de Faria C. G., Ferreira M. M. C, Paes E. T., "Estudo Quimiométrico da Distribuição de Massas de Água do Litoral Norte Paulista" ["Chemometric study of the aqueous mass distribution of the north São Paulo coast"]. Poços de Caldas, MG, 24-27/05/1997: 20^a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química - Química: Academia, Indústria, Sociedade [20th Annual Meeting of the Brazilian Chemical Society - Chemistry: Academy, Industry, Society], Livro de Resumos [Book of Abstracts], 3 (1997) AB-065. Poster AB-065.

ESTUDO QUIMIOMÉTRICO DA DISTRIBUIÇÃO DE MASSAS DE
ÁGUA DO LITORAL NORTE PAULISTA
 

Cristiano G. de Faria¹ (PQ), Márcia M. C. Ferreira¹ (PQ), Eduardo T. Paes²  (PQ)
¹Instituto de Química  - Unicamp      ²Departamento de Biologia Marinha - UFF
palavras-chave: quimiometria, oceanografia, massas de água
 

          O objetivo deste trabalho  foi  tratar  por  análise  hierárquica  de agrupamentos
(HCA)  e análise de componentes principais  (PCA)  um conjunto de dados relativos a
medidas    de   temperatura,   salinidade,   saturação   de   oxigênio,    nitrato,    nitrito,
nitrogênio,  amônia,  fosfato,  silicato e  clorofila  tomadas a  diferentes profundidades
ao longo de uma rede de estações,  localizadas ao norte do litoral paulista,  na região
compreendida entre os paralelos 23º15' e 24º25' de latitude de sul. As medidas foram
efetuadas  em  situações de inverno  (julho/86, julho/87)  e  verão  (dez/85, dez/86).
          Os   gráficos   de   temperatura    por   salinidade   revelaram,    devido   a   sua
conformação  triangular,  que a região  em  estudo,  é  banhada  por  três  massas de
água  com  características  físico-químicas  distintas,  sendo  elas:   Água  Central  do
Atlântico  Sul   (ACAS)   com   baixos   valores   de   temperatura  e  salinidade,  Água
Costeira (AC)  que  apresenta temperaturas mais elevadas e  Água Tropical (AT) que
possui  salinidade  alta,  sendo  cada   uma  delas  caracterizadas  pelos  vértices  do
triângulo  (coeficientes   termo-halinos),  a   partir   do   qual   pode-se   determinar  a
porcentagem  relativa das massa de água para cada ponto de coleta.  Estes gráficos
fornecem também  a  informação  da  tendência destas massas  de  água misturarem
entre si.  No  gráfico  da  fig.  I  tomado  como  exemplo,  percebe-se  que apenas  as
massas  de  água  ACAS  e  AT  tendem-se  a  misturar,   formando  uma  aresta  que
conecta  os  coeficientes  termo-halinos  destas  massas   de  água.   Os   gráfico  de
temperatura  por salinidade,  em  situação  de  inverno  bem como   em   situação  de
verão, foram semelhantes entre si.



Figura I - Gráfico temperatura por salinidade (Jul/86)
 

          A aplicação de PCA  e  HCA com os dados auto-escalados e no caso da  HCA,
utilizando  a  distância  incremental,  revelaram  um  gradiente  de profundidade.   As
amostras  pertenceram  à  massa  de  água  ACAS,   tanto   na   PCA  e  HCA   foram
agrupadas em uma classe distinta,  como pode-se ver nas  fig. II  e  III.  Nas  análises
dos  componentes  principais  a  separação  entre   as   classes   foi   efetuada   pela
componente principal #1,  como nos exemplos mostrados nas   fig. II (A)  e  III (A).  Os
gráficos dos loadings nestas componentes,  mostraram  quais  variáveis contribuiram
efetivamentes para a separação,  por exemplo,  no caso das coletas de dezembro de
85,   fig  III,   as   variáveis   que  contribuiram   na    separação   foram   as   variáveis
temperatura (var. #11), concentração de fosfato (var. #8),  nitrito (var. #5),  nitrogênio
(var. #7),  e  nitrato  (var. #4),  já   a  salinidade (var. #12)  e  a  amônia (var. #6)  que
possuem loadings próximos de zero,   não contribuiram para a  distinção das classes.
Os   gráficos  dos  loadings   também   servem   para   vermos   quais  variáveis   são
características de uma determinada classe, no caso tomado como exemplo,  pode-se
ver que  a massa de água ACAS  é  rica  em nutrientes  (nitrato,  nitrito,  nitrogênio  e
fosfato).
          Nas  situções  de verão,  e  menos  notadamentes  nas  situações  de  inverno,
notou-se a ocorrência de  amostras  e  profundidades  inferiores  a  50 metros  (zona
eufótica) dentro  do  grupo de amostras  de  massas de água ACAS,  evidenciando a
formação  de  um   meandro,   que   ocorre   devido   a  correntes  oceânicas  e  está
diretamente relacionado com o  fenômeno de ressurgência,  importante no estudo de
dinâmica populacional,  pois estas águas frias lançam  na  zona eufótica uma grande
quantidade de nutrientes na forma livre.
          Este estudo,  mostrou também que outras variáveis como o nitrato  e o fosfato
são tão importantes  quanto  as variáveis temperatura e salinidade,  que usualmente
são utilizadas na caracterizaçaõ de massas de água.


