Abstract Understanding how wave climate variability and its trends change over time are crucial analyses required to mitigate potential wave-induced impacts and adapt coastal areas to such effects. The long-term trends and breakpoints of the wave energy flux (WEF) and its relationship with teleconnection patterns in southern Brazil were studied using ERA-5 wave reanalysis with validation using a waverider. We determined that the interannual mean WEF (WEFm) and extreme WEF (WEF98) that reaches the southern Brazil have increased over the past four decades, with a increment of 0.063 and 0.17 kW/m/year, respectively 0.63 and 0.29% per year. By the Muggeo method we determined that subperiods with increasing WEFm trends are related to the SSE and SSW quadrants and that these are also the most energetic ones and with the highest annual increment rates of WEFm and WEF98. Our results also suggest that the positive trends observed in interannual WEF values are likely related to the long term transition of cold to warm Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) phase in the western South Atlantic Ocean. From a coastal risk perspective, it is important to understand the relationship between climatic indices and the wave climate to support long-term coastal management policies.

Resumo Dentre alguns dos efeitos esperados das mudanças climáticas previstas para o próximo século podemos citar: a subida acelerada do nível médio do mar e as modificações no clima de ondas, acompanhadas de alterações no balanço sedimentar, os quais causarão impactos adversos nas regiões costeiras de todo o mundo. O aumento do nível médio do mar causa retrogradação costeira; um déficit sedimentar pode ter um efeito semelhante. De forma geral, ainda existem grandes incertezas tanto em relação às taxas projetadas de subida do nível do mar, quanto às estimativas do balanço de sedimentos, sendo assim relevante determinar quão sensível é a costa a alterações em cada um desses fatores. Neste contexto, este artigo visa fornecer uma avaliação quantitativa dos efeitos da variação de cada um destes parâmetros através de avaliações baseadas em risco da distância de recuo da linha de costa, usando um modelo costeiro agregado, o DRanSTM (Dilating Random Shoreface Translation Model). Em cada simulação computacional separada, um balanço sedimentar e um cenário de elevação do nível do mar foram definidos para o trecho costeiro que inclui a Praia do Hermenegildo, Rio Grande do Sul, Brasil. Efeitos das alterações no clima de ondas não foram considerados diretamente neste estudo. Entretanto, medidas indiretas de tais mudanças são refletidas no balanço sedimentar costeiro estimado. Os resultados das simulações demonstram que sob as atuais taxas de subida do nível médio do mar, o déficit de sedimentos exerce controle sobre a retrogradação costeira. Por outro lado, sob a condição de subida acelerada do nível do mar prevista para o ano 2100, a retrogradação média da costa será ditada pela elevação do nível do mar, considerando que déficit histórico de sedimentos será mantido.

Abstract Climate change effects such as accelerated sea-level rise, wave climate alteration and disturbances on sediment-budgets are anticipated to lead to a range of adverse impacts in coastal regions around the world. A rise in sea-level is expected to cause shoreline recession, and a sediment deficit can have a similar effect. Since large uncertainties exist in relation to sea-level rise rates and sediment budgets, it is relevant to determine how sensitive the coast is to each of these disturbances. In this context, this paper provides a quantitative evaluation of each of these parameters in terms of modeled coastal recession through risk-based assessments using an aggregated coastal model, the DRanSTM (Dilating Random Shoreface Translation Model). In each separate computer simulation, a sediment budget and a sea-level scenario were set for an erosional coastal stretch: Hermenegildo Beach, Rio Grande do Sul state in southern Brazil. Effects of changes in wave climate were not directly considered in this study. However, indirect measures of such changes should be reflected on coastal sediment budgets. Simulation results demonstrate that under present-day sea-level rise rates, sediment deficit exerts control over coastal recession. Conversely, under the higher forecasted sea-level rise for the year 2100, mean shoreline recession will be dictated by sea-level rise, considering historical sediment deficit will be sustained.

