Um medidor de marés é um instrumento especializado usado para medir as mudanças no nível do mar em um local específico ao longo da costa ou em mar aberto. Os medidores de marés desempenham um papel crucial no monitoramento dos padrões das marés, do aumento do nível do mar e da erosão costeira. Os medidores de marés normalmente monitoram a posição da superfície da água (medidores de marés acústicos ou mecânicos com flutuador) ou a profundidade da água (medidores de marés baseados em pressão).
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Um instrumento medidor de marés é fundamentalmente projetado para capturar o movimento vertical contínuo da superfície do mar em relação a um ponto de referência estável e fixo em terra. Ao converter essas mudanças físicas no nível da água em um registro eletrónico preciso ao longo do tempo, os medidores de marés fornecem os dados essenciais necessários para modelar processos oceanográficos, prever ciclos de marés e acompanhar tendências seculares na mudança do nível do mar. Esses sofisticados equipamentos medidores de marés geralmente transmitem seus dados de alta resolução em tempo real para redes de monitoramento regionais ou globais.
Os dados das marés são a pedra angular da ciência costeira e oceânica moderna. Na oceanografia, estas medições fornecem uma validação crucial para modelos sofisticados de circulação oceânica e para missões de altimetria por satélite. Para a engenharia costeira, os conjuntos de dados de longo prazo informam projetos de infraestrutura de alto valor, incluindo o projeto de portos e quebra-mares, o planeamento de dragagem de manutenção e a implementação de sistemas robustos de defesa contra inundações. Fundamentalmente, as medições dos marégrafos fornecem os registos contínuos mais longos da variabilidade do nível do mar disponíveis globalmente, tornando-os indispensáveis para quantificar a subida global do nível do mar e avaliar os impactos climáticos regionais para organismos internacionais como o IPCC. Estas estações constituem a espinha dorsal operacional do sistema de monitorização das marés necessário para a segurança marítima.
Todos os instrumentos de medição da maré determinam a altura instantânea da superfície do mar em relação a um ponto de referência geodésico fixo na terra adjacente. Esta prática crucial garante que as alterações do nível do mar medidas refletem os verdadeiros efeitos oceânicos e meteorológicos, isolando-os de qualquer movimento terrestre localizado. O nível da água medido é então referenciado a dados verticais padrão. Estes incluem o Nível Médio do Mar (MSL), que representa a altura média da superfície do mar, e o Dado Cartográfico (CD), que serve como plano de referência para todas as profundidades mostradas nas cartas náuticas. O Dado Cartográfico é frequentemente definido pela Maré Astronómica Mais Baixa (LAT), que é o nível mais baixo previsível em condições meteorológicas normais. Uma compreensão e aplicação consistentes destes dados são fundamentais para a segurança na navegação, cartografia hidrográfica consistente e análise oceanográfica rigorosa.
Os sensores modernos de marégrafos adquirem dados em intervalos projetados para atender a requisitos específicos de aplicação. Para estudos oceanográficos operacionais, a amostragem pode ocorrer a cada poucos minutos. No entanto, em aplicações focadas em eventos de início rápido, como um sistema de monitoramento de tsunamis ou previsão de tempestades, dados de alta frequência são essenciais. Os medidores com capacidade para tsunamis geralmente fornecem dados de alta resolução em intervalos de 10 ou 15 segundos, com alguns sistemas registando internamente a 1 Hz para uma análise altamente detalhada do ruído das ondas e dos efeitos sísmicos. Os registadores de dados incorporam algoritmos de filtragem para amortecer eficazmente o ruído das ondas de curto período, mantendo os sinais cruciais das marés e das ondas.
A seleção de um instrumento de medição de marés depende muito do ambiente de implantação, da precisão dos dados necessários e da infraestrutura disponível. A seguir estão os tipos mais comuns de medidores de marés atualmente em uso em todo o mundo.
O medidor de maré flutuante é o método clássico para monitorização do nível do mar, operando dentro de um poço vertical protegido que se conecta ao mar por meio de uma entrada estreita. O flutuador transmite o seu movimento vertical através de um cabo, roldana ou codificador para um gravador mecânico ou digital. O poço de acalmia é essencial, pois amortece eficazmente a ação das ondas de alta frequência, isolando o sinal de maré de baixa frequência. Embora robustos e historicamente significativos, exigem uma manutenção mecânica rigorosa, especialmente em áreas propensas a detritos ou bioincrustação intensa. Quando mantidos adequadamente, estes instrumentos mantêm uma alta precisão, normalmente dentro de +/-1 mm.
Os medidores de maré por pressão utilizam um transdutor de pressão submersível para medir a pressão hidrostática total exercida pela coluna de água acima do sensor. Esta pressão é então convertida num nível de água equivalente.
A conversão depende da relação fundamental entre profundidade e pressão, o que significa que são necessários dados precisos sobre a densidade da água. Portanto, os sistemas modernos de medidores de maré por pressão geralmente integram um termístor e um sensor de condutividade para fornecer dados de temperatura e salinidade em tempo real, permitindo a compensação automática das variações de densidade. A implantação é normalmente feita por meio de sistemas ventilados, que utilizam um tubo de referência para compensar automaticamente as mudanças na pressão atmosférica, ou sistemas não ventilados (absolutos), que são vedados para implantações profundas ou remotas, mas requerem dados de pressão barométrica pós-processados separadamente.
