EVOLUÇAO RECENTE DO NÍVEL MÉDIO DO MAR :EM PORTUGAL*

J. M. Alveirinho Dias Doutorado em Geologia (Instituto Hidrográfico)

Rui P. M. Taborda Licenciado em Geologia (Bolseiro do Projecto DISEPLA)

RESUMO - Analisaram-se os dados das estações maregráficas com um mínimo de 10 anos de observações (Cascais, Lagos, Leixões, Lisboa e Angra do Heroísmo) . Apenas duas destas estações (Cascais e Lagos) possuem registos suficientemente longos para possibilitarem a determinação da tendência secular de elevação do nivel médio do mar com um minímo

de segurança. Os resultados obtidos para estas duas estações apontam para uma elevação média do nível referido, desde o início do século, de 1.3 ± ±. 0.1 mm/ano e 1.5 ± 0.2 mm/ano respectivamente.

A análise dos dados referentes à estação maregráfica de Cascais permitiu ainda dividir a série em dois domínios temporais: um, desde o final do século passado até ao ano <le 1920, em que a tendência é de pequena des­cida, e outro, posterior ao ano de 1920, em que a tendência é consistente­mente de subida. Esta inflexão no comportamento da série poderá estar relacionada com a transição da "Pequena Idade do Gelo», que tertninou no final de século passado, para o episódio climático actual.

A ordem de grandeza dos valores de elevação do nível médio do mar, nas estações estudadas, e a comparação dos dados com a evolução da temperaturá média à superfície no Atlântico Norte, sugerem ainda que a subida é predominantemente eustática e provavelmente correlacionada com a expansão tértnica de oceano.

ABSTRACT - Data from ali portuguese tide-gauge stations with a mini­mum record of ten years (Cascais, 106 years; Lagos, 78 years; Leixões , 30 years; Lisboa, 14 years and Angra do Heroísmo, 10 years) were analy­sed. Data analysis led to the conclusion that only Cascais and Lagos sta­

tions have records longenough to allow the detertnination of consistent results. Linear regression of these data indicate that sea-Ievel rose, during the respective observation periods, at an average rate of 1.3 mm/year in Cascais and 1.5 mm/year in Lagos.

We extendedthe analysis of Cascais tide-gauge data by splitting the time series in two sub-intervals: the first , from the end of the last century to 1920, characterized by an apparent drop in sea leveI, and the second, from 1920 onwards, characterized by sea levei rise. This inflexion might be related to the tertnination of "Little Ice Age» near end of lhe last century.

* Contribuição n. o 34 do projecto DISEPLA (Dinâmica Sedimentar da Platafortna Continental a Norte de Peniche), subsidiado pela JNICT (n. o 87259) .

ANAIS DO INSTITUTO HIDROGRÁFICO N. 09 - 1988

The rates of sea levei rise, in the studied stations, and a comparasion with the mean surface temperature of the North AtIantic , suggest that this rise is predominantely .eustatic probably is associated with the thermal expansion of the oceans.

1. INTRODUÇÃO

Há mais de meio século que a variação global do Nível Médio do Mar (NMM) tem vindo a ser objecto de estudos . A relevância de tais estudos tem vindo a ser confirmada ao

longo da última década, principalmente porque se verificou que este nível apresenta grande sensibilidade potencial às pequenas oscilações climáticas, e porque o aumento da erosão litoral detectável, de forma genérica, em todas as zonas costeiras do globo é, em grande parte, atribuível à elevação recente desse NMM.

A análise de séries maregráficas de variadas regiões do globo permite estimar a actual elevação do NMM entre 1 mm/ano e 3 mm/ano (tabela I). As projecções dessa ele­vação no futuro apresentam grande variabilidade (oscilan­do entre 38 cm durante o próximo seculo e 50 cm nos próximos 40 anos (Revelle, 1983; Hoffman et aI., 1983), sendo unânimes, no entanto, em prevêr um incremento significativo das taxas de elevação do NMM nas próximas décadas . Como a grande maioria dos palas de desenvolvimento das populações se localizam nas zonas

. ribeirinhas, o impacte económico e social da aludida acele­ração da elevação do NMM poderá ser de extrema gravidade. Com efeito, é de antever, nas próximas décadas, incremento da erosão e recuo das linhas de COSIa, inunda­

ções de zonas ribeirinhas mais frequentes e mais catastróficas, destruição de estruturas costeiras, salinização de aquíferos, ampliação das intrusões salinas nos estuários, danos maiores e mais graves devido a tempestades marinhas, etc.

No entanto, muitos destes impactes negativos poderão ser minimizados, ou mesmo evitados, se se tomarem as me­didas necessárias em tempo oportuno, isto é, se governan-

83

TABELA I

Estimativas da subida média global do nível do mar Adaptado de Barnett, 1983 e Aubrey et ai., 1987

Autor Taxa (mm/ano) Método

Thorarinsson ( 1940) . . . .. . . .. . . ... .. ... ... .... .. . .. ..... .. . . . . . . . . .. . . .... . > 0.5 1.1 ± 0.8

1.2-1.4

Aspectos crio1ógicos Gutenberg (1941 ) . . . ... . . . .. .. . . . . .... .. .. . .. . . ... . . . . . . .. . .. . . ... . . Marégrafos, 69 estações 1880-1939

Diferentes métodos combinados Marégrafos, 6 estações 1800-1943 Estimativas criológicas

Kuenen (1950). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . ....... ...... . . . Lisitzin (1958). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...... . . . . . . . ... . 1.12 ± 0.36

1.18 Wexler (1961). . . . .. . ..... . . ..... . ...... .. .. . Fairbridge & Krebs (1962). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . . .... . . . ... . 1.2 Marégrafos 1900-1950 Emery (1980) . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . .... . . .. . . . . 3.0 Marégrafos, 247 estações 1850-1973

Marégrafos, 193 estações Marégrafos, 9 estações 1903-1969 Marégrafos, 155 estações 1880-1980 Marégrafos

Gornitz et ai. (1982) I .. .. .. .