RESUMO A caraterização do clima de ondas em ambientes costeiros representa fundamental importância para profissionais da oceanografia e da engenharia oceânica no que diz respeito a obras de proteção litorânea. Desta forma, este estudo tem por objetivo determinar os parâmetros de ondas (alturas significativas, períodos de pico e direções de pico) mais frequentes na Lagoa dos Patos durante o período de operação de um ondógrafo direcional (27/01/2015 a 30/06/2015). Fundeado a aproximadamente 14 km da costa de São Lourenço do Sul, no ponto de coordenadas 31º29’06”S e 51º55’07” W, com profundidade local de seis metros, o equipamento registrou séries temporais de alturas significativas, períodos de pico e direções de pico das ondas. Durante o período analisado, as maiores frequências de ondas corresponderam a curtos períodos (entre 2 e 3,5 segundos) e a pequenos valores de alturas significativas (até 0,6 metros), com direções de pico provenientes de leste. As maiores ocorrências de ondas corresponderam às direções de pico provenientes de leste (33,3%), aos períodos de pico entre 2,5 e 3 segundos (25,6%) e entre 3 e 3,5 segundos (22,1%), e às alturas significativas de até 0,3 metros (41,2%) e de 0,3 a 0,6 metros (38%). Esta pesquisa produziu resultados inéditos para a Lagoa dos Patos, descrevendo detalhadamente os parâmetros de ondas mais ocorrentes durante o período analisado, formando uma base consistente a diversos outros estudos que ainda poderão ser realizados pela comunidade científica.

ABSTRACT The wave climate characterization in coastal environments is essentially important to oceanography and coastal engineering professionals regarding coastal protection works. Thus, this study aims to determine the most frequent wave parameters (significant wave height, peak period and peak direction) in Patos Lagoon during the period of operation of a directional waverider buoy (from 01/27/2015 to 06/30/2015). The equipment was moored at approximately 14 km from the São Lourenço do Sul coast at the geographic coordinates of 31º29’06” S and 51º55’07” W, with local depth of six meters, registering significant wave height, peak period and peak direction time series. During the analyzed period, the greatest wave frequencies corresponded to short periods (between 2 and 3.5 seconds) and small values of significant wave heights (up to 0.6 meters), with east peak wave directions. The largest wave occurrences corresponded to east peak wave directions (33.3%); peak wave periods between 2.5 and 3 seconds (25.6%) and between 3 and 3.5 seconds (22.1%); and to significant wave heights of up to 0.3 meters (41.2%) and from 0.3 to 0.6 meters (38%). This research yielded unprecedented findings to Patos Lagoon by describing in detail the most occurring wave parameters during the analyzed period, establishing a consistent basis for several other studies that might still be conducted by the scientific community.

ABSTRACT The backshore zone is transitional environment strongly affected by ocean, air and sand movements. On dissipative beaches, the formation of ephemeral dunes over the backshore zone plays significant contribution in the beach morphodynamics and sediment budget. The aim of this work is to describe a novel method to identify ephemeral dunes in the backshore region and to discuss their morphodynamic behavior. The beach morphology is identified using Argus video imagery, which reveals the behavior of morphologies at Cassino Beach, Rio Grande do Sul, Brasil. Daily images from 2005 to 2007, topographic profiles, meteorological data, and sedimentological parameters were used to determine the frequency and pervasiveness of these features on the backshore. Results indicated that coastline orientation relative to the dominant NE and E winds and the dissipative morphological beach state favored aeolian sand transport towards the backshore. Prevailing NE winds increase sand transportation to the backshore, resulting in the formation of barchans, transverse, and barchanoid-linguiod dunes. Precipitation inhibits aeolian transport and ephemeral dune formation and maintains the existing morphologies during strong SE and SW winds, provided the storm surge is not too high.