Os medidores acústicos de maré funcionam com base no princípio da medição acústica do tempo de voo. Um pulso ultrassónico é emitido para baixo a partir de um transdutor montado acima da superfície da água. O sistema mede o tempo de viagem do pulso até refletir na superfície da água e retornar, convertendo esse tempo em uma medição de distância. Uma vantagem importante para os medidores de maré costeiros é a natureza sem contacto da medição, o que minimiza drasticamente os problemas relacionados com a corrosão e o crescimento marinho.2 No entanto, eles dependem da medição precisa da velocidade local do som no ar, o que significa que as variações de temperatura e humidade devem ser calibradas, seja automaticamente por meio de sensores integrados ou por meio de verificações regulares.
Os medidores de maré por radar determinam o nível da água transmitindo um pulso de micro-ondas em direção à superfície do mar e medindo o tempo de retorno. Esta tecnologia sem contacto é altamente fiável, pois não é afetada por alterações na densidade da coluna de água, salinidade, neblina ou interferência acústica. Devido às suas necessidades mínimas de manutenção e desempenho robusto, os sistemas de radar são agora a escolha preferida para monitorização operacional das marés, especialmente em ambientes portuários movimentados. Os medidores de radar de última geração são conhecidos pela sua precisão, atingindo uma exatidão de +/-1 cm ou melhor.
Os medidores de maré baseados em GNSS aproveitam a tecnologia de posicionamento por satélite, usando um GPS ou receptor multiconstelação em operação contínua montado perto da costa para medir a altura da superfície do mar em relação ao elipsóide de referência da Terra. Esses sistemas fornecem informações diretas e absolutas sobre o nível do mar, compatíveis com os dados globais de altimetria por satélite.
Fundamentalmente, quando co-localizados com um marco de referência do medidor de marés, os dados GNSS fornecem a taxa geocêntrica de longo prazo do Movimento Vertical da Terra (VLM). Essa taxa VLM é normalmente determinada a partir da série temporal GNSS de longo prazo e, em seguida, aplicada como uma correção de pós-processamento ao registro relativo do medidor de marés. Isso permite que os pesquisadores isolem a tendência verdadeira e absoluta do nível do mar dos efeitos locais de elevação ou subsidência tectônica, tornando esses sistemas inestimáveis para pesquisas climáticas globais rigorosas.
Dada a natureza hostil do ambiente marinho, o design de equipamentos de marégrafos confiáveis exige escolhas excepcionais de materiais. Os componentes expostos à água do mar devem utilizar materiais como titânio ou aço inoxidável de grau marítimo (316L) para garantir resistência à corrosão. A gestão da bioincrustação é um desafio contínuo para instrumentos submersos; revestimentos anti-incrustação, protetores de liga de cobre e limpadores mecânicos são estratégias comuns para garantir a integridade dos dados a longo prazo. Além disso, os sistemas devem ser projetados para resistência, seja enfrentando cargas de gelo e congelamento nas regiões polares ou exigindo montagem robusta e proteção contra surtos para operar durante tempestades ciclônicas em costas de alta energia.
Dados precisos e em tempo real sobre as marés são essenciais para a redução da profundidade em levantamentos hidrográficos, o que garante que todos os dados batimétricos sejam normalizados para um datum vertical consistente para cartografia. Os engenheiros costeiros utilizam medições de marégrafos para controlar com precisão as elevações de infraestruturas críticas, incluindo defesas contra inundações, projetos de alimentação de praias e as especificações de projeto para infraestruturas portuárias.
Os sistemas integrados de monitorização das marés permitem às autoridades portuárias maximizar as janelas operacionais. As informações em tempo real sobre as marés e o nível da água são utilizadas para programar os movimentos de embarcações de grande calado, gerir o trânsito seguro nos canais de navegação e otimizar as tolerâncias de dragagem, fornecendo apoio automatizado à tomada de decisões para manter a máxima segurança e eficiência. Um medidor de marés portátil é frequentemente utilizado para monitorização de curto prazo em áreas temporárias de construção ou dragagem.
Os medidores de maré costeiros de alta resolução são componentes indispensáveis das infraestruturas de alerta regionais e globais. Eles detectam as mudanças rápidas e não relacionadas com a maré no nível do mar, características de um evento de tsunami ou tempestade severa. Os medidores baseados na pressão do oceano profundo (sistemas DART) complementam esses instrumentos costeiros, fornecendo uma confirmação mais precoce da propagação das ondas e das condições de tempestade para garantir alertas públicos oportunos e eficazes.
Os registos históricos dos medidores de marés globais, alguns com mais de 150 anos, são um recurso crítico para a ciência climática. Esses conjuntos de dados de longo prazo são usados para detectar tendências seculares de longo prazo no nível do mar, calibrar os registos mais curtos de altimetria por satélite e compreender as variações regionais impulsionadas por fatores como a variabilidade da circulação oceânica ou o ajuste isostático glacial.
Para projetos de energia offshore, incluindo plataformas de petróleo e gás, parques eólicos offshore e matrizes de energia das marés, os medidores de marés fornecem os dados de referência essenciais para validar modelos hidrodinâmicos e de correntes das marés. Eles são usados para garantir que as plataformas e a infraestrutura submarina sejam projetadas para resistir a condições marítimas variáveis e para correlacionar com precisão o nível da água com a velocidade do fluxo para um rendimento energético ideal em instalações de energia das marés.
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