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Dynamics of the Mozambique channel using surface drifters and satellite-derived geostrophic and Ekman currents

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dc.contributor.advisor Gammelsrød, Tor
dc.contributor.advisor Langa, Avelino Ângelo Adolfo
dc.contributor.advisor Hoguane, António Mubango
dc.contributor.author Sitoe, Nélio das Neves Olívio
dc.date.accessioned 2025-07-15T08:33:16Z
dc.date.issued 2025-02-06
dc.identifier.uri http://www.repositorio.uem.mz/handle258/1445
dc.description.abstract This study examined the surface current dynamics around Madagascar and the Mozambique Channel. Dividing these regions into the Eastern Madagascar Coast, Northern, Central, and Southern Mozambique Channel subregions allowed for the assessment of the role of geostrophic-only and combined geostrophic and Ekman currents in the dynamics. Moreover, calculated virtual drifters were compared with 151 hourly Surface Velocity Program drifters (SVP drifters) from the Global Drifter Program spanning from 2000 to 2019. In addition, while some SVP drifters retained their drogues, others lost them; this status was considered in the analysis. The virtual drifter’s trajectories were calculated using the basic Lagrangian modelling equation, which requires velocity fields. The velocity fields employed are based on the CNES-CLS18 mean dynamic topography model, which comprises satellite altimeter observations, wind from numerical models and in-situ observations from SVP drifters. These velocity fields are compiled at four levels of processing by the European Union-Copernicus Marine Service. The virtual drifters from the two velocity fields were designated as Virtual Geostrophic Drifter (VGD) and Virtual Geostrophic-Ekman Drifter (VGED), while the SVP drifters were classified as real drifters. The results reveal substantial underestimations, averaging 29% with VGDs and improving to 21% when Ekman drift is incorporated in the VGEDs compared to real drifters. This shows improvement in the CNES-CLS18 mean dynamic topography model. The Eastern Madagascar Coast exhibited the highest velocity discrepancies due to the formed dipole in the southern tip of Madagascar, which prevented the movement of specific VGD to the channel. However, the Northern Mozambique Channel showed lower underestimation due to strong western boundary currents, local winds, and tropical cyclones, highlighting the region’s dominance of wind seasonality. Due to the eddy’s linearity and non-linearity, virtual drifters have substantial position errors in the Central and Southern Mozambique Channel. Moreover, virtual drifters failed to identify key submesoscale structures because the velocity field’s 25 km resolution was a significant issue. The dispersion of virtual drifters in the offshore Cabo Delgado coast of the Northern Mozambique Channel was predominantly influenced by seasonal Ekman-driven currents. This highlights the necessity of incorporating these dynamics into future simulations as winds modulate this region. A considerable part of these virtual drifters ran aground shortly after being released due to the strong winds from the south that influence the ocean surface, displacing them 45° to the left in relation to the wind’s direction. This phenomenon was observed predominantly in winter. en_US
dc.language.iso eng en_US
dc.rights openAcess en_US
dc.subject Particle tracking en_US
dc.subject SVP drifters en_US
dc.subject Geostrophic currents en_US
dc.subject correntes geostróficas en_US
dc.subject Ekman drift en_US
dc.subject superfície do oceano en_US
dc.subject Dispersão de particulas en_US
dc.subject Canal de Moçambique en_US
dc.subject Bóias de deriva de superfície en_US
dc.title Dynamics of the Mozambique channel using surface drifters and satellite-derived geostrophic and Ekman currents en_US
dc.type thesis en_US
dc.description.embargo 2025-05-27
dc.description.resumo Este estudo examinou a dinâmica das correntes superficiais em torno de Madagascar e do Canal de Moçambique. A divisão dessas regiões em sub-regiões do Este da costa de Madagascar, Norte, Centro e Sul do Canal de Moçambique permitiu a avaliação do papel das correntes geostróficas e a combinação entre correntes geostróficas e de Ekman na dinâmica sub-regional. No entanto, bóias de deriva virtuais foram comparadas com 151 bóias de deriva SVP com resolução temporal de 1 hora do Global Drifter Program, durante 2000 à 2019. Adicionalmente, enquanto algumas bóias de deriva SVP mantiveram suas velas de deriva, outras as perderam; essa característica foi considerada na análise. As trajetórias das bóias virtuais foram calculadas usando a equação básica de modelação Lagrangiana, que requer campos de velocidade. Estes campos são baseados no modelo de topografia dinâmica média dos oceanos CNES-CLS18, que compreende observações de altímetro de satélite, vento de modelos numéricos e observações in-situ de bóias SVP. Em complemento, estes são compilados em quatro níveis de processamento pelo Serviço Marítimo da União Europeia-Copernicus. As bóias de deriva virtuais calculadas apartir dos dois campos de velocidade foram designados como Virtual Geostrophic Drifter (VGD) e Virtual Geostrophic-Ekman Drifter (VGED), enquanto as bóias de deriva SVP foram classificadas como bóias reais. Os resultados revelam subestimações substanciais, com uma média de 29% com VGDs e melhorando para 21% quando o desvio de Ekman é incorporado nos VGEDs em comparação com as bóias reais. Este facto mostra melhoria no modelo de topografia dinâmica média dos oceanos CNES-CLS18. A costa Este de Madagascar exibiu as maiores discrepâncias de velocidade devido ao dipolo formado na ponta sul de Madagascar, o que impediu o movimento de VGD específico para o canal. Ao mesmo tempo, o Norte do Canal de Moçambique mostrou menor subestimação devido às fortes correntes de fronteira ocidental, ventos locais e ciclones tropicais, destacando o domínio da sazonalidade do vento na sub-região. Devido ao comportamento linear e não linear dos vórtices, as bóias virtuais apresentam erros de posição substanciais no Canal Central e Sul de Moçambique em relação às bóias reais. Entretanto, as bóias virtuais não conseguiram identificar as principais estruturas submesoescala porque a resolução de 25 km dos campos de velocidade foi um problema significativo. A dispersão de bóias virtuais próximo a costa de Cabo Delgado foi influenciada por correntes sazonais da deriva superficial de Ekman. Isso destaca a necessidade de incorporar essas dinâmicas em simulações futuras à medida que os ventos modulam essa região. Uma parte considerável dessas bóias virtuais encalharam logo após serem liberadas devido aos fortes ventos do sul que influenciam a superfície do oceano, deslocando-as para a costa Este de África. Esse fenômeno foi observado predominantemente no inverno. en_US


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