Abstract During the last quarter of 2019, the beaches, mangroves, and estuaries of Northeast Brazil received an unprecedented volume of crude oil from the sea, which became the worst environmental disaster ever to reach the Brazilian coast. The oil, having reached the shores completely unnoticed, left both society and government agents completely clueless on (i) where the oil was coming from; (ii) how much oil was still in the ocean to reach the shorelines; and (iii) which beaches were going to be affected next! By exploring remote sensing data and ocean numerical modeling, along with oil dispersion chemistry on sea water, this study investigates the possible origin and path of the spill and whether it could have been detected from space. The oil dispersion modeling simulations performed for this investigation revealed a possible region and timing of the oil spill, also indicating the likelihood of it being advected toward the shoreline under the ocean surface.

Resumo Imagens ópticas e no infravermelho-próximo adquiridas por sensores remotos em condição de reflexão especular bidirecional entre o sol, a superfície do mar e o sensor (condição de sunglint) podem ser utilizadas para identificar filmes, feições, processos oceanográficos e meteorológicos atuantes sobre a superfície marinha. Imagens do sensor orbital Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) em condição de sunglint na plataforma continental sudeste brasileira foram processadas e analisadas, permitindo identificar feições como a borda Oeste da Corrente do Brasil, meandramentos e vórtices de mesoescala, ondas internas solitárias, rolos atmosféricos e filmes superficiais de origem biogênica e mineral. Uma correção atmosférica mais apropriada para detecção de feições no sunglint é aprensentada, assim como, detalhes sobre a geometria de aquisição. A dependência geométrica do sunglint torna sua ocorrência mais favorável entre outubro e fevereiro na região de estudo quando ocorrem zênites solares mais propícios. Os mecanismos e processos que permitem identificar estas feições no sunglint foram descritos e ilustrados. A partir deste entendimento, as complexas feições identificadas podem ser interpretadas e aplicadas na oceanografia operacional e detecção de vazamentos de óleo na superfície do mar, bem como, para melhorar nosso entendimento sobre os processos físicos e biológicos do meio marinho.

Abstract Optical/near-infrared remote sensing images acquired by remote sensors in specular bidirectional reflection conditions between sun, sea surface and sensor (sunglint condition) can be used to identify oceanographic and meteorological features and processes at work on the surface of the sea at the time of image acquisition. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) images in sunglint conditions over the Brazilian Southeastern continental shelf were digitally processed and analyzed allowing identify features as the Brazil Current front, mesoscale eddies and meanders, internal solitary waves, atmospheric rolls, biogenic and mineral surface slicks. Base on the understanding about these ocean and atmospheric process and the mechanism which allow us to distinguish these features in sunglint contaminated images. As highlighted here, it is possible to do a better and more detailed interpretation of complex features visible in such images, information that can be applied in operational oceanography, as well as to obtain a better understanding of marine environment processes. The atmospheric correction more suitable to sunglint conditions are here descripted too. As well, the sunglint condition dependence of favorable solar zenith angles which partially restrict its geometry of acquisition (sun, sensor and sea surface) between October and February at the Brazilian Southeastern coast.

Resumo Esse artigo analisa os mecanismos, modulação hidrodinâmica e instabilidade atmosférica que permitem a visualização da frente térmica da Corrente do Brasil (CB) em imagens Radar de Abertura Sintética (SAR). Simulações numéricas realizadas com o modelo M4S basearam-se em duas imagens SAR da costa sudeste brasileira, nas polarizações VV (ASAR/Envisat) e HH (RADARSAT-1), mostrando a região frontal da CB. A simulação das condições médias de cisalhamento e divergência da região frontal se baseou em dados in situ (Acoustic Doppler Current Profilers) de correntes superficiais. Os campos de ventos foram simulados a partir de dados do escaterômetro QuikScat. Os resultados mostram que ambas as modulações por instabilidade atmosférica e hidrodinâmica influenciaram a visualização da frente da CB. O primeiro mecanismo foi dominante na reprodução da modulação da imagem RADARSAT, enquanto o segundo gerou padrão próximo à imagem ASAR/Envisat. No caso de dominância da instabilidade atmosférica, a influência da modulação hidrodinâmica foi pequena. Na prevalência de modulação hidrodinâmica, observou-se boa concordância entre os resultados simulados e reais, porém utilizando valores de divergência da ordem de 10-4 s-1 e impondo uma diminuição de 88% na taxa de relaxação. Os resultados indicam que, em casos específicos, o aumento da divergência/cisalhamento na região frontal poderia possibilitar a visualização da frente térmica da CB.