No atual cenário de mudanças climáticas globais, em que alguns dos efeitos observados são a elevação do nível médio do mar, e o aumento na frequência e intensidade de eventos extremos, regiões costeiras de todo o mundo deverão tornar-se, de forma geral mais vulneráveis. Neste contexto, a costa do Rio Grande do Sul, devido as suas características morfodinâmicas intrínsecas, tais como o alto grau de exposição à dinâmica oceânica e baixa declividade, coloca os vários ecossistemas a ela associados, como praia, dunas, marismas, campos, banhados e sangradouros, numa posição mais vulnerável às variações do nível médio do mar. Visando a um planejamento mais adequado destas áreas no cenário de mudanças climáticas globais, e a fim de determinar uma possível perda de ambientes, no caso de uma elevação do nível do mar em longo prazo (cenário 2100), os ambientes costeiros foram inicialmente classificados através da utilização do programa IDRISI, onde foram calculados os percentuais relativos de perda de cada um, para três possíveis cenários de linha de costa, projetados para 2100. Com relação aos resultados obtidos nos cálculos de perda ambiental, considerando as linhas de costa projetadas para 2100, percebemos que todos os ambientes teriam um percentual de área perdida, mesmo no melhor cenário considerado. Neste mesmo cenário onde a linha de costa projetada para 2100 encontra-se recuada 561m da posição atual e tem 70% de probabilidade de ser ultrapassada, observamos também, o maior percentual relativo de perda de área urbana. Para o cenário considerado como intermediário, onde a linha de costa projetada encontra-se recuada 695 m da atual, e tem 50% de probabilidade de ser ultrapassada, dunas representam a maior parte da área ambiental perdida, porém, dividem espaço com áreas de campos e em menor escala, áreas de matas. Já, para o pior cenário considerado, onde a linha de costa projetada encontra-se recuada 1032m da atual e com 10% de probabilidade de ser ultrapassada, houve uma inversão na perda ambiental com relação ao cenário anterior. Neste cenário, campos litorâneos e dunas aproximaram-se de 50 % e 35 % de perda ambiental, respectivamente, representando as maiores áreas impactadas. A vulnerabilidade costeira também foi avaliada através do cálculo do Índice de Vulnerabilidade Costeira (IVC), para os cenários atual e futuro (projetado para 2100). Com relação à vulnerabilidade costeira, de forma geral, os valores do IVC calculados para a região foram de 14,4 (atual) e 51,03 (futuro), o que faria com que a mesma deixasse de ser caracterizada como uma região moderadamente vulnerável, e passasse a ser considerada como uma região costeira de vulnerabilidade muito alta à elevação do nível do mar. Dessa forma, as informações aqui obtidas são úteis para planejar adequadamente a ocupação, o uso e a adaptação desta região costeira, bem como, possibilitar estudos futuros acerca do manejo dos ambientes nela encontrados, face ao atual cenário de mudanças climáticas globais.

In the current scenario of global climate change, in which some of the observed effects are: the mean sea level rise, and an increased frequency and intensity of extreme events, coastal regions around the world should in general become more vulnerable. In this context, the Rio Grande do Sul coastline, due to its intrinsic morphodynamic characteristics, such as, a low lying coastal gradient combined with a high degree of exposure to ocean dynamics, places several associated ecosystems, such as beach, dunes, marshes, fields, wetlands and washouts in a vulnerable position to changes in sea level. Model simulations of coastal response to sea level rise for the Rio Grande do Sul pointed out Cassino beach sector as being the most affected with the largest shoreline recession along the entire coast. Aiming for adequate planning of these areas under global climate change scenarios, and in order to determine the possible loss of habitats in case of a rise of mean sea level in the long term (2100), present day shoreline was digitalized at the foredune toe limit using in ArcGis, and coastal environments were initially classified using IDRISI program. In this environment, the percentages for each habitat loss were calculated for three possible coastline scenarios, designed for 2100. It was noticed that all environments would display some lost area, even at the best case scenario. In this scenario where the projected shoreline is located at 561m inland form the present day shoreline with 70% probability of being exceeded by 2100, more than half of the dune area would be lost, followed by a smaller fraction of fields. It can also be observed that in this scenario the urban area had the highest percentage loss. For the intermediate scenario where the projected shoreline is located at 695m inland from the present day shoreline with 50 % probability of being exceeded, dunes represent the largest loss in habitat, sharing space, with surrounding green fields and to a lesser extent, to forests. Yet for the worst case scenario where the projected shoreline is located at 1032m inland from the present day shoreline with10 % probability of being exceeded, there was a reversal in habitat loss with respect to the intermediate scenario. In this scenario, green fields and coastal dunes approached 50 % and 35 % loss in habitat, respectively, representing the largest impacted areas. It should be highlighted that the fresh water creeks, called washouts, in the best case scenario had its entire area lost. However, in the long term they probably should re-establish its course if topography allows. On the one hand, considering any of the simulated scenarios, as the shoreline retreats the salt marsh area would become closer to the foredune areas. On the other hand, even though not simulated here, there is also the possibility that with sea-level rise it could be inundated through the connecting channel to Patos Lagoon resulting in an increased habitat area. Coastal vulnerability was evaluated through the use of Coastal Vulnerability Index (CVI) for the present and future scenarios for 2100. Looking at coastal vulnerability in general, calculated CVI values for the study area were 14.4 and 51.03, designed for the present and for the year 2100, respectively. The results indicate that a region currently characterized as a moderately vulnerable, should become highly vulnerable in the future due to the rising of mean sea level as projected. This change would take place basically influenced by two of the index variables: shoreline erosion/accretion rates; and relative sea-level change, considered here as the controlling variables for coastal vulnerability under climate change in this area. Thus, the information obtained is critical to properly plan, land use and adaptation of this coastal region under the current scenario for global climate change, as well as enable future studies on habitat management.

