Ana Teresa dos Santos Picado Influência dos processos físicos na produção primária ao longo da ...

221 Pages·2016·31.1 MB·English

UniversidadedeAveiro DepartamentodeFísica
2016
Ana Teresa dos Influência dos processos físicos na produção
Santos Picado primária ao longo da costa noroeste da Península
Ibérica
Influence of physical processes on the primary
production along the Iberian Peninsula
northwestern coast

UniversidadedeAveiro DepartamentodeFísica
2016
UniversidadedoPorto FaculdadedeCiências
UniversidadedoMinho DepartamentodeFísica
Ana Teresa dos Influência dos processos físicos na produção
Santos Picado primária ao longo da costa noroeste da Península
Ibérica
Influence of physical processes on the primary
production along the Iberian Peninsula
northwestern coast
Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos
requisitosnecessáriosàobtençãodograudeDoutoremFísica,realizadasob
a orientação científica do Doutor João Miguel Sequeira Silva Dias, Professor
Auxiliar com Agregação do Departamento de Física da Universidade de
Aveiro e coorientação da Doutora Maria Ines Alvarez Fernandez, Professora
AssociadadoDepartamentodeFísicaAplicadadaFaculdadedeCiênciasde
Ourense da Universidade de Vigo e do Doutor Nuno Alexandre Firmino Vaz,
estagiáriodepós-doutoramentodaUniversidadedeAveiro.
AautorafoifinanciadapelaFundação
para a Ciência e Tecnologia
(FCT), através da bolsa de
Doutoramento com a referência
SFRH/BD/79920/2011, no âmbito do
Quadro de Referência Estratégico
Nacional (QREN) e do Programa
Operacional de Potencial Humano
(POPH), comparticipado pelo Fundo
Europeu e por fundos nacionais do
Ministério da Educação e Ciência
(MEC).

o júri / the jury
presidente/president DoutorAntónioManuelRosaPereiraCaetano
ProfessorCatedráticodoDepartamentodeMatemáticadaUniversidadedeAveiro
vogais/examinerscommittee DoutoraMaríaTeresadeCastroRodríguez
ProfessoraTitulardoDepartamentodeFísicaAplicadadaFaculdadedeCiênciasdeOurenseda
UniversidadedeVigo
DoutorRamiroJoaquimdeJesusNeves
ProfessorAssociadodoDepartamentodeEngenhariaMecânicadoInstitutoSuperiorTécnicoda
UniversidadedeLisboa
DoutorFernandoManuelRaposoMorgado
ProfessorAssociadocomAgregaçãodoDepartamentodeBiologiadaUniversidadedeAveiro
DoutorJoséCarlosPintoBastosTeixeiradaSilva
ProfessorAssociadodoDepartamentodeGeociências,AmbienteeOrdenamentodoTerritório
daFaculdadedeCiênciasdaUniversidadedoPorto
DoutorJoãoMiguelSequeiraSilvaDias
ProfessorAuxiliarcomAgregaçãodoDepartamentodeFísicadaUniversidadedeAveiro

