Recuperação de correntes de superfície oceânica e cisalhamento vertical a partir de observações de radar HF

Os poucos metros superiores do oceano desempenham um papel fundamental nas trocas de impulso e energia entre o ar e o mar. Duas propriedades importantes desta camada são o cisalhamento vertical da velocidade da corrente e a velocidade superficial. O cisalhamento vertical reflete a transferência de momento, enquanto a velocidade da corrente superficial é essencial para modelar processos de transporte, como a dispersão de poluentes e a movimentação de massas de água. A compreensão detalhada dessas dinâmicas é crucial para a previsão meteorológica e oceanográfica.

Apesar de sua importância crítica, as medições diretas dessas propriedades são notoriamente desafiadoras, exigindo instrumentação especializada e esforços logísticos consideráveis. Consequentemente, métodos que forneçam observações contínuas, em tempo real e espacialmente extensas são altamente desejáveis para avançar o conhecimento em oceanografia física e suas aplicações, como a gestão ambiental e a segurança marítima.

Neste contexto, este estudo de prova de conceito apresenta uma nova e inovadora abordagem para estimar o componente radial da velocidade superficial e o cisalhamento vertical das correntes superficiais do mar. A técnica emprega um radar de alta frequência (HF) de frequência única, oferecendo uma alternativa promissora para a coleta de dados oceanográficos em larga escala. O desenvolvimento de tais metodologias é vital para superar as limitações das medições tradicionais e proporcionar uma visão mais abrangente das interações ar-mar.

O cerne do método reside na estimativa dos dois picos de Bragg de primeira ordem no espectro de radar retroespalhado. Esses picos exibem mudanças de frequência assimétricas quando há cisalhamento presente na coluna d'água. A partir da diferença de frequência entre esses dois picos, o cisalhamento integral pode ser recuperado com precisão. Adicionalmente, uma técnica de processamento espectral recém-desenvolvida permite a correção da estimativa da velocidade superficial para o efeito do cisalhamento, garantindo maior acurácia e confiabilidade nos dados coletados.

A validação da abordagem foi realizada utilizando dados de um radar WERA HF, que foi implantado na região de Ashkelon, em Israel. As medições obtidas por este sistema foram comparadas e validadas contra dados simultâneos de um perfilador de corrente Doppler acústico (ADCP), coletados em profundidades mais baixas. Essa comparação rigorosa permitiu avaliar a performance do novo método em condições reais de campo.

Os resultados demonstram que as magnitudes de cisalhamento e as velocidades de superfície recuperadas apresentam tendências consistentes com as observações do ADCP e com os dados de vento. Essa concordância robusta indica que o método proposto é aplicável sob condições de vento forte, especialmente para sistemas de radar HF que são capazes de fornecer espectros Doppler de alta qualidade. A eficácia em ambientes desafiadores ressalta o potencial desta técnica para o monitoramento oceanográfico contínuo e em larga escala, contribuindo significativamente para a compreensão das dinâmicas oceânicas superficiais.