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.