Abstract This paper analyzes the hydrodynamic and atmospheric instability modulation mechanisms which influence the Brazilian Current's (BC) thermal front signature in Synthetic Aperture Radar (SAR) images. Simulations were made using the M4S SAR imaging model. Two SAR images of the Brazilian Southeastern Coast depicting the BC's thermal front were selected including a VV (ASAR/Envisat) and a HH polarization (RADARSAT-1) image. Conditions of current shear and divergence were reproduced for the fronts imaged, using in situ (Acoustic Doppler Current Profilers) current velocities. Wind velocity fields were simulated based on QuikSCAT data. Results showed that SAR imaging of the BC front may be influenced both by atmospheric instabilities and hydrodynamic modulations. The first mechanism prevailed on the RADARSAT image and the latter on the ASAR/Envisat image. When atmospheric instabilities prevailed, the contribution of shear and divergence was almost negligible. When hydrodynamic modulations prevailed, a better agreement between the simulated responses and SAR image responses was obtained by inforcing a reduction of 88% in the relaxation rate, and higher divergence values, of the order of 10-4 s-1. Results indicate that, for some specific cases, local increases in shear and divergence may allow the detection of the BC thermal front.

Este trabalho teve como objetivo principal estudar a dinâmica temporal da evaporação no reservatório da usina hidrelétrica de Itumbiara, localizado na região central do Brasil. Para tanto, foram utilizados dados de temperatura da superfície da água derivados a partir de dados coletados pelo sensor MODIS (produto MOD11A1) e dados meteorológicos adquiridos sobre a superfície da água. A taxa de evaporação foi obtida a partir do fluxo de calor latente, estimada por meio de um modelo de transferência de massa. As estimativas foram realizadas para o período entre 1/1/2010 e 31/12/2010. Os resultados mostraram que a taxa de evaporação tende a aumentar de janeiro a setembro e depois diminui de setembro a dezembro. O pico de evaporação ocorre durante a estação seca, quando o acumulado durante o dia pode atingir valores próximos a 20 mm dia-1. A taxa de evaporação média obtida para a estação chuvosa foi 3,66 mm dia-1 e de 8,25 mm dia-1 para a estação seca. O volume total de água evaporada no reservatório de Itumbiara durante o ano de 2010 foi estimado em cerca de 1,7 bilhões de m³ (2.300 mm), o que representa 10% do volume total do reservatório. Os resultados obtidos sugerem que a advecção é o principal mecanismo de transporte que governa a evaporação no reservatório de Itumbiara. Os processos convectivos contribuem de maneira secundária para a evaporação no reservatório de Itumbiara.

The object of this work was to study the dynamics of evaporation in the Itumbiara reservoir, located in Central Brazil, using MODIS-derived water surface temperature (product MOD11A1) and meteorological data acquired over the water surface. The evaporation rates were derived from latent heat flux, estimated through a mass transfer model. The estimates were carried out for the period between 1/1/2010 and 31/12/2010. The results showed that evaporation rate tends to increase from January to September and then decrease from September to December. The evaporation rate reached values near 20 mm day-1 in Itumbiara reservoir during the dry season in 2010. The mean evaporation rate for the wet season was 3.66 mm day-1 and 8.25 mm day-1 for the dry season. The total water volume evaporated from Itumbiara reservoir during 2010 was estimated at about 1.7 billion m³ (2,300 mm) which represents 10% of total reservoir volume. The results suggest that advection is the main transport mechanism which drives the evaporation in Itumbiara. The convective processes contribute secondarily to evaporation in Itumbiara reservoir.

O presente estudo analisa as plumas de turbidez dos sistemas dos rios São Francisco, Caravelas, Doce, e Paraiba do Sul localizados na costa NE/E do Brasil utilizando imagens Landsat e o algoritmo logarítmico para Total de Sólidos em Suspensão (TSS) proposto por Tassan (1987). Os resultados obtidos foram comparados com Total de Sólidos em Suspensão medidos in situ. A pluma de turbidez de cada sistema mostra padrões de dispersão distintos. O comportamento, a dimensão e o grau de turbidez da pluma do Rio São Francisco têm sido drasticamente alterados devido à cascata de barragens e seus reservatórios presentes em sua bacia de drenagem. Já as plumas dos rios Doce e Paraíba do Sul apresentam pulsações sazonais e maior turbidez, uma vez que as barragens nesses rios localizam-se no setor médio e mantiveram a pulsação sazonal da vazão. A pluma do sistema costeiro de caravelas permanece restrita às águas rasas dominadas por processos de ressuspensão. Durante a primavera e verão, quando os ventos de NE-E prevalecem, as plumas dos quatro sistemas se dispersam na direção sul. Durante o inverno, inversões do padrão de dispersão podem ocorrer com a passagem de frentes frias. As plumas dos sistemas São Francisco e Doce tendem a se dispersar obliquamente à costa, favorecendo o transporte de material para regiões oceânicas, enquanto que as plumas dos sistemas Caravelas e Paraíba do Sul se dispersam paralelamente à costa, favorecendo a retenção de TSS.

