1 1. INTRODUCCIÓN Y PARÁMETROS 2. REDES DE MEDIDA 3. BANCO DE DATOS 4. PREDICCIONES 1 Master en Ciencias del Clima Maite de Castro Rodríguez

2 1.1 Parámetros de Oleaje. 1.2 Marea. 1.3 Parámetros Atmosféricos 1.4 Parámetros Hidrográficos. 2 Master en Ciencias del Clima

3 ¿Por qué monitorizar y estudiar las propiedades físicas del océano? Existen múltiples respuestas dependiendo de nuestros intereses, por ejemplo: 1. Obtenemos comida del océano. Nos interesamos en los procesos que influyen en el océano cómo los granjeros están interesados en el clima o el tiempo. 2. Usamos el océano. Construimos estructuras en las costas. Obtenemos petróleo y gas del fondo marino y usamos el océano para el transporte y como recreo: natación, remo, pesca, surf… por lo tanto estamos interesados en todos aquellos procesos que influyan en esas actividades como el oleaje, el viento, las corrientes y la temperatura. 3. El océano influye en el tiempo atmosférico y el clima. Influye en la distribución de lluvia, sequias, en el clima regional y en el desarrollo de tormentas, huracanes y tifones. 3 Master en Ciencias del Clima

4 La parte más alta de una ola es su cresta, y la parte más profunda de la depresión entre dos olas consecutivas se llama valle. A la distancia entre dos crestas se le denomina longitud de onda (λ) y a la diferencia de altura entre una cresta y un valle se le llama altura de la ola (H). La amplitud es la distancia que la partícula se aparta de su posición media en una dirección perpendicular a la de la propagación. La amplitud vale la mitad de la altura. La pendiente (δ) es el cociente de la altura y la longitud de onda: δ = H / λ Se llama período (T) al tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas consecutivas por el mismo punto. La velocidad de onda (también llamada velocidad de fase o celeridad), es decir la velocidad de propagación, se calcula dividiendo la longitud de onda por el período: 4 Master en Ciencias del Clima En aguas profundas (>λ/2) la velocidad de onda es proporcional a la longitud de onda, en aguas muy superficiales (

5 Altura significante de Ola Observando la superficie del océano podemos comprobar que la altura y la longitud de onda de las olas no es constante ni en el tiempo ni en el espacio. Tradicionalmente se define la altura significante de ola H s la altura media del tercio más alto de olas. Más recientemente se ha calculado a partir de medidas del desplazamiento de la ola. H s está relacionada con la desviación estándar del desplazamiento de la superficie del mar (  ). H s =4 1/2 Dónde 1/2 es la desviación estándar del desplazamiento de la superficie del mar.  es la elevación de la superficie del mar de una ola viajando en la dirección x:  = a sen (kx-  t) Dónde  = 2  f es la frecuencia de ola en radianes por segundo k = 2  /L el número de onda con L como longitud de onda Altura máxima de ola En un estado de mar, la altura máxima de ola H max, es la altura máxima de ola de un grupo de olas. La predicción de H max es fundamental en obras costeras. 5 Master en Ciencias del Clima

6 Periodos El oleaje está compuesto de una superposición de grupos de ondas de distintos periodos. El periodo medio de todas estas ondas se denomina periodo medio del oleaje y se denota T. El periodo del grupo de ondas con más energía se denomina periodo de pico y se denota Tp. Cuanto más regular es el oleaje más se parece Tp a T, aunque normalmente Tp es mayor que T. Energía En el movimiento ondulatorio de una ola no se transporta materia, únicamente energía. E= 1/8 (  gh 2 ) Donde  es la densidad del agua(kgm -3 ), g es 9.8 ms -2 y H es la altura de la ola. [E] = Jm -2 Curiosidad Las mayores tormentas se producen en la costa Noroeste española (Galicia). En esta zona son habituales las tormentas con dirección proveniente del Noroeste. Éstas son las que originan mayor oleaje y de mayor periodo ya que las olas se suelen generar en el Atlántico Norte y después se propagan hasta la costa gallega (a medida que el oleaje "envejece" el periodo crece). Este tipo de tormentas son las más características con alturas significantes de hasta 10 metros, con alturas máximas de ola de hasta 17 metros y periodos de hasta 20 segundos. 6 Master en Ciencias del Clima