Earnett (1983) . . Barnett (1984). Aubrey & Emery (Aubrey , 1985). Gornitz & Lebedeff (1987) 2 . . •.•. •• • ..•.. • .••••

1.2 1.5 ± 0.15 1.43 ± 0.14

0-3.0 1.7 Marégrafos, 231 estações

I Os autores calcu laram também um valor corrig ido dos movimentos crustais para o qual obtiveram um valor de 1.0 mm .

~ Depois de corrigidos os movimentos crustais. os amores obtiveram valores de 1.2 e l.0 mm.

tes e gestores tiverem em conta, nas suas decisões , a problemática da elevação do NMM. Tenta-se, por isso, ac­tualmente , a nível internacional, estabelecer uma rede glo­bal de observação (programa GLOSS-Global Sea Levei Observing System) que permita analisar e prever fenóme­nos atmosféricos e oceanográficos, e fornecer às estruturas de gestão e planeamento bases fiáveis que possibilitem decisões mais correctas.

Ao abordar, com este trabalho, o estudo das séries temporais de dados referentes às estações maregráficas portuguesas, pretende-se dar contributo válido para a análise desta problemática , estimar os valores dessa elevação em Portugal e, simultaneamente, sensibilizar a comunidade para este assunto .

2. TRABALHOS ANTERIORES

Os dados referentes à estação maregráfica de Cascais , que apresenta uma série de observações superior a um século, têm sido por várias vezes incluídos em trabalhos de índole mega-regional ou global (por ex: Maksimov ,1971; Gornitz et a!. , 1982; Barnett, 1983, 1984; Lambeck & Nakiboglu , 1984; Gornitz & Lebedeff, 1987). No entanto, os estudos específicos sobre a variação do NMM em Portu­gal a que tivemos acesso são em número muito reduzido. King (1975), explanando sobre as variações do NMM em vários locais do globo, apresenta uma tabela em que se apon­ta para Portugal o valor de + 1.5 mm/ano, embora não sejam aí referidas as estações que estiveram na base dessa quantificação, os dados que utilizou, nem o método de aná­lise adoptado. Pirazzoli (1986), ao estudar séries maregrá­ficas longas de estações dispersas por todo o globo, aponta para valores de variação do NMM para Cascais (+ 1.4 mm/ano), Lagos (+ 2.1 mm/ano) e Horta (+ 2.9 mm/ano). Carvalho et a!. (1986) e Carvalho (1988), embora sem proporem um valor específico para a taxa de variação, referem que o NMM (referido ao zero hidrográ-

84

fico) se elevou, em Leixões, de 1998 mm em 1956 para 2138 mm em 1984. O trabalho mais completo sobre esta temática é o de Costa (1987), onde são analisados os dados referentes às estações maregráficas de Leixões, Cascais e Lagos . Os valores aí apontados para as tendências de cres­cimento das séries globais analisadas são de 1.245 mm/ano em Cascais e de 1.526 mm/ano em Lagos.

3. O NÍVEL MÉDIO DO MAR

Na ausência de agitação marítima superficial, de marés, de efeitos picnométricos, de correntes e de influências atmosféricas, o nível do mar coincidiria côm o do geóide. Como o geóide é uma superfície equipotencial determinada principalmente pelos potenciais de atracção e rotação da Ter­ra (Morner, 1980), e como o valor desses potenciais varia não só de lugar para lugar mas, também, ao longo do tem­po, conclui-se que a configuração do referido geóide é instável. Além disso, como estas condições ideais não se aplicam para oceanos reais, a superfície do NMM não coin­cide com a do geóide.

Na escala global , o NMM depende essencialmente de três factores (Titus, 1986): a) do volume total de água presente nas bacias oceânicas; b) da temperatura da água a diferentes profundidades (a qual influencia a densidade e o volume) e, c) da forma (batimetria) das bacias oceânicas. Quaquer variação de um destes factores induz variação correspondente no NMM. Estas modificações são, por via de regra, lentas à escala humana e são denominadas varia­ções seculares.

Os processos responsáveis pela modificação dos factores aludidos têm sido amplamente discutidos na bibliografia (p . ex : Fairbridge, 1961; Clark etal. , 1978; Abreu, 1980; Donovan & Jones, 1979; Morner, 1976; Chappell et ai., 1982; Peltier, 1980; Morner, 1980; Gornitz & Lebedeff, 1987; Sahagian, 1988 ; Barnett,1983) . Entre os processos mais importantes podem referir-se os glacio-eustáticos

---+-7"'=-,,t.t---------;==-- 42°

________ -+ ____________ +-__ ~o -----f-----t------f--- ~o

Q Cascais 30" Angra do Heroismo

----+------------+-----------1-380 -------,I-----+-------;F----- 38° 28°

--+-__________ -+ ____ -----;r-______________________ +-_____ ~O

260

Figura 1 - Localização das estações maregráficas estudadas.

(variações do volume das águas oceânicas devidas a fusão ou crescimento das calotes glaciárias e dos glaciares de montanha), os glacio-isostáticos (ajustamentos litosféricos causados por variações das massas glaciárias), os hidro­-isostáticos (ajustamentos litosféricos devidos a variações da espessura da coluna de água e, consequentemente, de força exercida por esta no fundo do mar), os tectono­-eustáticos (variações do nível das águas oceânicas causa­das por modificações da capacidade das bacias devidas a deformações tectónicas), os sedimento-eustáticos (variações do nível das águas causadas por modificações da capacidade das bacias oceânicas devidas à acumulação de sedimentos) e os geóido-eustáticos (variações do nível das águas devidas a deformações no relevo do geóide).

Do exposto conclui-se que a problemática referente às variações do nível do mar envolve uma multiplicidade de processos e é extremamente complexa, complexidade essa ampliada pelo facto dos processos envolvidos se interinfluen­ciarem. Por exemplo, o glacio-eustatismo (fusão parcial ou total de uma calote glaciária) induz respostas glacio­-isostáticas a nível mega-regional, e respostas hidro--isostáticas e geóido-eustáticas a nível global, as quais podem influenciar os processos sedimento-estáticos e tectono­-eustáticos. Além disso, verificam-se, com frequência, efeitos de ressonância, o que toma mais complicada a análise do problema na sua globalidade. Por exemplo, um aqueci­mento climático generalizado induz fusão de gelos nas áres glaciadas, o que provoca diminuição do albedo da Terra, o que conduz a maior absorção da radiação solar e conse­quentemente, novo aquecimento climático.

