Figura 1. 'A noite estrelada' de Van Gogh e o 'oceano perpétuo' criado pelo Goddard Space Flight Center da NASA. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
Uma equipe de pesquisa KAIST relatou algumas das características únicas e forças motrizes por trás da turbulência geofísica submesoescala. O uso de análises de big data sobre correntes oceânicas e concentrações de clorofila observadas em radares costeiros e satélites trouxe uma melhor compreensão dos processos oceânicos em escalas de tempo e espaço de O (1) quilômetro e O (1) hora. Os resultados deste trabalho levarão a um melhor rastreamento de materiais de origem hídrica e desempenho em modelos de previsão climática global e regional.
Em 2012, A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (NASA) lançou um clipe de filme chamado "Oceanos Perpétuos, "que visualizou a circulação do oceano obtida a partir de observações da altura da superfície do mar derivadas de um altímetro de satélite ao longo de dois anos e meio. Quando o filme foi lançado ao público, recebeu muita atenção porque os padrões de circulação eram impressionantemente semelhantes a "The Starry Night" de Vincent van Gogh.
"Perpetual Oceans" está cheio de padrões de fluxo vortical que descrevem os movimentos turbulentos do oceano em mesoescala (uma escala de 100 km ou maior). Enquanto isso, O professor Sung Yong Kim do Departamento de Engenharia Mecânica e sua equipe se concentraram no estudo da turbulência oceânica em sub-mesoescala (escalas de espaço e tempo de 1 a 100 km e horas).
Os processos de sub-mesoescala são importantes porque contribuem para o transporte vertical de traçadores oceânicos, massa, flutuabilidade, e nutrientes e retificam tanto a estrutura da camada mista quanto a estratificação da parte superior do oceano. Esses estudos de processo foram baseados principalmente em simulações numéricas porque as medições tradicionais do oceano in situ podem ser limitadas em sua capacidade de resolver as estruturas horizontais e verticais detalhadas desses processos.
Figura 2. Um diagrama esquemático das cascatas de energia nas direções para frente e para trás e a escala espacial onde a energia é injetada. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
A equipe conduziu uma análise de big data em observações de hora em hora de mapas atuais da superfície do oceano de um ano e mapas de concentração de clorofila de cinco anos, obtidos a partir de instrumentos de sensoriamento remoto, como radares costeiros de alta frequência (HFRs) e imagens geoestacionárias do oceano (GOCI) para examinar as características únicas dos processos oceânicos de submesoescala.
A equipe analisou a mudança de inclinação dos espectros de energia do número de onda das observações em termos de estação e direções de amostragem. Por meio da análise, a equipe provou que a cascata de energia (um fenômeno no qual a energia em grande escala se transfere para energia em pequena escala ou vice-versa durante o trânsito turbulento de energia) ocorre na escala espacial de 10 km nas direções direta e inversa. Isso é impulsionado pela instabilidade baroclínica em oposição à frontogênese impulsionada por turbilhões de mesoescala na escala O (100) km com base nas circulações submesoescala regionais observadas.
Este trabalho contribuirá para a parametrização de fenômenos físicos de sub-mesoescala no campo da modelagem global de alta resolução dentro da física oceânica e atmosférica e também das mudanças climáticas. Com base na compreensão do princípio da circulação de superfície sub-mesoescala, aplicações práticas podem ser derivadas para radioatividade, recuperação de derramamento de óleo, e rastreamento de poluentes marinhos.
Figura 3. Um instantâneo do mapa de concentração de clorofila derivado de imagens geoestacionárias de cores do oceano (GOCI) na costa leste da Coreia, apresentando vários exemplos de fluxos turbulentos de sub-mesoescala. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
Além disso, os dados usados nesta pesquisa foram baseados em observações de longo prazo em correntes de superfície sub-mesoescala e concentrações de clorofila, que pode refletir os processos de submesoescala ativamente gerados na frente subpolar da costa leste da Coréia. Portanto, este estudo pode ser potencialmente benéfico para análises integradas de big data usando correntes de superfície derivadas de radar costeiras de alta resolução e produtos derivados de satélites e motivar pesquisas interdisciplinares entre física e biologia oceânica.
Esta pesquisa foi publicada como dois artigos complementares no Journal of Geophysical Research:Oceans em 6 de agosto, 2018.
Figura 4. Espectros de energia das correntes de superfície derivadas de HFR e concentrações de clorofila derivada de GOCI e a variabilidade temporal das inclinações de decaimento espectral nas direções cross-shore e ao longo da costa. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