7 Las mareas son el cambio periódico del nivel del mar producido principalmente por las fuerzas gravitacionales de la Luna y del Sol sobre la Tierra. Tanto la Luna como el Sol afectan a las mareas pero el efecto de la Luna es hasta dos veces el del Sol pese a su tamaño debido a la proximidad de la Luna respecto a la Tierra. Normalmente se producen dos mareas altas y dos bajas al día. El tiempo entre una pleamar y una bajamar es de 6h 12min. 7 Master en Ciencias del Clima Cuando la Tierra, la Luna y el Sol están en línea las mareas lunares y solares se refuerzan produciendo las Mareas Vivas. Se producen en la Luna Nueva y la Luna Llena y se caracterizan por tener mayor diferencia entre la marea alta y la baja. Cuando la Tierra, la Luna y el Sol forman un ángulo de 90º, la marea lunar alta coincide con la marea solar baja produciendo una diferencia entre la marea alta y la baja menor. A estas mareas se la denomina Mareas Muertas. Se producen en el Cuarto Creciente y el Cuarto Menguante.

8 Predicción de Mareas El método armónico es el más usual para predecir la altura de Marea de forma satisfactoria. Considera que la marea total es la suma de un número de componentes o Mareas Parciales cuyos periodos corresponde con el periodo de uno de los movimientos astronómicos relativos entre la Tierra, la Luna y el Sol. Cada Marea Parcial tiene una amplitud y una fase que es única en cada posición de la Tierra. La fase indica la fracción del ciclo de marea que ha sido completado en un determinado tiempo de referencia. La determinación de la amplitud y la fase de las Mareas Parciales en un punto particular requiere de la medición de las alturas de marea durante un tiempo largo comparado con los periodos de las Mareas Parciales. Se han identificado hasta 390 componentes. En la siguiente tabla se muestran las 4 semi-diurnas, tres diurnas y dos de periodo mayor. 8 Master en Ciencias del Clima Constituyente de Marea SímboloPeriodo (h solares) Lunar PrincipalM2M2 12.42 Solar PrincipalS2S2 12.00 Elíptico lunar grande N2N2 12.66 Luni- Solar Semidiurno K2K2 11.97 Luni- Solar diurnoK1K1 23.93 Lunar diurno Principal O1O1 25.82 Solar Diurno Principal P1P1 24.07 Lunar BisemanalMfMf 327.86 Lunar MensualMmMm 661.30

9 9 Master en Ciencias del Clima Viento A lo largo de la historia el viento ha sido medido de diversas formas. La más común hasta 1995 fueron las observaciones de la fuerza de Beaufort del viento hechas en el mar. A partir de 1995, los satélites son la fuente de medidas de viento más importante. Producen mapas globales diarios a 25 km de resolución (por ejemplo el QuikScat). Temperatura del aire El sol es la fuente de energía primaria en el océano.

10 10 Master en Ciencias del Clima También se pueden obtener campos de viento globales a partir de modelos numéricos atmosféricos con una resolución de entre 100 y 250 km y una periodicidad de 6 horas. La fuerza horizontal que el viento ejerce sobre la superficie del océano se denomina “wind stress” T y se calcula como: T=  a C D U 10 2 Donde  a = 1.3 kg m -3 es la densidad del aire, U 10 es la velocidad del viento a 10 metros y C D es el coeficiente de arrastre. Las gráficas se han calculado a partir de datos calculados del modelo MM5 adaptado por Meteogalicia para la región gallega.

11 11 Master en Ciencias del Clima Viento En la distribución anual de los vientos a nivel del mar promediados durante el año 1989 se puede observar: fuertes vientos del oeste entre las latitudes 40º y 60º vientos débiles en los sub-trópicos, latitudes próximas a 30º vientos traza del este en los trópicos vientos débiles del este a lo largo del ecuador (Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart)

