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Brasil

Entenda sobre previsão oceânica e qual a diferença para a previsão costeira

DOUGLAS NEMES, PHD.

As ondulações se comportam de maneira diferente no oceano e quando chegam na praia. Por isso há diferenças na previsão. Vem entender, que o professor Swell explica!

Atualmente existem pelo menos 15 agências mundiais de atmosfera e oceano que tem a capacidade operacional de gerar previsão meteorológica e oceanográfica global. Isto significa que nestes centros de pesquisa e desenvolvimento existem esforços computacionais gigantescos, cujos processadores em série (cluster) conseguem resolver várias equações físicas de transferência de energia e movimento ao longo de uma grade/malha computacional que envolve todo o planeta. 

Figura 1. Malha computacional ECMWF.

O domínio computacional é a superfície do Planeta, onde a grade computacional ou também chamada de malha numérica, é como uma “rede de pesca” que cobre o planeta. Esta analogia é para você entender que os nós da rede de pesca são onde estão sendo realizados centenas de cálculos dos processos físicos que ocorrem na atmosfera. A conexão entre os nós é por onde são transmitidos os resultados destas equações, que em conjunto geram a hidrodinâmica global. 

Figura 2. Cálculos físicos de hidrodinâmica do planeta.

Dessa forma, dá para imaginar que quanto menor for o “buraco da rede de pesca” os “peixes menores vão ficar retidos juntos com os peixes grandes”. Isto é a resolução da malha computacional: quanto menor for a distância entre os nós maior será a resolução espacial dos cálculos e, consequentemente, melhor será a representação dos fenômenos da atmosfera. Por outro lado, quanto maior for a distância entre os nós da grade numérica de cálculos maior será o esforço computacional. Veja alguns exemplos:

Figura 3. Malha computacional do GFS da NOAA.

Figura 4. Malha computacional do ICON.

Para conseguir fazer um modelo global deste tipo rodar com confiabilidade nestes resultados são necessários grandes investimentos. As agências de atmosfera e oceano mais famosas são a dos Estados Unidos, Europeia e Alemã, respectivamente NOAA (https://www.noaa.gov/), ECMWF (https://www.ecmwf.int/) e GWS (https://www.dwd.de/). Elas conseguem disponibilizar de maneira grátis os resultados dos seus modelos atmosféricos e de ondas globais. Muitas outras empresas solicitam estes dados e apresentam em seus respectivos layouts e/ou outras formas de estatística. 

Além disso, através dos resultados do modelo global atmosférico há empresas que alimentam seus próprios modelos numéricos de ondas, gerando a previsão de ondas. A Magicseaweed (magicseaweed.com.br) talvez seja a empresa mais antiga a apresentar a previsão de ondas num site com layout e estatísticas próprias, dispondo de seu próprio modo de rodar o modelo de ondas global WWIII (Wave Watch III, o qual é amplamente utilizado atualmente) a partir da fonte atmosférica da NOAA (GFS). O Surfguru hoje também roda esse mesmo modelo, tendo da mesmo forma, como fonte a base da dados na NOAA (GFS).

Entenda a relação dos modelos de ondas globais com o modelo global atmosférico

Um modelo de ondas global precisa ser alimentado por uma fonte geradora de ondas: os ventos. Dessa forma, o modelo global de ondas deve obrigatoriamente estar acoplado a um modelo global atmosférico. Agora saiba que: a geração das ondas é proporcional ao vento ao quadrado. Isto significa que qualquer fenômeno atmosférico mal resolvido pelo modelo atmosférico global será transferido para o modelo de ondas. Por consequência, a previsão de ondas estará mal resolvida. Infelizmente isto existe com muita frequência em todos os modelos atmosféricos globais cujas grades computacionais estão na ordem de dezenas de quilômetros (9km ICON, 13km ECMWF e 15km GFS). Dessa forma, ventos com moderada/alta intensidade em pistas de ventos curtas são muitas vezes mal representados, gerando subestimação na energia de ondas. Os principais exemplos disso são pistas de ventos de ciclones subtropicais e tropicais, cujas pistas de ventos são intensas e relativamente pequenas. 

Outro detalhe importante é que o modelo de ondas global está gerando e propagando suas ondas sobre um oceano ideal com profundidades infinitas, isto é, as ondas não têm contato com o fundo e propagam-se livremente sem “enxergar” ilhas ou outras estruturas físicas em seu caminho (Figura 5). Os resultados do modelo global de ondas com referência para uma praia não representam a realidade do local. Isto porque os processos físicos de ondas (refração, difração, convergência, divergência, empinamento ou  formas de perda de energia da onda) não estão sendo computados pelo modelo de ondas global. 

Figura 5. Modelo Global de ondas apresentado resultados de ondas para um local offshore semelhante a um local onshore, ou seja, a onda não está "enxergando" nem o fundo nem a ilha.

