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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.90.2011.tde-24112011-125748
Document
Author
Full name
Franco Nadal Junqueira Villela
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Harari, Joseph (President)
Gianesella, Sonia Maria Flores
Gomes, Vicente
Title in Portuguese
Análise decadal do fluxo de CO2 entre o oceano e a atmostera na Passagem de Drake, Oceano Austral
Keywords in Portuguese
Antártida
CO2
dióxido de carbono
fluxo de CO2
Oceano Austral
Passagem de Drake
Península Antártica
pressão parcial
Abstract in Portuguese
VILLELA, FRANCO N. J. Análise decadal do fluxo de CO2 entre o oceano e a atmosfera na passagem de Drake, Oceano Austral. 2011. 148 f. Dissertação (mestrado) Programa de Pós-Graduação em Ciência Ambiental (PROCAM), Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011. Para a área delimitada pelos paralelos 60ºS e 62,5ºS e pelos meridianos 60ºW e 65ºW, localizada no sul da Passagem de Drake, no Oceano Austral, próximo à Península Antártica, foram calculadas as distribuições médias de 2000 a 2009, sazonais e anual, do fluxo de CO2 na interface oceano-atmosfera e de suas variáveis associadas: a pressão parcial de CO2 na superfície marinha (PCO2sw), a pressão parcial de CO2 na atmosfera (PCO2ar), a diferença da pressão parcial de CO2 entre o oceano e a atmosfera (PCO2) e a taxa de transferência gasosa (TR), que é produto do coeficiente solubilidade do CO2 na água do mar pela velocidade de transferência gasosa. A parametrização utilizada no cálculo dos fluxos foi a de Takahashi et al. (2009) com TR dependente da velocidade do vento ao quadrado multiplicada por um fator de escala 0,26. A área de estudo tem cerca de 75 mil km2 e foi dividida em uma grade espacial de 0,5º x 0,5º, resultando em 50 quadrículas. Foram utilizados mais de 46 mil medições de PCO2sw, que na média espacial variou de 362,7 ±11,2 a 371,9 ±17,5 µatm, no verão e primavera respectivamente. A PCO2 variou de -0,4 a 5,7 µatm no outono e primavera, respectivamente. A TR variou de 0,065 ±0,04 a 0,088 ±0,002 gC.mês-1.m-2.µatm-1, no verão e inverno, respectivamente. O fluxo líquido, se tomando a concentração de gelo como negligenciável, variou de -0,039 ±0,865 a 0,456 ±1,221 gC.m-2.mês-1, no outono e inverno, respectivamente. O fluxo total anual de carbono, estimado através da média espacial por quadrícula, foi de 95 GgC.ano-1. Dessa maneira, na estimativa anual, a superfície do mar se comporta como fonte de CO2 para a atmosfera, principalmente devido à região da plataforma continental com PCO2sw consideravelmente maior que o da atmosfera. Sazonalmente sugere-se que no verão a maior disponibilidade de radiação solar, a temperatura da superfície do mar (TSM) mais elevada e os ventos mais fracos favorecem a produção de biomassa fitoplanctônica, fazendo com que a bomba biológica seja o processo dominante na diminuição da PCO2sw e na absorção de CO2 atmosférico pela superfície marinha. Já no inverno, os ventos se intensificam e, associados com o forte resfriamento da TSM, promovem a mistura com águas profundas ricas em carbono inorgânico dissolvido, levando a superfície marinha a um estado de supersaturação de CO2 em relação à atmosfera. Ventos circumpolares de oeste mais intensos e deslocados para sul tem sido apontados como a causa do aumento da PCO2sw em igual ou maior taxa do que ocorre na atmosfera. Na área de estudo foi levantada uma tendência média da intensidade do vento de 0,23 ±0,03 m.s-1.década-1 e um aumento na freqüência da componente zonal de oeste (positiva) de 1,47 ± 1,13 % .década-1. Sugere-se que estas tendências estejam relacionadas com o Modo Anular Austral (SAM). Entretanto, a tendência decadal estimada para a PCO2sw foi menor que para a atmosfera, apesar de ambas indicarem tendência de aumento. Acredita-se que a grande variabilidade e distribuição esparsa de dados tenham mascarado a magnitude da estimativa da tendência de PCO2sw.
Title in English
Decadal analysis of the CO2 sea-air flux in the Drake Passage, Southern Ocean
Keywords in English
Antarctic Peninsula
Antarctica
carbon dioxide
CO2 partial pressure
CO2 sea-air flux
Drake Passage
Southern Ocean
Abstract in English
VILLELA, FRANCO N. J. Decadal analysis of the CO2 sea-air flux in the Drake Passage, Southern Ocean 2011. 148 f. Dissertação (mestrado) Programa de Pós-Graduação em Ciência Ambiental (PROCAM), Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011. For the area bounded by parallels 60°S and 62.5°S and meridians 60°W and 65°W, located in the southern Drake Passage in the Southern Ocean, near the Antarctic Peninsula, mean seasonal and annual distributions of CO2 flux at the ocean-atmosphere interface, from 2000 to 2009, have been computed, as well as their associated variables: the CO2 partial pressure at sea surface (PCO2sw), the CO2 partial pressure in atmosphere (PCO2ar), the CO2 pressure difference between ocean and atmosphere (PCO2), and the gas transfer rate (TR), which is the product of the CO2 solubility coefficient in sea water by the gas transfer velocity. The parameterization used to calculate fluxes was that of Takahashi et al. (2009) with TR depending on the squared wind speed multiplied by a scale factor 0.26. The study area has about 75,000 km2 and was divided into a grid of 0.5° x 0.5°, resulting in 50 area boxes. Over 46,000 PCO2sw measurements were used, which in the spatial mean varied from 362.7±11.2 to 371.9±17.5 µatm, in summer and spring, respectively. The PCO2 varied from 0.4 to 5.7 µatm in autumn and spring, respectively. TR varied from 0.065±0.04 to 0,088±0.002 gC.month-1.m-2.µatm-1, in summer and winter, respectively. The net flux, taking ice concentration as negligible, varied from 0.039±0.865 to 0.456±1.221 gC.month-1.m-2, in autumn and winter, respectively. The total annual carbon flux, estimated through the spatial mean per square, was 95 GgC.y-1. Thus, in the annual estimate the region acts as a source to the atmosphere, mainly due to the continental shelf having PCO2sw considerably greater than that of the atmosphere. Seasonally, it is suggested that in summer the greater availability of solar radiation, warmer sea surface temperature (SST), and weaker winds favor the production of phytoplanktonic mass, making the biological pump the dominating process in lowering the PCO2sw and the absorption of atmospheric CO2 by the sea surface. On the other hand, in winter winds intensify and, in association with the strong cooling of the SST, promote mixing with deep waters rich in dissolved inorganic carbon, leading the sea surface to a state of supersaturation in CO2 relative to the atmosphere. Stronger circumpolar west winds and displaced to the south have been pointed as the cause for the increase of PCO2sw at a rate equal to or greater than that occurring in the atmosphere. In the study area it has been detected a mean trend of wind intensity 0.23±0.03 m.s-1.decade-1 and an increase in the western zonal component of 1.47±1.3%.decade-1. It is suggested that these trends are related to the Southern Annular Mode (SAM). However, the decadal trend estimated for the PCO2sw was smaller than for the atmosphere, in spite of both indicating increasing tendencies. It is believed that the great variability and scatter distribution of the data have masked the magnitude of the PCO2SW trend estimate.
 
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FrancoVillela2011.pdf (9.55 Mbytes)
Publishing Date
2012-02-08
 
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