12 12 Master en Ciencias del Clima Viento El mapa de vientos en la superficie del mar varia algo con las estaciones. Los mayores cambios se observan en el océano Indico y en el oeste del océano Pacífico. Ambas regiones fuertemente influenciadas por el monzón de Asia. Cambios en el arrastre del viento producen oscilaciones transitorias en el océano conocidas como corrientes inerciales. Esta corrientes son muy comunes y tienen un periodo de 2  /f (f fuerza de Coriolis) Un viento estacionario produce una fina (40- 300 m dependiendo de la latitud y de la velocidad del viento) capa de frontera en la parte de arriba del océano conocida como capa de Ekman. Esta capa de agua tiene una dirección de 45º a la derecha de donde viene el viento en el Hemisferio Norte y una velocidad de entre 1 y 2.5 % de la velocidad del viento dependiendo de la latitud. (Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart)

13 13 Master en Ciencias del Clima Salinidad Def. 1 Es la cantidad de material disuelto en gramos en un kilogramo de agua de mar. Es adimensional y no tiene unidades. La variabilidad de sal disuelta para la mayoría de los océanos del mundo es muy pequeña (entre 34.60 y 34.80 partes por mil, equivalente a 200 partes por millón). Para clasificar agua con diferente salinidad necesitamos definiciones e instrumentos con precisiones de 1 parte por millón. Problema: En la práctica es imposible medir el material disuelto (eg. material volátil compuesto por gases). Def. 2 Es la cantidad total de materiales sólidos en gramos disueltos en 1 kilogramo de agua de mar cuando todos los carbonatos han sido convertidos a óxidos, los bromos e iodos reemplazados por cloros y toda la materia orgánica completamente oxidada. (International Council for the Exploration of the Sea, 1902). (Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart)

14 14 Master en Ciencias del Clima Salinidad Problema: difícil de implementar en la práctica. Def. 3 Puesto que la salinidad es directamente proporcional al cloro puede ser medida adecuadamente mediante un simple análisis químico dónde la salinidad fue definida como: S= 0.03+1.805 Cl Cl definida como la masa de plata requerida para precipitar completamente los halógenos contenidos en 0.3285234 kg de muestra de agua de mar. Problema: Medidas más precisas realizadas con posterioridad demostraron la imprecisIón de esta relación cambiándola por S=1.80655 Cl (Joint Panel in 1966). Def. 4 Los oceanógrafos utilizan los metros de conductividad para medir la salinidad. Es precisa y relativamente sencilla comparado con las técnicas químicas para medir el cloro. C(S,15, 0) es la conductividad de la muestra de agua del mar a 15ºC y a 1 atmósfera de presión y C(35, 15, 0) es la conductividad estándar del agua del mar de Copenhagen.

15 15 Master en Ciencias del Clima Salinidad Problema: mejoras en las medidas de las conductividades desde los barcos. Def. 5 Se recalculó la escala de salinidad usando únicamente la conductividad y se rompió el link con el cloro. C(S, 15, 0) es la conductividad de la muestra de agua de mar a la temperatura de 14.996ºC en la escala Internacional de Temperatura de 1990 y a la presión atmosférica de 101325 Pa. C(KCl, 15, 0) es la conductividad de la solución estándar de KCl a la temperatura de 15 ºC y al estándar de la presión atmosférica. Escala Práctica de Salinidad de 1978. Definición oficial en la actualidad.

16 16 Master en Ciencias del Clima Salinidad La distribución de salinidad en la superficie de los océanos tiende a ser zonal, es decir, es independiente de la longitud. Agua más salina en latitudes medias dónde la evaporación es alta. Agua menos salina en el ecuador dónde llueve mucho y baja la salinidad del océano y a altas latitudes dónde el hielo del océano baja la salinidad de la superficie. (Figura de arriba). Arriba: SST media. Las áreas sombreadas superan valores de salinidad de 36. Abajo: Precipitación menos evaporación en metros por año. En la regiones sombreadas la precipitación excede a la evaporación. Datos obtenidos de Global Precipitation Climatology Project and Data Asimilation office, both at NASA´S Goddard Space Flight Center. (Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart)

17 17 Master en Ciencias del Clima Salinidad La salinidad media zonal muestra una alta correlación entre salinidad y evaporación menos precipitación más descarga del río. Promedio zonal de la salinidad superficial del mar calculada de Levitus (1982) y la diferencia entre evaporación y precipitación (E-V). Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart.

