Análise Comparativa de Algoritmos de Agrupamento para Caracterizar a Variabilidade da Superfície Oceânica no Mediterrâneo Ocidental

A compreensão das estruturas dinâmicas regionais no ambiente marinho é crucial para caracterizar as propriedades de transferência e transporte de energia, com implicações significativas na modelagem e na caracterização física e biogeoquímica. Este trabalho investiga o potencial de técnicas de agrupamento para identificar padrões regionais, bem como configurações persistentes ou recorrentes, a partir de instantâneos diários da temperatura da superfície do mar e da energia cinética superficial em uma região específica do Mediterrâneo Ocidental.

Para tanto, foram empregadas diferentes técnicas de agrupamento: K-means, Mapas Auto-Organizáveis (SOM) e InfoMap. A aplicação conjunta desses métodos visou verificar a coerência dos padrões identificados e a robustez das classificações obtidas, permitindo uma análise comparativa aprofundada das estruturas dinâmicas oceânicas.

Os resultados obtidos demonstram que os algoritmos K-means e Mapas Auto-Organizáveis (SOM) delineiam consistentemente quatro grupos distintos de configurações de temperatura da superfície do mar. Esses agrupamentos mostraram-se alinhados com as estações do ano, mesmo após a remoção do ciclo anual, o que indica a persistência de estruturas termodinâmicas subjacentes e a robustez desses padrões sazonais.

Em contraste, a análise da energia cinética superficial, que se caracteriza por uma maior variabilidade espacial e temporal, revelou regimes de circulação oceânica mais complexos. Essa complexidade sugere a presença de múltiplos processos dinâmicos atuando em diferentes escalas, demandando abordagens de agrupamento capazes de capturar nuances mais finas.

Enquanto os algoritmos K-means e SOM fornecem uma classificação robusta e convergente dos padrões dominantes de energia em grande escala, o InfoMap se destacou por revelar características de escala mais refinada. Este último método foi capaz de identificar estruturas como jatos e redemoinhos localizados, que são cruciais para a compreensão detalhada da dinâmica de transporte e mistura no oceano.

Notavelmente, o InfoMap oferece uma perspectiva complementar valiosa em relação aos métodos baseados em partições. Ele não apenas valida estruturas hidrodinâmicas sutis, mas significativas, que poderiam ser negligenciadas por outras abordagens, como também atua eficazmente como um detector de anomalias para eventos extremos. Essa capacidade de identificar tanto padrões persistentes quanto desvios incomuns o torna uma ferramenta poderosa para a análise da variabilidade oceânica.