A partir dos resultados do modelo global de ondas é possível acoplar um modelo de ondas costeiro, o qual possui a batimetria da plataforma continental rasa. Estas informações do fundo vêm de cartas náuticas. Umas das empresas pioneiras nisso é o Waves (waves.com.br), que em parceria com a univerisidade FURG, gerou um modelo de ondas costeiro operacional. Isto significa que, a partir de uma fonte global de hidrodinâmica da atmosfera, um modelo global de ondas é acoplado e logo depois, um modelo de ondas costeiro foi acoplado. Este modelo costeiro consegue computar os fenômenos das ondas em águas rasas e representa muito bem a realidade de cada local da costa.

Portanto, para que um modelo de ondas seja confiável é necessário que o modelo de ventos esteja muito bem representado. E para que um modelo costeiro seja confiável é necessário que os dois modelos anteriores estejam bem representados e resolvidos. Num modelo de ondas global nós temos um amplo espectro de ondas se propagando a partir de diversas fontes e interagindo com áreas de geração. Num modelo costeiro, estão sendo propagado ondas já formadas a partir de uma fronteira do domínio do modelo.

Então qual é o melhor modelo de ondas para ser visto, Global ou Costeiro? 

Resposta: os dois. No global você irá identificar as fontes e como as ondas estão sendo dispersadas até na sua praia. Além disso, dá pra verificar outras zonas de geração próximo da costa. Já num modelo costeiro de ondas você deverá identificar como as ondas estão chegando na praia, ou seja, como elas estão mudando de direção (refração), convergindo ou divergindo, refratando em algum obstáculo (ilha, molhes, etc) e perdendo energia. Infelizmente os modelos costeiros também carecem de resolução, não permitindo vermos empinamento das ondas em recifes ou lajes, por exemplo.  

Existe uma alternativa melhor?

O mais revolucionário, seria acoplar um modelo morfodinâmico de praia no modelo costeiro de ondas. Isso seria possível se todos os picos de surf tivessem informações reais do fundo na zona do antepraia (3m a 10m), zona de arrebentação de ondas (0,5m a 3m ou mais), zona de surf (profundidades após a quebra da onda até 0,1m) e zona de espraiamento (0,2 a 0m). Além disso, uma completa granulometria de todas estas zonas morfológicas da praia, gerando um mapa de fácies sedimentológicos da praia toda. Com isso, seria possível representar de forma mais real possível a resposta da praia às ondulações previstas para chegar na praia.. Seria possível prever a formação dos bancos de areia, valas, canais de retorno, etc. Dias perfeitos de surf seriam previstos com muito mais precisão. 

Abaixo estão dois desenhos (planta e perfil) da praia de forma a representar a hidrodinâmica e morfodinâmica. Todas estas variáveis devem ser devidamente representadas num modelo mofodinâmico da praia, que estaria acolpado num modelo costeiro de ondas, que por sua vez estará acolpado ao modelo global de ondas e, por fim, este último acoplado num modelo global de atmosfera. Isso significa que a tarefa não é tão simples assim e nem barata.

Figura 6. A) perfil de praia com as feições morfodinâmicas e hidrodinâmicas. B) Planta da praia com as feições morfodinâmicas e Hidrodinâmicas.

 

Sugestão de leitura complementar:

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Douglas Nemes é um surfista ex-competidor, que teve a oportunidade de levar todo o conhecimento empírico adquirido nas ondas de inúmeras praias por onde passou nesse planeta para dentro da academia. Douglas formou-se Oceanógrafo Físico na UNIVALI. Fez Mestrado em Sistemas Costeiros e Oceânicos na Universidade Federal do Paraná UFPR em 2011. Em 2016, completou o Doutorado em Engenharia Oceânica na Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, Instituto de Pesquisa e Engenharia COPPE, cujo instituto de pesquisa é o mais importante das Américas. Por fim, em 2018 fez um pós-doutorado em Engenharia Costeira, numa parceria entre UFRJ e Universidade Federal do Pará UFPA. Ao longo de quase 20 anos de acadêmica, Dr. Nemes desenvolveu técnicas para qualificar a quebra de ondas em praias oceânicas, publicou trabalhos científicos nacionais e internacionais sobre os principais fenômenos meteorológicos na costa sul da América do Sul e o desenvolvimento de uma tecnologia de proteção costeira multifuncional capaz de recuperar praias erodidas, gerando condições perfeitas para a prática de esportes náuticos. Atualmente trabalha na coordenação de levantamentos hidrográficos e processamento de dados para engenharia costeira em portos e hidrovias brasileiras, a fim de serem aproveitados pelo Centro de Hidrografia da Marinha do Brasil na atualização de cartas náuticas.

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Instagram: @surfingandstudying

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