Medida del oleaje
Transcripción
Medida del oleaje
EL CLIMA MARÍTIMO Y SU IMPACTO EN LA COSTA Msc. Patricio Hidalgo DEFINICIÓN DEL OLEAJE En el océano existen muchos tipos de ondas que se corresponden con fenómenos muy diversos: · · · · Ondas capilares y ondas generadas por el viento Ondas internas Tsunamis Mareas Se pueden caracterizar por: •Ondas superficiales y ondas internas •Ondas con periodos de segundos y ondas con periodos de años DEFINICIÓN DEL OLEAJE •Ondas generadas por el viento •Se producen en la superficie del mar •Periodos entre 0.2 segundos y 30 segundos. EVOLUCIÓN DEL OLEAJE •Al soplar el viento sobre la superficie del océano transfiere energía y momento a la capa superficial del mismo, generando oleaje. Este oleaje crece, primero de una forma lineal con el tiempo y luego de una forma exponencial •El crecimiento del oleaje depende del tiempo durante el que sople el viento y de la superficie del océano sobre la que esté soplando. Usualmente se emplea el término fetch para definir esta combinación de tiempo y espacio. •En esta fase del crecimiento, existe una diferencia de presión normal en la cara anterior y la cara posterior de la ola, y esta crece por arrastre. Para vientos superiores a 7 u 8 m/s aparece espuma en la parte superior de las olas provocada por la rotura de las crestas. EVOLUCIÓN DEL OLEAJE El oleaje en formación se llama mar de viento. •Es muy irregular. •Las longitudes de onda rara vez sobrepasan los 100 metros. •Los periodos se mantienen por debajo de 12 segundos. •Al existir en presencia del viento, es frecuente que las crestas rompan. EVOLUCIÓN DEL OLEAJE Las fluctuaciones de la velocidad del viento provocan fluctuaciones en la tensión normal y tangencial a la superficie del mar. Este fenómeno genera ondas capilares: • Longitudes de onda de pocos centímetros • Papel esencial en la formación del oleaje • Papel despreciable en su evolución. EVOLUCIÓN DEL OLEAJE En esta fase el oleaje se llama mar de fondo .Es muy regular. •Crestas largas. •Se desplaza conservando prácticamente intacta su energía durante largas distancia. •La longitud de onda aumenta con la distancia y la altura de las olas disminuye. •Las longitudes de onda pueden alcanzar varios centenares de metros. •Los periodos pueden alcanzar los 25 segundos. EVOLUCIÓN DEL OLEAJE •Tarde o temprano, el oleaje llega a alguna zona en la que comienza a notar los efectos del fondo. •Comienza a sufrir perdidas de energía por rozamiento con el fondo y también puede cambiar su dirección por refracción y difracción. EVOLUCIÓN DEL OLEAJE •Conserva su periodo, la longitud de onda se reduce y aumenta la altura de las olas; el oleaje “rejuvenece”. • Si pasa por zonas en las que la profundidad o la corriente estén cambiando rápidamente en el tiempo, también cambia el periodo del oleaje. • Finalmente, al llegar a la costa, las olas terminan por romper y su energía se disipa de varias formas distintas. Análisis del oleaje Corto término: Análisis de una muestra de oleaje. Obtención de un conjunto de parámetros característicos del estado del oleaje en un momento dado. Medio término: Análisis de regímenes medios. Evolución del conjunto de parámetros en el tiempo. Caracterización del oleaje en una zona. Largo término: Análisis extremal. Valores esperables de los parámetros en los próximos 50 ó 100 años. Descripción del oleaje Descripción física Descripción matemática Medida del oleaje Ejemplos de registros Descripción básica del oleaje (Física) Conjunto de olas oceánicas denominadas olas de gravedad: generadas por el viento con periodos entre 1 y 30 segundos Descripción básica del oleaje (Física) Generación del oleaje: el viento transfiere energía al océano que se transforma en movimiento. Mar de viento: Mar de fondo: Descripción básica del oleaje (Matemática) Proceso estocástico y estacionario. Ajusta a una gaussiana de media nula. Características estadísticas no varían durante cierto periodo de tiempo (20-40 mn). ------------------Realización del proceso------------------- Medida del oleaje Datos visuales (barcos en ruta) Descripción: estimaciones y medidas de barcos de todo el mundo en sus rutas desde mediados del siglo XIX. Recopilados por el NCDC (National Climatic Data Center) : http://www4.ncdc.noaa.gov . Gran cobertura espacial y temporal. En Puertos del Estado: Atlántico Norte y Mediterráneo (10º N-80ºN / 90ºW-40ºE). Desde 1950 hasta 1994. Registros NO homogéneos ni en el tiempo ni en el espacio. Parámetros: Atmosféricos: presión atmosférica, velocidad y dirección de viento y temperatura del aire. Temperatura de la superficie del agua. Oleaje: Marde viento (altura, periodo y dirección) y mar de fondo (altura, periodo y dirección) . Datos