas mudanças climáticas de causa antrôpica dos dias atuais em anos bastante próximos.

As tendências da variação do Nivel Relativo do Mar nas costas Brasileiras podem ser vistas na Fig. ( 4 ) que mostra que até o presente está havendo um pronunciado e crescente aumento do Nível do Mar. Ver também www.mares.io.usp.br  ícone Praias Arenosas.

3.3 -   Nível Relativo do Mar no Brasil e em Outras Regiões 

Análises do Nível Relativo do Mar em Cananéia tem sido feitas em poucas ocasiões  por diferentes autores. Instalado em 1946 o medidor do Nível Relativo do Mar de marca AOTT registra até o momento um aumento do Nível Relativo do Mar da ordem de 40 cm/século (Mesquita , Harari & França 1996). (Ver também www.mares.io.usp.br ícone GLOSS, Afro -América GLOSS News, Edição 5(1), de 2001. Essa estimativa foi colocada em comparação com as estimativas da variação do Nível Relativo do Mar de portos da América do Sul e dos portos da África Atlântica e o resultado é mostrado na Fig ( 4  ). 

As estimativas desses portos foram obtidas  por Mesquita (1994) a partir de dados médios anuais fornecidos pelo Permanent Service for the Mean Sea Level, organismo da IAPSO (International Association for the Physical Sciences of the Oceans). As estimativas levando em conta todas as estações distribuídas pelo PSMSL mostraram que o Nível Relativo do Mar é da ordem de 10 a 20 cm por século e que na costa Brasileira o Nível Relativo do Mar tem valor médio ao redor de 30 cm/século como mostrado na  Fig. ( 5 ). 

Estimativas mais recentes, embora obtidas através de apenas de 9 anos de dados altimétricos globais do Satélite TOPEX/POSEIDON, na área Equatorial Atlântica por França (2000), (Ver  www.mares.io.usp.br Ícone GLOSS, Afro-America GLOSS News, Edição 3(1) de 1999), corroboram a estimativa da razão do aumento do Nível Relativo do Mar da costa Brasileira (40cm/sec), como mostra a Fig. (4B). Esse valor se situa bem acima da média global do Nível Relativo do Mar obtida por Douglas et al. (1999), (10 a 20 cm/s) e adotada pela Intergovernmental Pannel for Climatic Changes (IPCC) como a média global do Nível Relativo do Mar. 

Procura-se então estabelecer com precisão o valor da razão de variação do Nível Absoluto do Mar em Cananéia e Ubatuba e estabelecer com bastante confiabilidade a razão da variação do Nível Relativo do Mar no litoral de Estado de São Paulo nos dias presentes de forma a se conhecer as razões dessas variações em comparação com a média global definida pelo IPCC. 
  
Para maior acompanhamento internacional dos trabalhos a serem realizados deve vinculada a estação de Cananéia ao projeto TIGA ("GPS - Tide Gauge Benchmark Monitoring - Pilot Project") da Comissão Oceanográfica Inergovernamental(COI)/UNESCO, bem como a vinculação das estações de Cananéia e Ubatuba com a RMPG (Rede Maregráfica Permanente para Geodésia).

3.3.4- Legislação Sobre Imóveis da União - Zona Costeira -

Nas Estações de Pesquisas do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo em Cananeia e Ubatuba tais estudos sobre o Nível Absoluto do Mar (NAM) estão preliminarmente sendo feitos através de medições esporádicas do movimento vertical da crosta por meio de GPS, emprestado do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) e por meio de medições gravimétricas com gravímetros relativos emprestados da Escola Politécnica da USP, Denisar (1999) . Veja www.mares.io.usp.br/aagn/ind.html         Franco (2000)  Veja  www.mares.io.usp.br/aagn/ind.html.

A despeito das indicações com direções opostas com relação aos valores dos diferentes índices (NRM e NAM) de medição do Nível relativo do mar é altamente provável que o Nível Relativo do Mar de Cananéia, bem como ao longo de toda a costa Brasileira esteja subindo à razão de 40 cm/século Mesquita et al.(1996) e isso é mais do que suficiente para se ter de tomar medidas urgentes que permitam o uso acurado da lei 9760 de 1946 na demarcação dos Terrenos de Marinha, que levem em conta a variação do Nível Relativo do Mar dos dias presentes. 