Também os factores astronómicos têm, seguramente,

240 8°

influência muito importante na evolução secular do NMM. No entanto, a influência de alguns factores que poderão ser relevantes para este tipo de análise (por exemplo, pequenas variações no período de rotação da Terra e deriva secular do pólo de rotação) não estão ainda bem quantificadas, não sendo, por isso, possível, neste momento, correlacioná-los com curvas de variação do NMM.

-Para culminar as explanações antes efectuadas, devem referir-se as dificuldades existentes na determinação e quantificação das variações seculares do NMM. Com efeito, os níveis registados estão referidos ao continente e refletem não só as variações eustáticas mas também, e cumulativa­mente, os movimentos crustais (nomeadamente os devidos aos fenómenos de compensação isostática), os quais podem gerar tendências de variação comparáveis, em magnitude, às das variações eustáticas. Por esse motivo, as modifica­ções do NMM relativo podem revelar variações importan­tes em áreas próximas, chegando mesmo a ser de sinal oposto, como se verifica na costa atlântica dos Estados Unidos da América (Aubrey & Emery, 1983; Fadaie & Brown, 1984; Braatz & Aubrey , 1987). Esta incapacidade actual de distinguir os dois tipos de sinal, e que advém da inexistência de um datum estável e absoluto , pode ser ultrapassada no futuro recorrendo a novas tecnologias, tais como o GPS (Global Positioning System) e o VLBI (Very Long Baseline Interferometry) . Todavia, será necessário es­perar algumas décadas para que as redes já em funciona­mento produzam resultados suficientemente credíveis.

Outro problema que surge na determinação da variação secular do NMM é o que se relaciona com a amplitude do próprio sinal (tipicamente entre I mm e 3 mm/ano), da

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mesma ordem ou várias ordens de magnitude inferior às dos sinais de tipo periódico ou ocasional que afectam o nível do mar, tais como: ondas superfíciais, cuja ordem é métrica; marés lunares, de ordem decimétrica a métrica; sobreelevação das águas, junto à costa, no decurso de temporais (storm surge) que pode atingir várias dezenas de centímetros (Holman & Sallenger, 1985) e que se pode propagar sob a forma de «shelf waves» ao longo da mar­gem continental, com amplitudes da ordem de 10 a 30 cm (Hamon, 1962, 1966); ciclo lunar nodal, com período de 18.6 anos e que pode induzir variações do nível do mar de quase 10 mm (Lisitzin, 1974); alterações devidas a modifi­cações barométricas que atingem, em mar aberto, 1 cm/mi­libar (Robinson, 1964); variações devidas a efeitos térmicos que, segundo os cálculos de Montgomery (1938), atingiriam 19 cm se se verificasse uma elevação de temperatura, a nível regional, dos 100 m superiores da coluna de água, de 8 para 18°C; episódios do tipo «El Nino» responsável por varia­ções do nível do mar na costa ocidental sul-americana, em 1982/83, da ordem dos 60 cm (Komar & EnfieI, 1987) e que se propagam para Norte, a partir do equador, sob a forma de ondas de Kelvin, de tal modo que induz, no Oregon, máximos do nível do mar superiores em 10 a 20 cm aos previamente observados (Huyer et aI. , 1983); pluviosidade e débito líquido dos rios que, na bacia de Bengala, induzem variações da ordem de 100 cm (Komar & Enfield, 1987); modificações antropogénicas do ciclo hidrológico, como a extracção de águas subterrâneas, que em grande parte são posteriormente drenadas para os ocea­nos, e cujo volume extraído actualmente é equivalente a uma elevação do NMM de 1.3 mm/ano, mas que seria eventual­mente compensado, e até excedido, pelos volumes hídricos retidos pelas barragens bem como os que, a partir delas, são dispendidos na irrigação ou perdidos por infiltração e que se calcula serem equivalentes a uma redução do NMM de 1.5 mm/ano (Gornitz & Lebedeff, 1987)

Muitos dos fenómenos aludidos, bem como vários ou­tros que não foram referidos, são bastante mal conhecidos, constituindo os registos maregráficos uma base insubstituível para o seu estudo. No entanto, os sinais provocados por esses fenómenos constituem «ruídos» em estudos que incidem na variação secular do nível do mar. Nestes casos, e parafra­seando Komar & Enfield (1987), o que para uns é «ruído» indesejável, constitui para outros a «chave» para um melhor conhecimento da natureza.

É de referir também que o actual conhecimento sobre

o NMM global e as suas variações recentes é ainda muito incompleto. Com efeito, os estudos sobre este assunto têm incidido predominantemente na análise de séries maregrá­ficas, a mais antiga das quais se refere à estação de Ames­terdão, instalada em 1682 (Van Veen, 1954). Embora existam outras estações com séries de observações bastante longas, como a de Estocolmo, iniciada em 1704 (Morner, 1979), de Brest, a partir de 1807, de Swinemunde, iniciada em 1811 e Veneza, desde 1825 (Pirazzoli, 1986), a maior

86

parte das estações em funcionamento foram instaladas há relativamente pouco tempo. Na realidade, poucas são as es­tações com séries de observações superiores a um século. Por outro lado, as estações maregráficas encontram-se desigualmente distribuidas pelo globo. No início desta década, das cerca de 800 estações existentes no mundo, apenas 250 apresentavam dados utilizáveis e, destas, 92 % localizavam-se no hemisfério Norte (Aubrey & Emery, 1983), o que revela a profunda assimetria existente nos conhecimentos sobre este tipo de fenómenos.