Turbidity plumes of São Francisco, Caravelas, Doce, and Paraiba do Sul river systems, located along the NE/E Brazilian coast, are analyzed for their dispersal patterns of Total Suspended Solids (TSS) concentration using Landsat images and a logarithmic algorithm proposed by Tassan (1987) to convert satellite reflectance values to TSS. The TSS results obtained were compared to in situ collected TSS data. The analysis of the satellite image data set revealed that each river system exhibits a distinct turbidity plume dispersal pattern. The behavior, dimension and degree of turbidity of the São Francisco River plume have been greatly altered by the construction of a cascade of hydroelectric dam reservoirs in its hydrological basin. The plume has lost its typical unimodal seasonal pattern of material dispersion and its turbidity has decreased due to the regulation of river flow by the dams and TSS retainance by the reservoirs. In contrast, the Doce and Paraíba do Sul river plumes are still subject to seasonal pulsations and show more turbid conditions than the SF plume, as dams are less numerous, set in the middle river sections and the natural river flow has been maintained. The Caravelas Coastal System river plume is restricted to near shore shallow waters dominated by resuspension processes. During austral spring and summer when NE-E winds prevail, all plumes generally disperse southward. Short-term northward reversals may occur in winter with the passage of atmospheric cold fronts. The São Francisco and Doce river plumes tend to disperse obliquely to the coast and transport materials further offshore, while the Caravelas and Paraíba do Sul plumes tend to disperse mainly parallel to the coast, enhancing TSS retention nearshore.

OBJETIVO: A temperatura da água possui uma importante função ecológica e no controle de processos biogeoquímicos em um corpo d'água. O monitoramento convencional da qualidade da água geralmente é dispendioso e que consome muito tempo. Este é um problema particularmente interessante quando se esta estudando grandes áreas. Entretanto, ferramentas como o sensoriamento remoto pode ser considerado adequado no estudo destas áreas. O objetivo deste estudo foi analisar séries temporais de temperatura da água e dos fluxos de calor para melhorar o entendimento de suas variações temporais em reservatório hidrelétricos. MÉTODO: Neste trabalho, dados do sensor MODIS/Terra de temperatura da superfície da água (TSA) nível 2, 1 km de resolução nominal (MOD11L2, versão 5) foram utilizados. Todas as imagens, livres de nuvem, do MODIS/Terra de 2003 a 2008 foram utilizadas, resultando em 786 imagens tomadas durante o dia e 473 durante a noite. As séries temporais de temperatura da superfície da água foram obtidas por meio de médias mensais e janelas de 3×3 pixels em três áreas distintas do reservatório: 1) próximo a barragem, 2) região central do reservatório e 3) na confluência dos rios. Dados meteorológicos foram utilizados para a estimativa do balanço de calor no reservatório para os anos de 2003 a 2008. Uma análise de correlação entre as séries temporais de temperatura da água estimadas durante o dia e noite com os fluxos de calor. Os fluxos mais bem correlacionados foram verificados quanto sua ciclicidade com a variação de temperatura, por meio do uso do algoritmo de wavelet cruzada, coerência e fase. RESULTADOS: A média mensal de TSA diurna mostrou uma maior variabilidade se comparada com a série temporal de TSA noturna. Além disto, apresentam um ciclo sazonal bem marcado, passando por um mínimo durante os meses de Junho e Julho e um máximo nos meses de Dezembro e Janeiro. Para analisar este padrão, uma análise de Fourier e de Wavelet foi realizada. As séries temporais de TSA diurnas mostraram variabilidades cíclicas em 4,5, 6, 12 e 36 meses e para as noturnas em 2, 3, 6 e 12. A análise de correlação mostrou que os fluxos de calor correlacionados com a TSA diurna explicam 89% (RMS = 0.89 °C, p < 0.0013) e noturna 94% (RMS = 0.53 °C, p < 0.0002). CONCLUSÃO: A série temporal de TSA diurna e a radiação de onda curta apresentam picos de variabilidade centradas em 6 meses (com certo atraso de variabilidade por parte da radiação de onda curta) e 12 meses (com variabilidade avançada por parte da radiação de onda curta). Para a série temporal de TSA noturna, existe concordância com a radiação de onda longa nos períodos de 1, 3, 6 e 12 meses.

