Water temperature variability analysis along the Espinheiro Channel

Abstract

O canal do Espinheiro é um dos quatro principais canais da Ria de Aveiro, fazendo a ligação entre o Rio Vouga e o Oceano Atlântico. Nesta zona é onde se dá a mistura entre a água salgada proveniente do oceano e a água doce de origem fluvial. Para fazer a monitorização da temperatura da água no Canal do Espinheiro foi utilizada uma nova tecnologia que consiste num cabo de fibra óptica longitudinal de 10 km de extensão, com 18 sensores de temperatura espaçados de 500 m, desde a embocadura até à foz do Rio Vouga. Resultados de um ano de monitorização da temperatura da água permitiram estudar a sua variabilidade espacial e temporal em função de dois forçamentos principais: maré e condições meteorológicas. A evolução temporal longitudinal da temperatura da água foi estudada, tendo sido aplicadas técnicas matemáticas, tais como: análise espectral, análise espectral cruzada e funções empíricas ortogonais (EOFs). A análise espectral mostra picos de maior energia que surgem nas frequências semi-diurnas e diurnas. Estas frequências podem estar relacionadas com a variação diurna da temperatura do ar e da maré, mostrando a importância das variáveis meteorológicas na modulação da temperatura da água em regiões pouco profundas. A análise espectral cruzada permitiu avaliar o desfasamento temporal entre a temperatura da água e do ar, que varia conforme a profundidade do local. Também permitiu observar que a maré tem uma grande influência na distribuição da temperatura da água, nomeadamente perto da embocadura da laguna. As EOFs mostram que a variabilidade da temperatura da água pode ser explicada maioritariamente pela primeira componente, que está relacionada com a variação anual da temperatura do ar. Os resultados mostram que os dois forçamentos principais (maré e condições meteorológicas) determinam a temperatura da água no interior do canal do Espinheiro. Verifica-se ainda que a distribuição da temperatura da água é influenciada também pela variação sazonal das condições meteorológicas e pelas variações de profundidade do canal, que apresenta zonas de reduzida profundidade.

ABSTRACT: The Espinheiro channel is one of the four main branches of Ria de Aveiro, establishing the connection between the Vouga River and the Atlantic Ocean. This zone is where occurs the mixing between the salt water from the ocean and the freshwater from fluvial origin. In order to monitoring the water temperature in the Espinheiro channel a new technology was used, consisting on an optical-fibre longitudinal cable 10 km long with 18 temperature sensors separated by 500 m, from the mouth of the lagoon to the mouth of Vouga River. Results of a one year monitoring of water temperature permitted to study its spatial and temporal variability in terms of two major forcing: tides and meteorological conditions. The temporal evolution of the longitudinal water temperature was studied, and mathematical techniques, such as spectral analysis, cross-spectral analysis and Empirical Orthogonal Functions (EOFs) were applied to the data. The spectral analysis shows high energy peaks in both semidiurnal and diurnal frequencies. These frequencies may be related to the daily variation and tidal forcing, demonstrating the importance of the meteorological variables in the modulation of the water temperature in shallow areas. The cross-spectral analysis permitted to evaluate the time lag between the water and air temperature, which varies depending on the local depth. It also permitted to observe that the tide has a great influence on the water temperature distribution, particularly near the mouth of the lagoon. EOFs show that the variability of the water temperature can be explained by the first component, which is closely related to the annual variation of the air temperature. The results show the importance of the two major forcings (tides and meteorological conditions) that determine the water temperature within the Espinheiro channel. It can also be observed that the water temperature distribution is also influenced by the seasonal variation of meteorological conditions and by the channel’s depth variation, which presents very shallow areas.