4. CAUSAS DA ACTUAL ELEVAÇÃO DO NMM

Grande parte da elevação do NMM verificada nos últimos 100 anos pode ser atribuída à expansão térmica das camadas superiores do oceano e à fusão dos glaciares alpinos, podendo constituir já uma resposta ao aquecimen­to global da atmosfera terrestre (Hansen et aI., 1981). Tais aquecimento atmosférico e elevação do NMM correlacionam-se, em parte, com o final da última pequena oscilação climática, denominada «Pequena Idade do Gelo», que teria terminado no final do século passado. No entanto, a aceleração recente das taxas de subida do NMM parece estar radicada, parcialmente, nas consequências da activi­dade antrópica, principalmente ao nível da atmosfera, nos teores de gases envolvidos no chamado «efeito de estufa», os quais têm aumentado de forma notável nas últimas décadas.

Com efeito, refere-se, a título exemplificativo, que o CO2 aumentou 8% (de 315 ppm para 340ppm) de 1958 até ao início da década de setenta (Keeling et aI., 1976), que o metano registou um incremento de 1 a 2 % entre 1970 e 1980, que os clorofluorcarbonetos aumentaram 6% no mesmo período (Lacis et a!., 1982), e que o N02 ampliou o seu teor na atmosfera ao ritmo de 0.2 % ao ano, entre 1975 e 1980 (Hansen et a!., 1983). Embora não se conheçam bem as respostas, ao nível climático, dos aumentos referidos, nem os mecanismos autoreguladores da Terra, existe consenso de que o resultado inevitável será o aquecimento generali­zado do clima e consequente elevação do NMM. Com efei­to, a temperatura média terrestre elevou-se de 0.3°C em apenas uma década, entre 1970 e 1980 (Bourdial, 1988). Não se conhece, com segurança, o impacte que tal aqueci­mento tem, ou terá, no nível do mar, porquanto existem numerosos factores envolvidos, e não se conseguiram ainda determinar, com fiabilidade, as consequentes expansões térmicas dos oceanos, bem como as fusões parciais dos ge­los antárticos, da Gronelândia e dos glaciares alpinos . Estima-se que os oceanos demoram décadas a «responder» completamente ao aquecimento atmosférico (Hansen et a!. , 1981). Correlações estatísticas entre o NMM e a tempera­tura global dos oceanos sugerem um desfaseamento de 18 anos no efeito da variação da temperatura sobre o nível do mar, com um aumento de 0.16 m por cada grau (Gorniz et aI., 1982) . Assim, provavelmente, o oceano ainda não

LEIXÕES CASCAIS LISBOA

2200 r-

2100 -

LAGOS ANGRA 00 HERoisMO

1 900 1 920 1940 1~60 1980 2000

Figura 2 - Variação do n{vel médio do mar (médias anuais) em estações maregráficas portuguesas.

entrou em equilíbrio com o aquecimento induzido pelo incremento dos teores, na atmosfera, dos aludidos gases

relacionados com «efeito de estufa» que se verificou nos anos 70. É, portanto, de esperar, que nas próximas décadas a taxa de subida do NMM acelere significativamente devido, nomeadamente, à expansão térmica oceânica que tal

equilíbrio acarretará (Titus, 1986).

5. MÉTODOS UTILIZADOS

Os dados que serviram de base a este trabalho encontram-se em arquivo no Instituto Hidrográfico e referem-se a níveis médios anuais e mensais de estações maregráficas portuguesas com um registo mínimo de 10 anos: Leixões, Cascais, Lisboa, Lagos e Angra do Heroísmo (figuras I e 2 e tabela II). Todavia, as reduzidas séries de

Estaçé)es

Leixões

Cascais

Lisboa

Lagos

Angra

TABELA II

Extensão temporal das séries maregráficas estudadas

Série estudada Anos em falta (*)

1956-1985 -

1882-1987 1912, 19\3, 1916, 1954, 1959

1972-1985 -

1908-1987 1948, 1949, 1950, 1963, 1964. 1965

1976-1985 -

(*) Anos com menos de 9 meses de registo .

observações das estações de Lisboa e de Angra apontavam, à partida, para resultados-pouco significativos, na determi­nação da tendência secular.

Foi feito o tratamento gráfico das cinco séries de valo­res anuais, projectando-se o NMM (em milímetros e refe­rido ao zero hidrográfico) em função do tempo. Verifica-se

que existe tendência de subida em todos os gráficos execu­tados, embora a extensão temporal das séries de Lisboa e Angra seja bastante reduzida , o que não possibilita a extracção de resultados credíveis para estas estações .

Uma das técnicas que se utilizou para o estudo da tendência secular foi a de regressão linear, a qual tem sido repetidamente usada por quase todos os investigadores que se têm dedicado a este assunto. Não é, no entanto, evidente que o ajustamento rectilíneo seja o mais adequado , ou mesmo que toda a série temporal deva ser sujeita ao mesmo tipo de ajustamento. Para averiguar este assunto , foram ensaiados, nos dados referentes à estação maregráfica de Cascais (que tem um registo mais longo, correspondente a 106 anos) outros tipos de ajustamento.

Os melhores resultados foram obtidos com o ajustamento ao modelo rectilíneo (coeficiente de correlação r = 0 .77) . Principalmente por esta razão adoptou-se este modelo para

o estudo das outras estações maregráficas, o que tem a van­tagem de permitir uma interpretação bastante mais directa, isto é, o declive da recta correspondente à subida anual média

em milímetros. Com a finalidade de testar a consistência dos dados e de averiguar a variabilidade da tendência de subida do NMM segundo os diferentes meses do àno , efectuou-se também o tratamento gráfico dos níveis mensais para as estações de Casçais, de Lagos e de Leixões, tendo­-se ainda ensaiado o ajustamento dos valores ao modelo rectilíneo.

O facto da série de Cascais apresentar dois domínios com

87

comportamento aparentemente diferente, um, desde o início da série até cerca de 1920, e outro, desde essa data até à

actualidade, levou a que se subdividisse esta série em duas, sendo aplicada a cada uma das sub-séries o ajustamento ao modelo rectilíneo. Semelhante procedimento foi adoptado na série de Lagos, para verificar se existia coerência de comportamento.

No sentido de «filtrar» parte do «ruído» e de obter resultados mais consistentes, procedeu-se ainda ao alisamento das séries, o que foi efectuado utilizando três processos diferentes: médias móveis, medianas móveis e médias ponderadas. Como estes procedimentos só são relevantes quando existem registos suficientemente longos, o alisamento das séries aplicou-se apenas para as estações maregráficas de Cascais e de Lagos, pois são as únicas com períodos de observações considerados suficientes.