Dados batimétricos, sedimentológicos e de retroespalhamento acústico do fundo foram integrados em um SIG (Sistema de Informação Geográfica) 3D. Ecossondas operando na frequência de 38 kHz foram utilizadas para coletar dados da costa brasileira, ao longo de 14.596 milhas náuticas. As operações ocorreram sobre a plataforma continental, talude e região oceânica adjacente, entre Chuí-RS (34°S) e o Cabo de São Tomé-RJ (22°S), Brasil. Os dados batimétricos obtidos por estas ecossondas durante seis cruzeiros de prospecção pesqueira foram complementados com informações de altimetria por satélite e outros cruzeiros de oportunidade, permitindo a criação de uma malha batimétrica com 5.397.090 pontos. A partir desta malha, foi gerada uma representação 3D do fundo marinho utilizando a linguagem para descrição de ambientes tridimensionais interativos X3D. Feições de fundo como o Cone e o Terraço do Rio Grande, o Platô de São Paulo, além de outras, puderam ser identificadas nestes mapas batimétricos. O SIG 3D permitiu realizar o cruzamento das informações de retroespalhamento acústico e sedimentológicos sobre os mapas batimétricos, auxiliando na identificação das regiões com características típicas de depósitos fosfáticos. O SIG 3D mostrou-se vantajoso em relação às representações bidimensionais, pois permitiu a observação de detalhes e a interpretação das informações a partir de diferentes pontos de visão não estáticos.

Bathymetric, sedimentological and seabed acoustic backscatter data were integrated into a 3D GIS (Geographic Information System). 38 kHz echo sounders were used to collect data over 14,596 nautical miles during six fish biomass assessment cruises over the continental shelf, slope and adjacent oceanic regions between Chuí-RS (34°S) and Cape São Tomé-RJ (22°S), Brazil. The bathymetric set of data were complemented with satellite altimetry and also with data from general bathymetric charts in order to build a bathymetric grid with 5,397,090 points. From this grid, a 3D virtual representation of the seabed was generated, using the language for description of three-dimensional interactive environments X3D. Bottom features such as Rio Grande Cone and Terrace, São Paulo Plateau and others, were identified in the bathymetric maps. 3D GIS implementation allowed to analyze backscatter and sedimentological information over the bathymetric grid, demonstrating to be a useful tool to highlight areas with characteristically phosphatic deposits. 3D GIS proved to be more valuable than two-dimensional representations because allowed observation of details and interpretation of information from different not static viewpoints.

Marés meteorológicas que geram sobre-elevações do nível do mar são freqüentes na costa do Rio Grande do Sul e respondem às variações ocorridas na atmosfera. Torna-se importante, dessa maneira, definir padrões meteorológicos sinóticos responsáveis por gerar eventos de marés meteorológicas intensas na Praia do Cassino como objetivo desse trabalho. O uso de dados de reanálise associados a uma técnica eficiente de localização do ciclone, aplicando o conceito de vorticidade, permitiu definir uma nova classificação com base na trajetória de ciclones extratropicais responsáveis pela subida do nível do mar. Três padrões de trajetórias foram identificados: 1) Ciclogênese ao sul da Argentina com deslocamento para leste e trajetória entre 47.5ºS e 57.5ºS; 2) Ciclogênese ao sul do Uruguai com deslocamento para leste e trajetória entre 35ºS e 42.5ºS; 3) Ciclogênese ao sul do Uruguai com deslocamento para sudeste e trajetória entre 35ºS e 57.5ºS. O estudo de 23 ciclones extratropicais permitiu verificar máximas elevações do nível e erosão respectivamente associados a tempestades ocorridas no inverno e verão. A Praia do Cassino apresentou um comportamento sazonal, com erosão episódica associada a eventos de alta energia mais freqüentes no inverno, e longos períodos de acresção relacionados ao regime hidrodinâmico normal.