O Legislador local em 1946 ao assumir o Nível Relativo do Mar do ano de 1831 do porto do Rio de Janeiro como o marco  geodésico como o nível de referência para a determinação dos limites do Terreno de Marinha, em todo o território nacional não levou em conta o conhecimento científico incorporado pela ciência desde 1831 até 1946 e que  vai desde as “Glaciações” ao “Aquecimento Global”, entre outros .

Tais fenômenos tornam móveis as, antigamente admitidas como, propriedades imóveis da União, como os Terrenos de Marinha. Esta é outra razão porquê há grande interesse e mesmo necessidade de se medir a razão de variação do Nível Absoluto do Mar (NAM). Para isso deve-se  medir também e acuradamente a razão de variação do Nível Relativo do Mar (NRM), ao longo de toda a costa Brasileira, nos dias atuais. 

AQUI DEVERIA SER MENCIONADO QUE HÁ UM NOVO PROJETO DE LEI, EM TRAMITAÇÃO NO CONGRESSO, QUE DEVERIA SE BASEAR NÃO SÓ NO CONHECIMENTO CIENTÍFICO ATUAL, MAS NOS BENEFÍCIOS QUE O MONITORAMENTO DO NM TRARIA. BASTE MENCIONAR QUE O CITADO PROJETO NÃO LEVA EM CONSIDERAÇÃO AS MUDANÇAS DO NÍVEL COMO ESTAS ACONTECEM (SEJAM OS 40 CM/SEC OU OS 20 CM/SEC SÃO IGNORADOS) EM

A Fig. ( 6) mostra resultado de medições em Barra do Una, de acordo com que dispõe a Lei de 1946, indicando que marcação do limite do Terreno de Marinha não foi feita em concordância com a legislação. Há a possibilidade que equívocos semelhantes podem estar ocorrendo em toda a costa Brasileira o que torna a reativação da rede de Estações desativadas uma necessidade legal urgente. Ver também www.mares.io.usp.br ícone GLOSS – Afro America GLOSS News Edição 4(1) de 2001. 

3.5 -  Movimentos Locais da Crosta

Os movimentos horizontais da crosta tem sido medidos recentemente em todo o território nacional por vários pesquisadores. Longos conjuntos de dados de medições contínuas de GPS de cidades brasileiras como Fortaleza, Brasília Presidente Prudente e Curitiba foram utilizados por Bevis (1999) na análise de deslocamentos da crosta. 

Ele encontrou movimentos horizontais de cerca de 1mm/ano em direção a Nordeste para as primeiras duas e cerca de 1mm/ano em direção Sudoeste para as outras duas, a partir de dados fornecidos pelo Instituto Brasileiro de Geografia e  Estatística (IBGE). 

Medições similares de GPS (três anos) foram também usadas no porto de Honolulu, Ilha de Oahu, para se detectar movimentos verticais da crosta nessas ilhas vulcânicas da ordem de 10 mm/ano. Isso torna altamente provável de sucesso a aplicação da mesma metodologia às medições nas costas Brasileiras de forma a se detectar movimentos verticais da ordem de 1-2mm por ano.

Dentro dos próximos dois anos um membro do staff deste programa de pesquisas deverá estagiar no Laboratório da Universidade de Hawaii a fim de se familiarizar com os procedimentos de medições adotadas pelo Dr Bevis de forma a aplicá-las nas medições de Cananéia e de Ubatuba. 

Estimativas do deslocamento vertical da crosta em CANANEIA podem também ser obtidas   a partir da série de nível relativo do mar do local e dos dados simultâneos de altimetria do TOPEX/POSEIDON. Um trabalho em cooperação entre os laboratórios MAPTOLAB e o da Universidade de  Florida do Sul  nesse sentido está sendo realizado e um membro da equipe científica do laboratório deverá visitar a Universidade de Florida do Sul para se familiarizar  com o trabalho de altimetria que lá está sendo realizado.