O método das médias móveis é o mais simples, adop­tando para valor, em cada ponto, a média de n pontos adjacentes. Utilizou-se o método por duas vezes, num caso com n = 5 e noutro com n = 19. A escolha do número de pontos utilizados no processo de alisamento não foi totalmente arbitrário pois que se teve em atenção o compri­mento das séries e os períodos de algumas oscilações conhecidas. Por exemplo, a adopção de n = 5 permite «fIltrar» grande parte das ondas planetárias e, eventualmente, algumas ondas geoidais. A adopção de n = 19 permite «fIltrar» o ciclo lunar nodal, cujo período é de 18.6 anos.

Um dos outros métodos utilizados foi o das medianas móveis, o qual faz parte da estatística robusta. Este método difere do anterior, pois em vez de considerar para valor no ponto a média dos n pontos adjacentes, entra com o valor da mediana. Tal procedimento possibilita a eliminação de pontos que saiam muito fora da tendência geral, contraria­mente ao que acontece no método das médias móveis.

O terceiro método utilizado foi o alisamento ponderado de Spencer (referido em Kendall, 1948), adoptando umaja­nela de quinze anos, com o objectivo de fIltrar as oscila­ções de curto período, mas deixando sobressair as de médio e longo período.

Este tipo de alisamento permite estimar U~ (valor pon­derado de Uo) com base no valor de Uo' dos sete valores que o antecedem (U _ I a U _ 7) e que se lhe sucedem (UI a U7), utilizando a seguinte expressão:

1 U~ = 320 [74 Uo + 67 (UI + U_I) +

+ 46 (U 2 + U _ 2) + 21 (U 3 + U _ 3) + + 3 (U 4 + U _ 4) - 5 (U 5 + U _ 5) -- 6 (U

6+U--{j) - 3 (U

7 + U_ 7)]

Para a detecção de oscilações com período maior que um ano utilizou-se a autocorrelação, em que a sequência é comparada com ela própria em posições sucessivamente desfasadas, sendo calculado o seu grau de semelhança. Com o mesmo objectivo recorreu-se também à análise espectral, em que uma série temporal é vista como o somatório de

88

várias funções sinuoidais ou harmónicas, estando a variância das sucessivas harmónicas representadas num peridograma.

6. ANÁLiSE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS

O ajustamento da série de Cascais a 4 modelos lineares diferentes (rectilíneo, logarítmico, exponencial e de poten­ciação) revelou que a recta de regressão é a que melhor se ajusta aos dados, com coeficiente de correlação de 0.77 (tabela III e fig. 3). Todavia, as diferenças entre os

TABELA III

Ajustamento dos · dados de Cascais a vários modelos lineares

Modelo Equação de ajustamento

Rectilíneo y = 1,27 x - 335

Logarítmico y = 37,48 log (x - 1880) + 1979,31

Exponencial y = 56,27 (1,012) (x - 1880) + 2000

Potenciação y = 25,34 (x - 1880) 0.3855 + 2000 .

r

0,77

0,65

0,71

0.66

coeficientes de correlação obtidos nos diferentes tipos de ajustamento não são muito significativos, pelo que se não deve tomar como definitivamente conclusivo que o modelo rectilínio é o que melhor representa a tendência secular de elevação do NMM. É possível que a função mais represen­tativa desta tendência, na série considerada, seja de ordem mais elevada. No entanto, não é evidente que essa função mais complexa reflicta a elevação real do NMM, isto é, que traduza esta elevação filtrada do «ruído» muito forte constituído pelos factores responsáveis pela variabilidade do nível do mar e, na maior parte, indeterminados. Assim, aceitou-se como válido, em primeira aproximação, o mo-

2300

2200

2100

2000

1880 1900 1920 1940 1960 19S0 2000

Ano

Figura 3 - Ajustamento dn série I1U1regrájica de Cascais a diversos modelos

lineares.

delo rectilíneo, que aponta para uma elevação média deste nível, ao longo de 106 anos, de 1.3 mm/ano.

O ajustamento ao modelo rectilíneo aplicado às outras séries maregráficas estudadas revelou, em todos os casos, declive positivo das rectas de regressão respectivas, indi­candà tendência de subida em todas as estações (tabela IV e fig. 4). Todavia, é necessário analizar estes resultados com precaução e ver se são ou não significativos, para evitar chegar a conclusões espúrias.

As estações de Lisboa e de Angra do Heroísmo têm registos claramente insuficientes, pois o período de algu­mas oscilações cíclicas é maior que o período de observação. Além disso, a estação maregráfica de Lisboa situa-se na foz do rio Tejo, estando por isso influenciada por oscilações no seu caudal. Não se podem, consequentemente, extrair conclusões válidas da análise dos dados referentes a estas duas estações. Por exemplo o valor de 16.8 mm/ano, obti­do para a estação maregráfica de Angra do Heroísmo, carece de significado pois que corresponde a apenas 10 anos de observações. Não se pode, portanto, afirmar com um mínimo de segurança que a tendência de subida em Angra do Heroísmo é maior que nas outras estações maregráficas estudadas.

No caso da estação maregráfica de Leixões o registo pa­recia ser, à partida, já suficientemente longo para se pode­rem extrair algumas conclusões. Todavia, os resultados obtidos parecem não confirmar esta hipótese pois que: 1) nem todas as doze séries temporais de valores mensais (Janeiro a Dezembro) apresentam a mesma tendência secular, chegando mesmo a ter sinais contrários, variando as inclinações das rectas de regressão entre - 2.9 e +2.3 mm/ano; 2) o erro padrão de tendência é maior que o declive da recta, e para um intervalo de confiança de 95 % , a recta apresenta valores de declive entre - 2.0 e +

LEIXÕES CASCAIS

- -

,f 2 100 f- -

I

TABELA IV

Declive das rectas de correlação e erros padrão de tendência para todas as estações estudadas

Estação Declive da recta Erro padrão de tendência de correlação

Leixões 0.6 (30 anos) ± 1.3

Cascais 1.3 (106 anos) ± 0.1

Lisboa 0.7 (14 anos) ± 1.3

Lagos 1.5 (80 anos) ± 0.2

Angra 16.8 (lO anos) ± 4.6

+ 3.0 mm/ano. Pelo que atrás ficou exposto, não se pode confirmar, com base nos dados disponíveis, que existe tendência de subida do NMM em Leixões, embora estes apontem a hipótese de subida como a mais razoável.

