Hydrodynamic modelling of Port Foster (Deception Island, Antarctica): implemetation of a two-dimensional tidal model and a aproach on the three-dimensional model as well as generation of internal waves

Daniel Martins Figueiredo

Key information

Authors:

Daniel Martins Figueiredo (Daniel Martins Figueiredo)

Supervisors:

Aires José Pinto dos Santos (Aires José Pinto dos Santos); Marcos Duarte Mateus (Marcos Duarte Mateus)

Published in

11/18/2015

Abstract

Nos últimos anos o continente antártico tem sido lugar de muitos estudos, não só pelo seu potencial, mas também com vista à sua conservação. Estudos efectuados por colegas portugueses levaram à conclusão que a concentração de mercúrio está a aumentar na Ilha Deception, localizada na Península Antártica. Um dos principais problemas que enfrentaram era o facto de não saberem como é que o metal se dispersava no interior da ilha, dando, por isso, origem a este estudo. A ilha, na qual poucos são os estudos de hidrodinâmica publicados, apresenta uma bacia semifechada, presença de atividade hidrotermal e variações bruscas de topografia. Usando um modelo numérico hidrodinâmico denominado MOHID, a validação do modelo de maré foi feita e uma aproximação ao modelo tridimensional foi iniciada. Variações do nível da água, a circulação das correntes de maré e o tempo de residência foram obtidos. O estudo do efeito da estratificação na coluna de água para ambas as estações do ano (inverno e verão) foi realizado. Confirmou-se a geração de marés internas no verão e inverno e obtiveram-se as componentes de maré relacionadas com a sua geração. Fazendo uso de traçadores lagrangeanos, conseguiu-se simular a circulação das partículas e as principais zonas de acumulação. A escassez de dados de radiação e falta de fiabilidade dos dados de vento foram um grande desafio para este trabalho uma vez que ambos têm um impacto significativo na coluna de água. Para trabalhos futuros que envolvam previsões e não apenas estudos de processos, estes dois factores são essenciais na modelação hidrodinâmica. Reconhece-se que os resultados do modelo 3D estão associados a uma incerteza não negligenciável, a qual pode ser reduzida com um compromisso contínuo de monitorização. Neste estudo, provou-se que Port Foster (baía da Ilha Deception) é um bom lugar para a acumulação de mercúrio, sendo este metal uma ameaça crescente para o ecossistema local, uma vez que tende a aumentar a sua concentração. In recent years the Antarctic continent has been the place of many different studies and findings, not only for its study potential but also for its conservation. Ongoing studies by Portuguese colleagues concluded that mercury concentration is rising in Deception Island, Antarctic Peninsula. One of the main problems they faced was not knowing how it would disperse inside the island, therefore giving rise to this research. The island, where research in its bay hydrodynamics is scarce, has a semi-enclosed basin, presence of hydrothermal activity and sudden variations in topography. Using a numerical hydrological model named MOHID, a validated tidal model was achieved and an approach to the three-dimensional model was started. Water level variations, tidal circulation and residence time were also obtained. The study of the effect of stratification in the water column for both seasons (winter and summer) was performed. The recognition of internal tides generation in summer and winter was achieved and the tidal components related to it were obtained. Using lagrangean tracers, the particles circulation was depicted and the main areas of accumulation were found. The scarcity of radiation data and the unreliability of wind data were a big challenge to this work since they both have a significant impact in the water column. For future works that involve predictions, and not only the studies of processes, such data is essential in 3D model simulations. It is recognized that the results of the 3D model are associated with a non-negligible uncertainty that can only be reduced with an ongoing commitment to monitoring. In this study, out of many findings, it is proved that Port Foster (Deception Island’s bay) is a propitious place for mercury accumulation, therefore being a rising threat to the local ecosystem, as concentrations only tend to increase.