Figura II  -  Dados relativos  à  jul/86  (A)  Scores  (B)  loadings  em  PC#1  e  PC#2;
(C)  HCA as amostras marcadas são de massas de água ACAS.
 


Figura III  -  Dados relativos à dez/85  (A)  Scores  (B)  loadings  em  PC#1  e PC#2;
(C)  O ramo marcado corresponde massas de água ACAS.
[FAPESP,CNPq]
 

CHEMOMETRIC STUDY OF THE  AQUEOUS MASS DISTRIBUTION
OF THE NORTHERN SÃO PAULO COAST
 

Cristiano G. de Faria¹ (PQ), Márcia M. C. Ferreira¹ (PQ), Eduardo T. Paes²  (PQ)
¹Instituto de Química  - Unicamp      ²Departamento de Biologia Marinha - UFF
key-words: chemometrics, oceanography, aqueous massese
 

          The purpose  of  this  work was  to  use  hierarchical cluster analysis (HCA) and
principal component analysis  (PCA)  in  treatment of a data set  containing  measured
temperature, salinity, oxygen saturation, nitrate, nitrite, nitrogen, ammonia,  phosphate,
silicate and  chlorophyll  at  different depths along  a  net  of  stations at the north  São
Paulo coast  (in the region localized between  23º15'  and  24º25'  south latitude).  The
measurements  were  carried  out  during  the  winter  (July/86,  July/87)  and  summer
(Dec/85, Dec/86) times.
          The  temperature-salinity  plots has shown,  due to their triangular  conformation,
that  the studied regions  is  bathed  by  three  aqueous   bodies  with  distinct  physico-
chemical  characteristics:    the   South   Atlantic   Central   Water   (CSAW)   with   low
temperature and salinity,  the Coastal Water  (CW)  with  the highest temperature,  and
the  Tropical Water  (TW)  with high salinity.  Each  of  the  waters  is  attributed  to the
vertices of the triangle  (thermohaline coefficients)  which can be used in determination
of  relative  percentage  of  aqueus masses  at  each  collection  point.  The  plots  also
enable  information  about  mixing tendencies  of these masses.  The plot in  Fig.  I,  for
example, shows that only the  CSAW and TW can mix,  forming an edge that  connects
the  corresponding thermohaline coefficients.  The temperature-salinity plots  for winter
and summer are similar.



Figure I - Temperature versus salinity plot (July/86)
 

          Application of PCA and HCA  to  autoscaled  data and  incremental  distances  in
HCA has shown a large gradiente of water depths.  The  samples belong to the CSAW
waters,  and they are grouped  into distinct classes both in  PCA  and  HCA,  as can be
seen in  Figs.  II  and  III.   The separation between the classes in principal  component
analysis  occurs along the principal component #1,  as  can be seen in Figs. II  (A)  and
III (A).   The  loadings  plots   show   which   variables   significantly   contribute   to  the
separation, as for example, in the case of December  1985 data,  Fig. III:   the variables
contributing to the separation were temperature (var. #11), concentration of phosphate
(var. #8), nitrite  (var. #5), nitrogen  (var. #7),  and  nitrate (var. #4),  whilst salinity  (var.
#12)   and   ammonia  (var. #6)  which  are  close   to   zero   do  not  contribute  to  the
distinction between  the  classes.   The  loadings plots  are  also  useful  to  see  which
variables are attributed  to  a certain class,  as  for example,  in  the case of the  CSAW
waters  it  is possible  to  see that  these  waters  are  rich  in  nutrients  (nitrate,  nitrite,
nitrogen and phosphate).
          Winter  and  summer  show  that   there are samples  with  depths  less  than  50
meters  (euphotic zone)  within  a  group of sampels of the CSAW waters.  This  shows
that the formation  of  a meander,  which is  due to oceanic currents,  is directly related
to  the   phenomenon   of   ressurection.   Ressurection   is   important   in   studies   of
dynamical  populations  because  cold  waters   in   the  euphotic  zone   contain   large
quantities of nutrients in free form.
          This study has also shown  that  other  variables such as nitrate  and  phosphate
are important as much as temperature and  salinity  which  are  usually  used  in  water
masses characterization.


Figure II - The data for July/86 (A) Scores (B) loadings in PC#1 and PC#2;
(C) HCA the marked samples are for CSAW aqueous masses.
 


Figure III - The data for Dec/85 (A) Scores (B) loadings in PC#1 and PC#2;
(C) The marked branch is for CSAW aqueous masses.
[FAPESP,CNPq]