A estação maregráfica de Lagos apresenta já uma série longa (80 anos). Neste caso, a tendência de subida do NMM apresenta-se consistente pois: 1) as séries mensais apresentam coerência de comportamento (fig. 5), havendo em todas uma tendência de subida, variando estes valores entre 1.2 e 2.1 mm/ano; 2) o erro padrão de tendência (0.2 mm/ano) é significativamente menor que o declive da recta de correlação e, para um intervalo de confiança de 95 %, os valores do declive da recta estão compreendidos entre 1.2 e 1.8 mm/ano. Neste caso parece pois lícito concluir que existe tendência de subida do NMM em Lagos, estando esta compreendida entre 1 e 2 mm/ano.

LISBOA

ANGRA 00 HEROISMO

Figura 4 - Rectas de regressão determinadas para as séries maregráficas de Leixões, Cascais, Lisboa, Lagos e Angra do Heroísmo.

89

Figura 5 - Cu.-vas de variação do nível médio mensal e respectivas rectas de regres~ão para a estação maregráfica de Lagos. O valor indicado refere-se ao declive da recta de regressão.

, I

Figura 6 - Curvas de variação do nível médio mensal e respectivas rectas de regressão para a estação maregráfica de Cascais. O valor indicado refere­-se ao declive da recta de regressão.

90

2300 2300

MÉDIAS MEDIANAS

5AMDS 5 ANOS

" 2200 2200

2100 2100

2000 2000

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Ano Ano

2300 2300

MÉDIAS MEDIANAS

19 ANOS 19ANDS

2200 2200 0000· ••• 0

~ ,',

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'* ,* '. ,. .. ' ~ .. '

" " " 2100 2100

" " " : ' "

.........

2000 2000

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Ano Ano

Figura 7 - Alisamento da série maregráfica de Cascais com base no método das médias móveis utilizando <<janelas» de 5 anos e de 19 anos e no método

das medianas móveis utilizando as mesmas <<janelas».

2200 2200

MÉDIAS MEDIANAS

SANas 5 AIOS

2140

2100

2080

2020

2000

1960

1900 1900

1 880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 1880 1900 1920 1 940 1960 1980 2000

Ano Ano

2200 2200

MÉDIAS MEDIANAS ,gAlOS

19.ms ."0 2140 r':' '. ,"

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2080 .... .. ... "."+00. 0 • ' " 00.0 .0. . •

2020

2000

1960

1900 1900

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Ano Ano

Figum 8 - Alisamento da série maregráfica de Lagos com base no método das médias móveis utilizando <<janelas» de 5 anos e de 19 anos e no método

das medianas móveis utilizando as mesmas <<janelas».

91

A estação maregráfica de Cascais é aquela que, à partida, merece maior credibilidade, pois é a que apresenta um registo mais longo e nunca sofreu mudanças de posição, Também aqui a tendência de subida se apresenta consistente, pois que: 1) todas as séries de observações mensais apresentam tendência de subida (fig. 6), variando os valo­res entre 1.0 e 1.5 mm/ano; 2) o erro padrão de tendência é muito pequeno (0.1 mm/ano) e, para um intervalo de confiança de 95 %, o valor do declive fica compreendido entre 1.1 e 1.5 mm/ano. Pode então concluir-se que o NMM em Casc,üs apresenta uma tendência de subida compreen­dida entre 1.1 e 1.5 mm/ano.

Nas estações de Cascais e Lagos os valores de subida determinados são análogos aos valores obtidos pela maio­ria dos autores para a subida eustática do nível do mar, o que sugere que a elevação do NMM, verificado nestas duas estações, tem origem predominantemente eustática.

O ajustamento destas séries maregráficas a diversos modelos matemáticos, ainda que de grande utilidade, pois dá resultados quantitativos facilmente comparáveis e analisáveis, é por vezes demasiado artificial, conduzindo a simplificações exageradas da realidade. Para obviar a esta dificuldade efectuou-se também a análise destas séries temporais utilizando-se os três métodos de alisamento atrás descritos (figuras 7, 8 e 9). Esta confirma os resultados obtidos anteriormente, isto é, que em Lagos e em Cascais a tendência de subida é bastante nítida, consistente, e coerente .

2300

CASCAIS

2200

2 1 00

2000

LAGOS

2 1 00

2000

1900

1 B SO 1 900 1920 1 940 196 0 1 980 2000

Figura 9 - Alisamento dns séries maregráficús de Cascais e de Lagos com

base no método de Spencer (15 anos).

92

A análise dos diagramas referentes à série de Cascais permite estabelecer dois domínios de comportamento dife­rente, um, que abrange o período desde o início da série até cerca de 1915-1920, e outro que se estende desde essa data até à actualidade. A comparação destes diagramas com os obtidos para a estação de Lagos não permite evidenciar, de forma conclusiva, analogias no comportamento referido, pois que esta última série tem início apenas em 1908. Todavia, os resultados parecem não contradizer a hipótese de existência, também nesta estação, dos dois domínios acima aludidos, estando representada na série apenas o fi­nal do primeiro domínio.

2300

22 00

2 100

2000

1880 1900 1 920 1 940 1960 1980 2000

A ,-,o

Figura 10 - Rectas de regressão determinadas para dois domínios

temporais (1882 a 1920 e 1920 a 1987) consideradns na estação de Cascais.

