Tridimensional structure of the wind-driven currents over southern Brazil continental shelf

Um modelo numérico tridimensional foi adaptado para o estudo da circulação gerada pelo vento sobre a plataforma continental da Região Sul do Brasil durante o verão e o outono. O modelo oceânico de Princeton (POM) é usado em um domínio limitado com grade curvilínea de alta-resolução, além de linha de costa e batimetria realísticas. As forçantes são variáveis no tempo e incluem tensão de cisalhamento do vento, descarga fluvial, campos termohalinos e nível médio do mar. Os objetivos são simular a resposta da plataforma a estas forçantes, comparar os resultados do modelo com observações oceanográficas afim de estabelecer a confiança do modelo, e subseqüentemente analisar os campos resultantes para ajudar na compreensão do comportamento da circulação observada. As variáveis do modelo mostram boa concordância geral com as correspondentes observações. É encontrado um claro padrão sazonal da circulação gerada pelo vento sobre a plataforma, com fluxos de superfície para sul e para o largo durante o verão, resultando em ressurgência de águas frias de fundo, e para norte e para a costa durante o outono, resultando em subsidência de águas menos densas. Tal circulação aumenta a estabilidade vertical no verão, devido ao aquecimento de superfície e ressurgência de águas frias, e aumenta a mistura vertical e a homogeneidade vertical no outono, devido à subsidência de águas menos densas, a qual causa forte aceleração da pluma fluvial existente na plataforma interna. Os resultados também demonstram que os cabos e promontórios da Região Sul do Brasil desempenham papel fundamental na variabilidade ao longo da costa do fluxo de ressurgência, incluindo o estabelecimento de jatos costeiros baroclínicos, os quais tendem a se separar da costa ao sul de cabos, mostrando uma circulação tridimensional de ressurgência, com complexa dependência espaço-temporal. Durante o outono, o empilhamento de subsidência, somado à presença da pluma fluvial, estabelece uma corrente costeira barotrópica, chamada aqui de \'\'Corrente Costeira de Rio Grande\'\', causando a intrusão de águas frias a partir do sul para a plataforma continental brasileira. A avaliação dos campos de velocidade mostra que o transporte de Ekman pleno se desenvolve na região ao largo das frentes de ressurgência ou subsidência, deixando em direção à costa uma zona dominada por fricção, com estratificação e velocidades perpendiculares fracas. Esta região é denominada aqui de \'\'plataforma interna\'\' e se estende da costa até a isóbata de 30m no verão e até a isóbata de 45m no outono, com esta variação resultando de variações na profundidade da camada de Ekman.A three-dimensional numerical model has been adapted for the study of the wind-driven flow on the continental shelf off southern Brazil during the summer and autumn seasons. The Princeton Ocean Model (POM) is used in a limited area domain with a high-resolution (eddy resolving) curvilinear grid, with realistic coastline and bottom topography. The forcings include time-varying wind stress, termohaline fields, fluvial discharges and mean sea level. The objectives of the study are to simulate the response of the shelf circulation to these forcings, to compare model results with oceanographic observations, to stablish the model confidence, and to subsequently analyse the model fields a contribution to understand the behavior of the observed flow. The model variables show overall good agreement with corresponding observations. It is found a clear seasonal pattern of wind-driven circulation over the shelf, with surface offshore and southward net flow during summertime, which results in bottom cold water upwelling, and onshore and northward net flow during autumntime, which results in less dense water downwelling. This circulation enhances vertical stability in summer, due to solar surface heating and cold water bottom upwelling, and enhances vertical mixing and unstratified conditions in autumn due to downwelling of less dense water, which causes strong downwind acceleration of river plume innershelf waters. The results also demonstrate that coastal capes and promontories play a dominant role in causing alongshore variability of the upwelling flow over southern Brazil, including the setup of alongshore coastal baroclinic jets, which tend to separate from the coast south of capes, showing a three-dimensional upwelling circulation, with complex time and space dependence. During autumntime, the downwelling wind setup, in addition to the river plume waters, set up a barotropic coastal current, named here \'\'Rio Grande Coastal Current\'\', causing the intrusion of southern colder water over the Brazilian shelf. The evaluation of velocity fields shows that full Ekman transport develops in the region offshore of the upwelling or downwelling fronts, leaving onshore a region dominated by friction with relatively weak stratification and cross-shore currents. This region is named here \'\'innershelf\'\' and extends seaward from the coast until the 30m isobath in summer and the 45m isobath in autumn, showing this seasonal variation due to Ekman layer depth variations