visuales (barcos en ruta) Frecuencia de las observaciones Ejemplos de registros de oleaje Málaga-dir: Boya direccional. Mar de viento. Coruña-Langosteira: Boya direccional. Mar de fondo. Modelo MSE elíptico Modelo MSE elíptico Nivel del mar Historia del registro del nivel del mar • • • • • • • • Origen: marca en una roca o tabla (pleas y bajas registradas de esta forma en Amsterdam, Estocolmo, Brest y Liverpool 1830: primeros mareógrafos de flotador: registro curva de nivel completa 1874: primer mareógrafo de flotador del IGN en Alicante 1933: nace el Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar (PSMSL, Reino Unido): recopilación de niveles medios de todo el globo 1943: el I. Español de Oceanografía (IEO) establece una red de mareógrafos de flotador Década 80: la COI (UNESCO) establece la red GLOSS de medida de nivel del mar a nivel global 1992: Puertos del Estado establece la red REDMAR de mareógrafos en los puertos de interés estatal 2002: proyecto ESEAS-RI: creación Servicio Europeo de Nivel del Mar El dato de nivel del mar: componentes X(t) = Z0(t) + M(t) + R(t) • X(t): nivel del mar en el instante t • Z0(t): nivel medio (variación lenta) • M(t): variación periódica (marea astronómica) • R(t): variación no periódica (meteorología, efecto estérico, etc): residuo meteorológico • Otros: secas y tsunamis: oscilaciones ocasionales que se superponen a las variaciones fundamentales El dato de nivel del mar: componentes X(t) = Z0(t) + M(t) + R(t) Medida del mareógrafo Análisis armónico proporciona estas dos componentes: predicción de marea Diferencia entre nivel medido y marea. Predecible a corto plazo con modelo hidrodinámico Aplicaciones del registro del nivel del mar • • • • • • • • Ayuda a la navegación en puertos Realización de dragados Diseño de obras portuarias y costeras (extremos) Cálculo de constantes armónicas de un puerto (para predicción marea) Definición de ceros o niveles de referencia Validación y asimilación en modelos numéricos de circulación (previsión componente meteorológica) Estudio de tendencias del nivel medio del mar a largo plazo Gestión de riesgos costeros ¿Por qué cambia el nivel del mar? El nivel del mar varía en el espacio y en el tiempo, de manera absoluta y relativa como resultado de: Las mareas La meteorología Terremotos (tsunamis) Cambios climáticos Tectónica de placas Circulación oceánica Construcción de embalses, extracción de aguas subterráneas Subsidencias y levantamientos del terreno Las mareas Variaciones periódicas del nivel debidas a los efectos combinados de la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol, la rotación terrestre y la fuerza de Coriolis Predecibles a partir de registros de nivel del mar en un punto Amplitud variable: desde casi nula (Mediterráneo) a 12 metros (Bahía de Fundy) Su origen astronómico.... Mareas semidiurnas (12 h) y diurnas (24 h): Ciclo de mareas vivas y muertas (15 días): La influencia meteorológica: onda de tormenta (“storm surge”) Presión atmosférica, viento y oleaje producen variaciones de nivel durante una tormenta Duración: de horas a días Magnitud: decenas de cm a varios metros Huracán Carol: 31 de Agosto de 1954, Rhode Island (EEUU). Presión: 960 mb: Nivel: entre 2.5 y 3.5 m por encima de la marea astronómica Los tsunamis Origen: movimiento vertical del fondo marino por terremoto o corrimiento de tierras Se amplifican al llegar a la costa donde pueden tener efectos devastadores 4500 muertes y unos 100 millones de dólares en pérdidas en los años 90 El más cercano: terremoto de Chile (2014): Los tsunamis Un ejemplo cercano: el tsunami producido por el terremoto de Argel el 21 de Mayo de 2003 produjo graves daños en puertos de Baleares Oscilaciones de nivel del mar de más de 1 metro en Mahón y San Antonio destrozaron decenas de caras embarcaciones deportivas Los tsunamis Ejemplo del tsunami detectado por los mareógrafos de Puertos del Estado en el Mediterráneo tras el terremoto de Argelia del 21/05/2003 El nivel medio del mar ¿una referencia? Pero ¿quién diría que la superficie del mar está inclinada? (Estrabón, “Geografía”) El nivel medio del mar, por su apariencia plana en relación a la tierra, se ha considerado históricamente una referencia de medida de altitudes Sin embargo, la superficie media del mar SÍ presenta variaciones de altura de un lugar a otro y a lo largo del tiempo Elipsoide, geoide, nivel medio.... Elipsoide de revolución: forma que, distorsionada por la rotación terrestre, adoptaría la superficie equipotencial de la Tierra si la densidad de la misma fuese uniforme Geoide: superficie equipotencial real que más se aproxima al nivel medio del mar Variaciones espaciales Diferencias del geoide respecto al elipsoide: -105 m ( Sur de India) a 75 m (Norte de Australia) El nivel medio del mar varía con respecto al geoide hasta 1 metro debido a diferencias de temperatura, salinidad, presiones y vientos medios y corrientes oceánicas Ej: nivel medio en la costa Pacífica de Panamá 0.20 m superior al de la Atlántica Los cambios a largo plazo... El nivel medio del mar experimenta cambios aparentemente lentos a lo largo de los siglos (milímetros/año) Este ritmo se acelera ante un cambio climático: el nivel medio global subió 125 m una vez finalizado el deshielo tras el pico de la última glaciación, hace 21000 años Un calentamiento de la tierra produce un aumento del nivel global del mar por dos efectos fundamentales: el deshielo (aumento de masa) y la expansión térmica (aumento de volumen) Los efectos de un cambio climático permanecen durante siglos e incluso milenios, aunque a un ritmo más lento Movimientos de la tierra Movimientos locales o regionales de la tierra pueden incrementar estos cambios en un factor de 2 ó 3 e incluso producir una aparente disminución del nivel del mar (ej: mar Báltico: rebote tras el deshielo) Rampa romana en Corintio (Grecia), inicialmente cubierta por el nivel tras un período de subsidencia y elevada posteriormente por actividad tectónica ¿Cómo se mide el nivel del mar? Variable oceanográfica medida desde más antiguo Primeras medidas visuales: siglo XVII Primer mareógrafo: se instaló en 1835 en Sheerness (Reino Unido) En la actualidad cientos de mareógrafos registran el nivel permanentemente. Medidas locales, muy precisas En la década de los 90 comienzan las medidas de satélite (altimetría). Medidas globales, aunque de momento menos precisas Principales sistemas de medida GLOSS: Sistema Global de Observación de Nivel del Mar (más de 300 estaciones) REDMAR: Red de Mareógrafos de Puertos del Estado (23 estaciones) Satélites: ERS, TOPEX, JASON, ENVISAT.. Prediciendo el nivel del mar... Predicción de mareas: componente periódica (tablas de pleamar y bajamar), a partir de variables astronómicas y datos de mareógrafos Sistemas de previsión de nivel del mar (“storm surge”). Ej: Sistema de previsión de nivel del mar de Puertos del Estado (Nivmar, 1998). Previsiones a 48 horas que incluyen marea y efectos meteorológicos Predicción de tsunamis (Hawai): el instante de llegada es fácil de predecir y permite organizar la evacuación Efecto invernadero La temperatura global superficial ha aumentado entre 0.4 y 0.8º C en los últimos 100 años Este ritmo de calentamiento es probablemente el más importante del último milenio (año 1998 el más cálido de los últimos 1000 años en el Hemisferio Norte) ¿está subiendo el nivel del mar? Los datos de mareógrafos indican que el nivel medio del mar subió entre 10 y 20 cm durante el siglo XX (IPCC, 2001), un ritmo superior al del siglo pasado ¿Por qué es importante esta subida? Sus efectos físicos... Aumento de la erosión en playas (entre 50 y 200 veces el ritmo de subida del nivel medio) y acantilados Aumento del daño durante inundaciones y tormentas Inundación de áreas bajas Intrusión salina en acuíferos Subida del nivel de la capa freática ...tendrán impactos económicos y sociales Las zonas más afectadas serán las pequeñas islas y las zonas bajas (deltas) (en muchas ocasiones zonas densamente pobladas y con pocos recursos económicos y de adaptación) Bangladesh podría perder el 17% de su costa ante una subida del nivel medio de un metro El futuro... Las últimas previsiones (IPCC 2001) indican que el nivel del mar subirá entre 0.09 y 0.88 m en los próximos 100 años, aunque con grandes variaciones regionales. ¿Tenemos algo que ver con esto? Los últimos modelos parecen confirmar la influencia del hombre, aunque todavía no hay una opinión unánime. Demasiados interrogantes. Conclusiones El nivel del mar es posiblemente la variable oceanográfica que más puede afectar el asentamiento del hombre en la costa En ocasiones, en cuestión de horas, el nivel del mar puede ocasionar grandes desastres naturales (tsunamis, inundaciones), que hoy se predicen con antelación La subida del nivel medio global es la consecuencia más directa del calentamiento del planeta y sus efectos comienzan a ser evidentes Quedan muchos interrogantes sobre la magnitud exacta de esta subida en los próximos años, su manifestación e impactos locales, y la contribución humana a la misma. La principal fuente de información siguen siendo las series largas proporcionadas por mareógrafos y, en un futuro próximo, por los satélites Efecto del clima marítimo en la costa OPCIÓN CERO Algunos ejemplos OPCIÓN CERO Pero también responden a mantener el recurso “TURISMO” de una zona litoral, que puede ser vital para la economía de la zona.