A aplicação do modelo rectilíneo aos dois domínios re­feridos para a estação de Cascais (fig. 10), considerando como ponto de separação o ano de 1920, sugere uma pe­quena descida do NMM (- 0.5 ± 0.4 mm/ano) no final do século passado e início deste século, e subida consisten­te desde essa altura até à actualidade (1.7 ± 0.2 mm/ano). Estas variações calculadas para a série de Lagos (fig. 11) apresentam, respectivamente, os valores de 6.8 ± ± 1.9 mm/ano e 1.2 ± 0.2 mm/ano. É de salientar, no en­tanto, que o valor determinado para Lagos e referente ao primeiro domínio não é credível , pois que é baseado na aná-

2200

21 00

2 000

1900

1 88 0 1900 19 2 0 19 4 0 1960 1980 2000

Figura 11 - Rectas de regressào determinadas para dois domínios

temporais (1908 a'1920 e 1920 a 1987) considerados na estaçào de Lagos.

lise de apenas 12 anos, período manifestamente insuficien­te para a extração de conclusões fiáveis. Aliás, o erro padrão de tendência (1.9), que é muito superior aos erros padrões determinados para o outro domínio de Lagos (0.2) e para os domínios de Cascais (0.4 e 0.2), reflecte o insuficiente número de pontos em que se baseou o cálculo. Em qual­quer dos casos, no entanto, os resultados obtidos e os pe­quenos valores determinados para os erros-padrão de tendência, apontam para a viabilidade da existência dos dois

10.0.

o:: 5.0. <l: L: O o 0..0. -.J W .~ z

-5.0.

-10.0. 1880.

25.0.

20..0.

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10..0.

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-5.0.

-10..0. 1880.

GLOBAL

190.0. 1920. 1940. 1960. 1980. ANO

FENOSCANOIA

ANO

~ RESTO DA EUROPA

190.0 1920. 1940. 1960. 1980. ANO

Figura 12 - Curvas de variação do nível do mar entre 1820 e 1980 deter­minadas para: a) 286 estações distribuídas por todo o globo; b) estações localizadas na Fenoscandia; c) estações localizadas no «resto de Europa»

(adaptado de Gonitz & Lebedeff, 1987). A linha venical separa os dois

domínios temporais que se consideraram para Cascais.

.,,~~.

domínios atrás aludidos, isto é, um, desde o século passado até 1920, e outro, desde esse ano até à actualidade.

A «Pequena Idade do Gelo» teria terminado no final do século passado, estando marcada por pequeno aquecimento climático generalizado. Considerando que, segundo Gomitz et aI. (1982), existe um desfasamento de 18 anos no efeito da variação da temperatura atmosférica sobre o nível do mar, o reflexo só se teria feito sentir após a primeira década deste século, o que parece estar de acordo com os domínios defi­nidos para as séries maregráficas de Cascais e de Lagos.

Gomitz & Lebedeff (1987), ao analisarem os dados referentes a 800 estações maregráficas distribuídas por todo o globo, definiram nas séries temporais dois domínios diferentes, um, correspondente a 1880-1931, e outro, ao período 1932-1982. Todavia, analisando os diagramas apresentados pelos autores citados, principalmente os que se referem aos dados globais, da Fenoscandia e do «resto da Europa» (fig. 12), constata-se que o ponto de inflexão pode também localizar-se por volta de 1920, o que está mais de acordo com os domínios estabelecidos para as séries portuguesas analisadas. Se se atender a que os fenómenos de difusão térmica e de dilatação de massas de água são com­plexos e não apresentam os mesmos tempos de resposta em todas as regiões do globo, e se se considerarem os condi-

o ,ro [}

ro

ID CASCAIS l l o U

0 .5

o

" J ro

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U ·rl

't-ru o - 1

u 5 10 1 5 20 25

desfasamento ( anos )

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U o 5 10 15 20 25

desfasame n to (an o s)

Figura 13 - Autocorrelogramas das séries maregráficas de Cascais e

Lagos.

93

cionalismos que advêm da utilização de grande número de séries cuja qualidade é heterógena, pode mesmo atirmar-se que existe concordância provável entre os domínios estabe­lecidos para as estações portuguesas e para o conjunto de estações utilizadas por Gornitz & Lebedeff (1987).

Além da tendência secular é ainda possível detectar, nos diagramas referentes a Cascais e a Lagos, variações de me­nor período, que sobressaem quando se analisam os gráti­cos obtidos por alisamento. Na estação maregráfica de Cascais é bastante nítida, quer nos gráticos obtidos utilizando <~ anelas» de 5 anos, quer nos obtidos com o alisamento ponderado de Spencer, uma oscilação com período ligeira­mente menor que vinte anos e com amplitude da ordem dos 20 mm que, no entanto, só é visível depois de 1920. A or~

dem de grandeza desta amplitude é muito signiticativa, pois se a compararmos com a amplitude de alguns ciclos conhe­cidos, como é o caso do ciclo lunar nodal, que tem um pe­ríodo semelhante ao observado (18.6 anos), veriticamos que ela é muito superior. Teoricamente, a amplitude (Ah) deste ciclo nodal varia com a latitude (W) do lugar e longitude média do nodo ascendente (N) através da seguinte relação (Pugh, 1987):

Ah = 18 (3/2 sen2 W - 1/2) cos (N)

(X 10000)

18

CASCAIS

15

ro ... 12

U [

,ro ... 9

l ro >

B

3

o o 0 . 1 0.2 0.3 0.4 0.5

c~c~os/inter v al0 de ~mostragem

(X 10000)

ro ... u [ ,ro ... l

5

4

3

~ 2 >

o

LAGOS

o 0 .1 0.2 0.3 0.4 0.5

c~clos /i nter v alo de amostragem

Figura 14 - Periodogramas referentes às séries de Cascais e Lagos.

94

Para a latitude a que se encontra a estação maregrática de Cascais obtem-se um valor teórico da maré nodal de apro­ximadamente 1.5 mm que é claramente inferior ao obser­vado nos gráticos .

Foram também analisados os resultados obtidos através da autocorrelação e da análise espectral (tiguras 13 e 14). O autocorrelograma referente à estação de Cascais revela um máximo local aos 14 e 15 anos , embora os coeticientes de autocorrelação nunca atinjam valores suticientemente elevados para poderem ser considerados conclusivos. O grático obtido a partir da análise espectral revela pequenos picos aos 7 e aos 18 anos.

