A1 Eventos extremos de superfície

Tópico

Eventos extremos na superfície do oceano são as perturbações mais energéticas e de impacto imediato que ocorrem na interface entre o oceano e a atmosfera. Três fenômenos distintos compõem essa categoria: ciclones tropicais, que geram ondas extremas e marés de tempestade capazes de inundar o litoral; ondas gigantes, ondas solitárias de amplitude anormalmente grande que emergem do mar mesmo em condições de ondulação moderada; e inundações costeiras, que ocorrem quando a maré alta, a maré de tempestade e as ondas extremas coincidem — uma combinação que faz com que o nível da água na costa exceda repentinamente o que qualquer um desses três fatores produziria separadamente.

A maré de tempestade é a elevação do nível do mar ao longo da costa causada por um ciclone tropical por meio de dois mecanismos simultâneos: a força do vento, que empurra e acumula água contra a costa, e a baixa pressão central do próprio ciclone, que faz com que a superfície do mar suba devido ao efeito barométrico invertido, segundo o qual cada diminuição de um hectopascal na pressão atmosférica eleva o nível do mar em um centímetro.

Essa mesma maré de tempestade pode ser amplificada ainda mais pela ressonância costeira, um fenômeno conhecido como ressonância de Proudman. Isso ocorre quando a velocidade de avanço do ciclone coincide com a velocidade de propagação de uma longa onda de maré, velocidade que depende da profundidade da água e da gravidade. Quando essa coincidência ocorre, a ressonância de Proudman faz com que a maré de tempestade se multiplique por um fator de três a cinco vezes em comparação com o que o ciclone sozinho produziria.

As ondas gigantes, ao contrário das marés de tempestade, não dependem da presença de um ciclone. A teoria das ondas as descreve como soluções da equação de Schrödinger não linear e, entre essas soluções, as ondas respiratórias — conhecidas como ondas respiratórias de Peregrine — são ondas solitárias que emergem de um fundo de ondulação uniforme. É essa emergência repentina que faz com que elas atinjam uma amplitude até três vezes maior que a do fundo antes de se dissiparem de volta a ele.

A formação dessas ondas gigantes é explicada por dois mecanismos que podem atuar em conjunto: o foco não linear, conhecido como instabilidade de Benjamin-Feir, que concentra a energia de várias ondas próximas em uma única onda de amplitude muito maior; e dispersão geométrica, que ocorre quando o fundo do mar apresenta uma topografia subaquática complexa. Essa complexidade faz com que a energia das ondas se disperse geometricamente e, por fim, se concentre em certos pontos ao longo da costa.

Assim, em costas expostas à trajetória direta de um ciclone tropical, a maré de tempestade pode atingir entre um e dez metros de altura, e a distribuição das alturas das ondas associadas geralmente segue distribuições de cauda longa, como a distribuição de Weibull ou uma distribuição de Rayleigh modificada, tornando as ondas mais extremas mais frequentes do que uma distribuição comum preveria. É precisamente quando a maré alta, a maré de tempestade e uma dessas ondas extremas — seja uma onda gigante ou simplesmente parte da ondulação da tempestade — coincidem no mesmo instante na mesma costa que ocorre a inundação costeira, o terceiro evento extremo na superfície do oceano com o qual toda esta discussão começou.

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