As forças encontradas na natureza que exercem influência sobre o oceano predominan- temente são: a força do gradiente de pressão exercida pela atmosfera, os terremotos, a força gravitacional exercida pela Terra e por outros corpos celestes, tais como a Lua e o Sol, a força de Coriolis (devido a rotação da Terra) e a tensão superficial (SANTANA, 2013). Segundo PHILLIPS (1957) a forçante mais conhecida é a ação do vento na formação das ondas em su- perfície. Contudo, para haver o crescimento das ondas, o vento não pode ter velocidade inferior ou igual a da ondas. O stress provocado pelo atrito do vento na superfície da água é proporcional ao quadrado da velocidade do vento, como pode ser visto na Equação 2.
τ= ρarCdVvento|Vvento| (2)
onde τ é tensão de cisalhamento do vento; ρar é a densidade do ar; Cd é o coeficiente de arrasto
do vento e Vventoé a velocidade do vento a 10 metros da superfície do fluido.
três fatores principais: intensidade do vento que atua sobre a superfície do oceano; intervalo de tempo que este vento transfere energia para a superfície e a extensão da pista na qual este vento atua também denominado fetch. A Figura 10 apresenta um nomograma de ondas swell que relaciona a velocidade e duração do vento gerador da ondulação com o tempo de propagação da ondulação, distância da zona geradora da onda e período e altura do swell.
Figura 10: Nomograma relacionando a velocidade e duração do vento gerador da ondulação com o tempo de propagação da ondulação, distância da zona geradora da onda e período e altura do swell. O eixo das abscissas indica o período da ondulação em segundos, e o eixo das ordenadas apresenta a altura da ondulação em metros. Os contornos lineares representam a velocidade do vento (azul), tempo de propagação do swell (laranja) e distância da area geradora da ondulação (vermelho).
Fonte: Tomczak (2002).
Os mecanismos físicos de geração e crescimento das ondas baseiam-se em duas teorias: Crescimento Linear (PHILLIPS, 1957) e Crescimento Exponencial (MILES, 1957) (Figura 11). O primeiro descreve o crescimento de ondas capilares de pequenos períodos a partir de um mar completamente liso (flat), enquanto que o segundo descreve o crescimento das ondas a partir de uma superfície de mar que já possui ondas, mesmo pequenas. A principal diferença entre esses dois mecanismos é: no primeiro processo, a energia transferida do ar para a água é constante ao longo do tempo, fazendo com que as ondas cresçam em uma taxa linear, enquanto que no segundo processo, a taxa de transferência de energia aumenta com o crescimento das ondas
em uma taxa exponencial. A ideia de um crescimento inicial de ondas a partir de um mar completamente flat, todavia, não é observada na prática, ficando restrita ao meio acadêmico, visto os oceanos não apresentarem uma superfície totalmente flat. Assim, em geral haverá ondas maiores que alguns centímetros favorecendo o crescimento exponencial das ondas. Além disso, a maioria dos modernos modelos de previsão de ondas tendem a ignorar o mecanismo de crescimento linear, assumindo que a superfície do oceano possui alturas iniciais de onda, ignorando um mar com alturas nulas (flat) (BUTT, 2014).
Figura 11: Gráfico da evolução da altura de onda em função do tempo. Inicialmente as on- das crescem em uma taxa linear e posteriormente em uma taxa exponencial. Devido a fatores limitantes as ondas alcançam a saturação e não continuam a crescer.
Fonte: BUTT (2014).
O mecanismo de crescimento exponencial das ondas proposto por MILES (1957) com- plementou os estudos de PHILLIPS (1957), oferecendo uma descrição mais completa de como as ondas são formadas na superfície do oceano. Este crescimento é baseado principalmente no fato de que as ondas aumentam em tamanho em função da sua interferência no escoamento do vento na superfície do mar. Na medida em que a onda ascende sobre a superfície da água, o vento incidente é forçado a ascender sobre a parte mais alta da onda (crista) e depois a apresenta uma componente descendente após passar da crista. A presença da onda como uma barreira fí- sica para os ventos que incidem sobre ela aumenta a taxa de transferência de energia do ar para a água. Assim, quanto maior forem as ondas, a transferência de energia torna-se mais eficiente, para um vento com uma velocidade constante, gerando um feedback positivo.
Desta forma, pode-se dizer que o crescimento das ondas acontece em função dos gradi- entes de pressão gerados pelo vento entre a parte posterior e frontal da onda. Como já dito, para o crescimento da onda, o movimento do ar deve ter uma velocidade superior à das ondas. Assim, o vento que sopra na superfície do mar "empurra"a parte posterior da onda, e "puxa"a parte frontal da onda, gerando uma espécie de convergência de ar a barlavento e uma divergên- cia a sotavento da onda. Portanto, associa-se a região de barlavento da onda uma zona de alta pressão, e na região de sotavento, uma zona de baixa pressão. Este comportamento pode ser bem evidenciado pela posição das linhas isobáricas nas Figuras 12 e 13. Desta forma, a onda cresce em função do movimento do vento de uma área de alta para baixa pressão.
Figura 12: Crescimento exponencial da onda. As linhas em cinza indicam as linhas de mesma pressão. Quanto mais a onda cresce, maior itensificação do gradiente de pressão, favorecendo ainda mais o contínuo crescimento da onda.
Figura 13: Crescimento da onda em função dos gradientes de pressão entre a crista e o cavado da mesma.
Fonte: https://www.meted.ucar.edu/
De acordo com a teoria descrita acima, as ondas continuariam crescendo enquanto o vento continua a soprar sobre elas. Entretanto, isto de fato não acontece, pois alguns fatores limitantes impedem o crescimento da onda em algum instante de tempo. Estes processos não são total- mente compreendidos, porém pode-se destacar o fator limitante mais conhecido, chamado de whitecapping. Este processo impede o crescimento das ondas pois ao serem geradas, apresen- tam uma elevada inclinação (λ ), fazendo com que a crista arrebente naquele instante e dissipe grande parte da energia da onda. Em suma, as ondas no início de sua formação são pequenas e a influência contínua do vento determina seu tamanho final. Entretanto, ainda que o vento continue atuando, o crescimento de uma onda geradada por ele atinge um limite, onde toda a energia transmitida do vento para a onda, é dissipada pela onda através da transferência de energia em sua propagação e pela quebra da onda, atingindo um estado de mar denominado mar completamente desenvolvido (fully developed Sea) (RICARTE, 2007).