Os resultados obtidos para a estação maregrática de Lagos, não coincidem com os de Cascais. O grâtico de autocorrelação mostra cinco pequenos máximos locais, correspondentes a 4, 6, 8, 12 e 17/18 anos. No periodogra­ma obtêm-se picos aproximadamente aos 2, 6, e 16 anos.

Constata-se pois que os períodos detectados utilizando estes dois métodos, e para as duas estações, apresentam grande dispersão, assumindo quase todos os valores inter­médios entre os 2 e os 18 anos.

Não foi possível relacionar as principais oscilações detectadas visualmente com alguns dos ciclos astronómicos conhecidos, tais como o ciclo nodal lunar (18.6 anos) ou o ciclo das manchas solares (11 anos). As oscilações referidas poderão, eventualmente, estar associadas a variações cíclicas das condições atmosféricas e/ou oceanográticas ainda não completamente reconhecidas.

Todavia, comparando os diagramas obtidos com o ali­samento das séries, principalmente os que foram construí­dos utilizando o alisamento ponderado de Spencer (tig. 9),

0.5

.Q o " E o c <t

-0.5

1900 1920 1940 1960

Ano

Figura 15 - Curva de variação das anomalias da temperatura superficial do Atlântico Nane , por determinação das médias de grupos de 5 anos (adaptado de Barnett , 1983).

com a variação da temperatura superficial do Atlântico Norte ao longo deste século (fig . 15), verifica-se a existência de alguma concordância. Com efeito , em todos os gráficos referidos é nítida a existência de um mínimo entre 1910 e 1920, a que se seguem 3 picos e 3 mínimos secundários, cuja definição e nitidez é diferente de gráfico para gráfico, mas que se localizam nos mesmos períodos temporais cuja largura varia entre 8 e 5 anos . Além disso , a temperatura superficial média do Atlântico Norte elevou-se, desde 1920, cerca de 1°C. Se essa elevação de temperatura tivesse sido distribuída verticalmente provocaria, de acordo com Bamett (1983) , uma elevação do NMM de 1.1 mm/ano , valor este bastante semelhante às razões de subida do NMM determi­nadas para Cascais e Lagos .

Estas analogias permitem formular a hipótese de que, nas estações analizadas, grande parte da variabilidade do NMM está associada à expansão térmica do oceano. Assim, e atendendo a tudo o que foi exposto, parece lícito aventar a hipótese de que a variabilidade do NMM nas estações estudadas tem origem predominantemente eustática, em que a maior parte será devida à expansão térmica do oceano.

7. CONCLUSÕES

1) Ás séries temporais de todas as estações maregráfi­casconsideradas (Leixões, Cascais, Lisboa, Lagos e An­gra do Heroísmo) manifestam tendências de subida do NMM, principalmente, quando se utilizam, na análise, os valores médios anuais. Utilizando regressão linear envol­vendo as séries completas, verifica-se que as elevações médias do NMM variam entre 0.6 ± 1.3 mm/ ano (em Leixões) e 16.8 ± 4.6 mm/ano (em Angra do Heroísmo). Todavia, as únicas estações com dados que permitem chegar a resultados credíveis são as de Cascais e de Lagos, onde essa elevação média do NMM apresenta valores, durante o período de observação, de 1.3 ± 0.1 mm/ano e 1.5 ± ± 0.2 mm/ano, respectivamente. A ordem de grandeza destes números aponta para uma subida predominantemente eustática nestas duas estações .

2) O ensaio de diferentes tipos de ajustamento à série completa de Cascais revelou que o ajustamento rectilíneo é o que apresenta melhor coeficiente de correlação (0 .77). No entanto, o ajustamento exponencial revela coeficiente de correlação (0.71) próximo do rectilíneo, pelo que se podem considerar estes dois tipos de ajustamento em

projecções do NMM no futuro, o que permite ter uma prespectiva optimista, num tipo, e uma mais pessimista, no outro : A projecção dos resultados para o final da próxima década aponta para valores do NMM superiores aos actuais em 20 mm na perspectiva optimista, e em 40 mm na pers­pectiva pessimista, sendo esses valores respectivamente de 140 mm e de 572 mm no ano 2100. Todavia, a análisé efectuada não inviabiliza a hipótese credível da função de ajustamento aos dados referentes às últimas décadas ser bastante diferente e poder denunciar taxas de elevação do NMM significativamente mais elevadas do que as calculadas .

. 3) A análise dos dados, após serem sujeitos a processos de alisamento, indica a existência provável de 2 domínios temporais cujo ponto de inflexão se localiza por volta de 1915-1920. Esta transição poderá estar associada ao final da última oscilação climática, a «Pequena Idade do Gelo», que terminou no final do século passado. A comparação dos dados com a evolução da temperatura média no Atlântico Norte permite ainda considerar a hipótese de que a maior parte da variação do NMM verificado nas estações de Cas­cais e de Lagos seja devida à expansão térmica do oceano. A determinação da razão de elevação do NMM no segundo domínio temporal referido (após 1920) aponta o valor de 1.7 ± 0.2 mm/anos em Cascais e 1.2 ± 0.2 mm/ano em Lagos .

4) O tratamento gráfico das séries temporais utilizadas, principalmente de as de Cascais e de Lagos, sugere a exis­tência de oscilações periódicas. No entanto, o recurso à análise das autocorrelações e à análise espectral não ,permitiu clarificar o assunto, havendo que realizar trabalho suple­mentar visando esta problemática.

8. AGRADECIMENTOS

Os autores expressam o seu agradecimento ao Instituto Hidrográfico, na pessoa do seu Director, pela disponibili­zação dos dados utilizados e pela cooperação manifestada no decurso da execução deste trabalho. Agradecem também ao Prof. Doutor Galopim de Carvalho, da Universidade de Lisboa, e ao Com. Vidal de Abreu, do Instituto Hidrográfico, pela leitura crítica de versão prévia deste tra­balho, bem como ao Com. Castro Silva, do Instituto Hi­drográfico, pelo auxílio que lhes concedeu na fase de selecção dos dados.

95

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