AIM: Water temperature plays an important role in ecological functioning and in controlling the biogeochemical processes of the aquatic system. Conventional water quality monitoring is expensive and time consuming. It is particularly challenging for large water bodies. Conversely, remote sensing can be considered a powerful tool to assess important properties of aquatic systems because it provides synoptic and frequent data acquisition over large areas. The objective of this study was to analyze time series of surface water temperature and heat flux to advance the understanding of temporal variations in a hydroelectric reservoir. METHOD: MODIS water-surface temperature (WST) level 2, 1 km nominal resolution data (MOD11L2, version 5) were used. All available clear-sky MODIS/Terra images from 2003 to 2008 were used, resulting in a total of 786 daytime and 473 nighttime images. Time series of surface water temperature was obtained computing the monthly mean in a 3×3 window of three reservoir selected sites: 1) near the dam, 2) at the centre of the reservoir and 3) in the confluence of the rivers. In-situ meteorological data from 2003 to 2008 were used to calculate surface energy budget time series. Cross-wavelet, coherence and phase analysis were carried out to compute the correlation between daytime and nighttime surface water temperatures and the computed heat fluxes. RESULTS: The monthly mean of the day-time WST shows lager variability than the night-time WST. All time series (daytime and nighttime) have a cyclical pattern, passing for a minimum (June - July) and a maximum (December and January). Fourier and the Wavelet Analysis were applied to analyze this cyclical pattern. The daytime time series, presents peaks in 4.5, 6 12 and 36 months and the nighttime WST shows the highest spectral density at 12, 6, 3 and 2 months. The multiple regression analysis shows that for daytime WST, the heat flux terms explain 89% of the annual variation (RMS = 0.89 °C, p < 0.0013). For nighttime, the heat flux terms explain 94% (RMS = 0.53 °C, p < 0.0002). CONCLUSION: The daytime WST and shortwave radiation presents a good agreement for periods of 6 (with shortwave retarded) and 12 months (with shortwave advanced); For nighttime WST and longwave the good agreement is present for 1, 3, 6 and 12 months, all with longwave advanced in relation to WST.

A conectividade de populações marinhas através da dispersão larval é crucial para a manutenção da produção pesqueira e da biodiversidade. A dispersão de larvas ocorre em diferentes escalas espaciais e temporais, de forma que o recobrimento global e escala sinóptica fazem dos dados de satélite ferramentas importantes para esses estudos. O objetivo deste artigo é apresentar os resultados do uso de dados de correntes geostróficas derivadas de satélites altímetros para simular o transporte de larvas de lagosta espinhosa no oceano Atlântico Tropical. As simulações foram realizadas ao longo do Atlântico Tropical (20ºN - 15ºS), iniciando em quatro locais (Cabo Verde, Costa do Marfim, Ilha de Ascensão e Arquipélago de Fernando de Noronha). Foi utilizado um modelo advectivo/difusivo forçado com o campo médio de circulação geostrófica calculado entre 2001 e 2005 e outro forçado com campo correspondente ao evento de El Niño 2002/2003. Os resultados obtidos sugerem que há uma intensificação de processos oceânicos de meso-escala durante o ano de El Niño, que promove a conectividade entre diferentes estoques e aumenta as chances de ocorrer um fluxo genético. Os dados de correntes geostróficas gerados a partir de satélites altímetros incorporados a um modelo advectivo/difusivo simples podem prover informações importantes acerca da dinâmica física necessárias para conduzir estudos sobre dispersão larval.

The connectivity of marine populations via larval dispersal is crucial for the maintenance of fisheries production and biodiversity. Because larval dispersion takes place on different spatial scales, global operational satellite data can be successfully used to investigate the connectivity of marine populations on different spatial and temporal scales. In fact, satellite data have long been used for the study of the large and mesoscale biological processes associated with ocean dynamics. This paper presents simulations of spiny lobster larvae transport in the Tropical Atlantic using the geostrophic currents, generated by altimetry that feeds an advection/diffusion model. Simulations were conducted over the Tropical Atlantic (20ºN to 15ºS), considering four larvae release areas: the Cape Verde Archipelago, the Ivory Coast, Ascension Island and Fernando de Noronha Archipelago. We used mean geostrophic current (MGC) calculated from 2001 to 2005 to represent the mean circulation of the Tropical Atlantic. We also ran the model for the El Niño geostrophic current regime (ENGC) using part of the MGC data, representing the El Niño 2002/2003 event. Results suggest that the intensification of the mesoscale ocean processes associated with El Niño events promotes the connectivity between populations, increasing the chances of a genetic flux among different stocks. We concluded that the altimetry geostrophic current data together with a relatively simple advection/diffusion model can provide useful information about the physical dynamics necessary to conduct studies on larval dispersion.

In this paper the feasibility of estimating the chlorophyll content of ocean waters through the use of multispectral remote sensors on board of orbiting satellites, is discussed. Some aspects of the physical foundations of the interaction processes of visible light (380-770 nm) with the atmosphere and liquid mass and some models for this detection, are also discussed.