Essas iniciativas se somam a outras já tomadas no âmbito do Convênio de Cooperação entre  o IOUSP e o POL (Proudman Oceanographic Laboratories) da  Inglaterra , através do CNPq, que permitirá trazer o Dr Trevor Backer, do POL,  para fazer medições pontuais de Gravidade Absoluta nas Bases de pesquisas de Cananeia e de Ubatuba. Dentro desse programa está também prevista a ida de membro da equipe do laboratório MAPTOLAB que deverá visitar o POL para se familiarizar com o trabalho de gravimetria  absoluta que está sendo feito dentro do âmbito da UE.    

3.6	- Inferências de Ciclos Climáticos

Os ciclos climáticos básicos que, aparentemente, se estendem por todo território nacional foram estimados por Mesquita & Morettin (1984) e são os de escalas decenais e intradecenais do ciclo hidrológico da cidade de Fortaleza, Brasil. Trabalhando com dados de precipitação atmosférica e objetivando inferir alguma periodicidade do que poderia se chamar de "Secas do Nordeste Brasileiro", a partir de 132 anos de medições, por meio de análise Fourier, foram determinadas as escalas de  65 , 26 , 13,3 , 3,6 e 2,2 anos como as escalas dos ciclos climáticos. Essas escalas foram estimadas a partir do espectro na Fig (5).  

Tais escalas são bastante similares às obtidas em dados de nível do mar da cidade de Cananéia e de fluxo de rios da cidade de São Paulo. As variações do nível do mar de Cananéia foram determinadas com intervalos estatísticos de significância de 95%, a partir de 35 anos de dados médios mensais, indicando as faixas espectrais de 26, 13, 5,4, 3,6 e 2,3 anos, através da análise da função de autocovâriança alisada por Mesquita, Harari e França (1996). O espectro resultante é mostrado na Fig (6). 

As mesmas escalas de variabilidade do nível do mar foram encontradas na série de San Francisco, Estados Unidos, portanto muito distante das cidades de Cananéia e de Fortaleza. A análise espectral foi  feita através da transformada de Fourier de dados anuais de nível do mar da qual se retirou a tendência. O espectro mostrado na Fig (7) indica claramente a existência de bandas espectrais centradas nos picos de 26, 13, 5,4 3,6 e 2,3 anos que são bastante similares àquelas mostradas no nível médio de Cananéia. As mesmas faixas espectrais são encontradas em dados de nível médios anuais das cidades de Antofagasta (Chile), Balboa (Panamá) e de outros portos do Pacífico . 

A variabilidade decenal e intradecenal do ciclo hidrológico da cidade de São Paulo foi estimada através de análise espectral de fluxo de rios. A séries dos rios Tietê, Paraíba do Sul e do rio Paranapanema  foram analisadas através transformada de Fourier de funções de autocovarianças alisadas e os resultados mostrados na Fig (8) também indicam a existência das faixas espectrais centradas em 13, 6,5 3,3 e 2,2 anos. Note-se que a banda espectral centrada em 6,5 anos também existe no espectro de nível do mar de Cananéia apenas não foi aceita em razão de não ter sido determinada com o intervalo de confiança de 95% . 

As evidências das escalas com que os ciclos climáticos ocorrem e condicionam todo território nacional são, portanto, claras e estão associadas a causas de longa data  conhecidas, Caviedes (), Morettin e Mesquita (1985) e, mais recentemente, também reconhecidas e indicadas por Kevin & Kevin (2002 ). 

O interesse no exame desses ciclos aumentou com o recente programa SIHESP (Sistema Integrado Hidrológico do  Estado de São Paulo), onde se propõem utilizar as medições altimétricas do nível do mar do satélite Topex/Poseidon para monitorar e analisar o nível do mar e por conseguinte a quantidade de calor transportado ao longo da sessão Capricórnio .

Basicamente monitorar o conteúdo de calor transportado e inferir procedimentos de como entender o fenômeno que grandemente interfere na geração de energia elétrica do país, que é dependente das geradoras hidrelétricas e, portanto, largamente dependentes desses ciclos climatológicos.

Caviedes ()  

3.7	- Processos de Erosão da Linha da Costa

         (Dieter)   -  Descrever os existentes - 

3.8	 - Problemas de Operação Portuária e o Nível do Mar
       
                     (Airton)  - Descrever os existentes  -