Acknowledgements Firstly, I would like to express my sincere gratitude to my supervisors
Professor Jo˜ao Miguel Dias, Ines Alvarez and Nuno Vaz for the continuous
support of my PhD study and related research, for their patience,
motivation, and knowledge. Their guidance helped me during all the time
of research and writing of this thesis.
I also like to thank Nieves Lorenzo for her help, Paulo Leit˜ao and Jo˜ao
Ribeiro for their precious support in the implementation of the circulation
model and to Marcos Mateus for the tips in the biogeochemical model.
Thanks to all my colleagues at NMEC (Estuarine and Coastal Modelling
Division)fortheiravailabilityandhelpandallthefunwehavehadinthelast
years, specially to Magda and Carina for the support and encouragement.
A special thank to my friend Sandra Plecha not only for her scientific
support but also for her friendship. I also thank to all my friends for the
goodmomentswehaveshared,namelyAnita,Marquito,Mariana,Z´ePedro,
C´atia, Mariana Sardo, Canas, Michelle, Ana Sofia, Tiago, Marta, Sandra
Costa.
I would like to thank my family, specially my parents, grand parents,
aunt Celeste, sister, Pedro, for their encouragement, support and attention
throughout writing this thesis.
AveryspecialthanktomylittlenieceMadalenaandtoMiguelito, Pedrocas
and Adriana for the great moments.
Last but not the least, I am also grateful to Miguel for all the patience,
love and support through this venture.
ii
palavras-chave Pen´ınsula Ib´erica, afloramento costeiro, fitoplˆancton, clorofila, modelos de circula¸c˜ao e
biogeoqu´ımicos
resumo A costa noroeste da Pen´ınsula Ib´erica (PI) ´e caracterizada por intensa atividade hidrol´ogica
e biogeoqu´ımica, resultante em importantes recursos de peixe e marisco. Neste contexto,
o principal objetivo deste trabalho consiste no estudo da influˆencia dos processos f´ısicos
na produ¸c˜ao prim´aria da regi˜ao atrav´es de dete¸c˜ao remota e modela¸c˜ao num´erica. Com
este prop´osito, a linha de costa foi dividida em trˆes dom´ınios: segmentos costeiros oeste,
interm´edioenorte. Paracadaumdestessegmentosfoianalisadaavariabilidadedotransporte
de Ekman, do´ındice de afloramento (IA), da temperatura da superf´ıcie do mar (TSM) e da
concentra¸c˜ao de Clorofila-a (Clo-a) em termos de m´edias sazonais, anuais e mensais a partir
de dados de dete¸c˜ao remota. A influˆencia das condi¸c˜oes meteorol´ogicas, definidas atrav´es
de padr˜oes de circulac¸˜ao atmosf´erica (PCA), no IA e na concentrac¸˜ao de Clo-a foi tamb´em
avaliada e quantificada atrav´es de uma an´alise de probabilidade condicionada. Foi tamb´em
implementadoevalidadoumsistemademodelac¸˜aodecircula¸c˜aoebiogeoqu´ımicaparaa´area
de estudo. A sua valida¸c˜ao foi efetuada atrav´es da comparac¸˜ao das previs˜oes num´ericas com
dados in situ e de sat´elite de v´arias vari´aveis f´ısicas e biogeoqu´ımicas. Esta implementac¸˜ao
foi utilizada para investigar os padr˜oes de fitoplˆancton durante dois eventos de afloramento
costeiro distintos, observados principalmente nos segmentos costeiros oeste e interm´edio. Os
resultados da an´alise aos dados de detec¸˜ao remota sugerem que o transporte de Ekman, a
TSM e a concentra¸c˜ao da Clo-a tˆem diferentes ciclos anuais em cada segmento costeiro,
apresentando elevada variabilidade. Em geral, as condi¸c˜oes mais favor´aveis `a ocorrˆencia
de afloramento ocorrem nos segmentos costeiros oeste e interm´edio durante os meses de
primavera-ver˜ao e, consequentemente, ´e observada uma lente de ´agua mais fria junto `a
costa do que ao largo, assim como n´ıveis de Clo-a elevados. Pelo contr´ario, no segmento
costeiro norte a TSM ´e elevada, devido ao aquecimento de ver˜ao na zona sudeste do Golfo
da Biscaia, e a concentra¸c˜ao de Clo-a ´e baixa. Durante o inverno s˜ao observados elevados
n´ıveis de Clo-a nos trˆes segmentos costeiros, que est˜ao relacionados com o efeito cumulativo
de eventos de afloramento e de descargas fluviais, que favorecem a entrada de nutrientes
na costa. Os resultados da an´alise de probabilidades efetuada evidenciam que ao longo
do segmento oeste as rela¸c˜oes mais fortes entre os PCA, o IA e a concentra¸c˜ao de Clo-a
foram obtidas na primavera-ver˜ao, quando padr˜oes atmosf´ericos Norte, Nordeste e Noroeste
ocorrem. Nos segmentos costeiros interm´edio e norte verificam-se elevadas probabilidades de
IA e de Clo-a quando os padr˜oes atmosf´erico Este e Sul ocorrem, para as duas estac¸˜oes do
ano referidas. O modelo num´erico implementado demonstrou capacidade em reproduzir com
precis˜ao a dinˆamica da regi˜ao em estudo, quer `a superf´ıcie, quer ao longo da coluna de ´agua.
A an´alise dos resultados de modelac¸˜ao revela a existˆencia de duas c´elulas de afloramento nos
dois eventos estudados, sendo os padr˜oes de fitoplˆancton diferentes para cada evento. De
acordo com os resultados, quando ocorrem ventos fortes favor´aveis ao afloramento o tempo
de residˆencia na zona costeira ´e muito baixo, n˜ao permitindo um crescimento significativo
do fitoplˆancton. As ´aguas ricas em nutrientes e fitoplˆancton s˜ao ent˜ao advetadas para o
largo, onde o tempo de residˆencia ´e maior e existem condic¸˜oes favor´aveis para a fotoss´ıntese.
Para eventos de afloramento fortes ´e observado um fluxo direcionado para o equador junto `a
costa ao longo da coluna de ´agua, enquanto para eventos mais fracos este fluxo´e em dire¸c˜ao
ao p´olo, promovendo a reten¸c˜ao do fitoplˆancton na zona costeira. Em suma, a an´alise
efetuada aos dados de detec¸˜ao remota e de modelac¸˜ao num´erica contribu´ıram para melhorar
o conhecimento dos principais processos que influenciam a produ¸c˜ao prim´aria ao longo da
costa noroeste da PI, `a escala sazonal e de eventos. Como trabalho futuro destaca-se a
explora¸c˜aocommaiordetalhedadinˆamicadasc´elulasdeafloramentodetetadasedaresposta
do ecossistema `a sua presenc¸a, assim como o estudo da influˆencia de descargas fluviais na
produc¸˜ao prim´aria da regi˜ao, tirando partido da configurac¸˜ao num´erica desenvolvida.
iv