The region under study is regularly subject to the occurrence of storms associated with frontal systems and extratropical cyclones, since it is located near one of the cyclogenetic regions in South America. These storms can generate storm surges that cause anomalous high sea level rises on Cassino Beach. The use of reanalysis data along with an efficient technique for the location of the cyclone, using a vorticity threshold, has provided a new classification based upon the trajectories of events that produce positive sea level variation. Three patterns have been identified: 1) Cyclogenesis to the south of Argentina with displacement to the east and a trajectory between 47.5ºS and 57.5ºS; 2) Cyclogenesis to the south of Uruguay with displacement to the east and a trajectory between 35ºS and 42.5ºS; and 3) Cyclogenesis to the south of Uruguay with displacement to the southeast and a trajectory between 35ºS and 57.5ºS. Maximum water level elevation above the mean sea level and beach erosion were associated, respectively, with winter and summer storms. Cassino beach displayed a seasonal morphological behavior, with short periods of episodic erosion associated with winter storm events followed by long periods of accretion characterized by the dominance of fair weather conditions.

Estruturas subsuperficiais da plataforma continental interna do Rio Grande do Sul (RS), no sul do Brasil, registradas através do sistema acústico Sparker®, foram interpretadas como paleocanais, que se desenvolveram sobre um ambiente de planície costeira, anterior à transgressão ocorrida no final do Pleistoceno e início do Holoceno. Dois refletores principais, com expressiva continuidade lateral, foram identificados. O primeiro refletor, mais raso, situa-se entre 10m e 12m em subsuperfície e se caracteriza como uma superfície bastante homogênea, com algumas irregularidades localizadas, de dimensões reduzidas, próximas a feições acanaladas. O segundo refletor, localizado a profundidades que variam entre 14m e 32m, em relação ao fundo marinho, é mais descontínuo e sua superfície mais irregular, com a presença de estruturas erosivas. A análise conjunta dos perfis indica que esta drenagem pretérita apresenta uma orientação N/NE-SE/SO, reduzindo sua profundidade e aumentando sua largura em direção ao mar aberto. A presença de paleocanais na plataforma interna do Rio Grande do Sul reforça os modelos de evolução paleogeográfica da área, conforme propõe os estudos realizados anteriormente.

Subsurface structures mapped by the Sparker® acoustic system on the inner continental shelf of Rio Grande do Sul State, in southern Brazil were interpreted as paleochannels which developed over a coastal plain environment during the upper Pleistocene and lower Holocene. Two major reflectors displaying expressive lateral continuity were identified. The first reflector, which is shallower, is buried at depths ranging from 10 to 12m and its surface is relatively homogeneous displaying few irregularities associated that channeled structures. The second reflector mapped on depths ranging from 14 a 32m is more discontinuous and irregular and display erosive structures. The overall interpretation of the shallow seismic reflection profiles indicates that this preterit drainage display an N/NE-SE/SW orientation increasing its width and decreasing its depth towards offshore. The presence of paleochannels in the inner continental shelf of RS state supports the paleogeographic models of the area proposed by early studies.

Desde o início dos anos 30 perfis de praia foram classificados em um dos dois tipos: perfis de tempestade ou perfis de ondulação associados, respectivamente, com ondas de alta e baixa esbeltez. Mudanças no perfil praial envolvem muitas variáveis, tornando muito difícil a formulação de modelos de prediçâo de comportamento praial. Somente a partir da década de 70, as características dos sedimentos c os processos de transformação de ondas operantes na plataforma interna e antepraia, acoplados com a morfologia tridimensional e a hidrodinâmica da praia, começaram a ser estudados de maneira integrada. Tais estudos levaram a um melhor entendimento do comportamento de sistemas praiais e zonas de arrebentação e também à formulação de modelos seqüenciais de comportamento morfodinâmico daqueles sistemas. Apresenta-se aqui uma breve síntese dos principais trabalhos e modelos introduzidos pela escola australiana de geomorfologia costeira na área de morfodinâmica praial e o resultado de sua aplicação em algumas praias do sul e sudeste do Brasil.

Since the early 1930's, beach profiles have been broadly classified in one of the two types: storm profiles or swell profiles associated, respectively, with steep or low waves. Changes in beach profiles involves so many variables that becomes very difficult to obtain a model which can account for a sucessfull explanation or prediction of these changes. Only in the early 1970's. the sediment characteristics, the process of wave transformation in shallow waters and the coupling between the three-dimensional morphology and the hydrodynamics were sistematically analyzed in order to get a better understanding of the processes responsible for beach changes and its evolutionary sequences. In this paper a brief review about the sucessfull beach morphodynamic models developed by the Australian school of coastal geomorphology is presented as well as some results of this approach applied to some of the southern and southeastern Brazilian beaches.