18 18 Master en Ciencias del Clima Temperatura Unidades kelvin, K. t[ºC]=T[K]-273.15 Las medidas absolutas son utilizadas para definir una escala práctica de temperatura basada en la temperatura de unos pocos puntos fijos y en dispositivos de interpolado que son calibrados en los puntos fijos. Para la temperatura del océano el dispositivo de interpolado es un termómetro de resistencia de platino. Consiste en un alambre de platino puro cuya resistencia es función de la temperatura. Esta calibrado entre el triple punto de equilibrio del hidrógeno a 13.8033K y en punto de congelación de la plata 961.78 K incluyendo el punto triple del agua a 0.060 ºC,el punto de ebullición del Galio a 29.7646 ºC y el punto de congelación del Indio a 156.5985 ºC Recordemos: El triple punto del agua es la temperatura a la cual el hielo, el agua y el vapor de agua están en equilibrio.

19 19 Master en Ciencias del Clima Temperatura La distribución de temperatura en la superficie de los océanos tiende a ser zonal, es decir, es independiente de la longitud. Agua más caliente cerca del ecuador y más fría cerca de los Polos. Las desviaciones zonales son pequeñas. De 40º hacia el ecuador, el agua fría tiende a estar hacía el este y al norte de esta latitud hacia el oeste. SST media interpolada usando datos de barcos y de satélite (AVHRR) Las áreas sombreadas superan los 29ºC. (Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart)

20 20 Master en Ciencias del Clima Temperatura Las anomalías de la SST, desviaciones del comportamiento medio a largo plazo, son menores de 1.5ºC con la excepción del Pacífico ecuatorial dónde pueden ser de 3ºC (Harrison and Larkin, 1998). El rango anual de SST es mayor a latitudes medias especialmente en el lado oeste del océano. En el oeste, el aire frio del invierno sopla de los continentes hacía el océano enfriándolo. En los trópicos el rango de temperatura es mayoritariamente menor de 2ºC. Arriba: Anomalía de SST usando datos de Reynolds and Smith (1995) in the Climate Diagnostics Bulletin for February 1995. Abajo: Rango anual de SST calculado del conjunto de datos de SST medios de Reynolds and Smith (1995).Las áreas sombreadas superan los 8ºC. (Imagen obtenida de Introduction to Physical Oceanography, by R.H. Stewart)

21 21 Master en Ciencias del Clima Temperatura SST (Sea Surface Temperature) obtenidas del satélite NOAA durante la noche para evitar el calentamiento solar con una resolución espacial de 4 km y promediadas a 8 días. Esta base de datos dispone de medidas desde 1985 hasta el 2006. Arriba: SST (ºC) promediada a julio y agosto de 2005. Abajo: SST (ºC) promediada a noviembre y diciembre de 2005.

22 22 Master en Ciencias del Clima [1] Komen, G.J., Cavaleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K., Hasselmann, S. Janssen, P.A.E.M. (1994). Dynamics and Modelling of Ocean Waves. Cambridge University Press, NY. [2] Tidal Hydrodinamics (1991). Ed. Parker, B. B. John Wiley & Sons, inc., NY. [3] Penabad, E., I. Alvarez, C.F. Balseiro, M. deCastro, B. Gómez, V. Pérez-Muñuzuri, M. Gómez-Gesteira (2008). Comparative analysis between operational weather prediction models and QuikSCAT wind data near the Galician coast. Journal of marine System 72, 256-270. [4] Stanistaw, R. M. (1996), Ocean Surface waves: their physics and prediction. Advanced Series on Coastal Engineering, vol 11. World Scientific. [5] Stewart, R. H., Introduction to Physical Oceanography, (2008). [6] Waves, Tides and Shallow- Water Processes (1989). Ed. Bearman, G. The Open University UK.

23 Las redes de medida de Puertos del Estado son redes diseñadas para obtener, a tiempo real, la información detallada de parámetros físicos tales como: olas, mareas, temperatura, viento... Hay cuatro redes con objetivos diferentes: 2.1 Red de aguas profundas 2.2 Red de agua costera 2.3 Red de Correntímetros 2.4 Red de Mareógrafos. 23 Master en Ciencias del Clima

24 24 Master en Ciencias del Clima Las boyas de esta red se caracterizan por estar fondeadas lejos de la línea de costa a gran profundidad (mas de 200 metro de profundidad). Por tanto, las medidas de oleaje de estos sensores no están perturbadas por efectos locales. Por ello, cada boya proporciona observaciones representativas de grandes zonas litorales. Está compuesta por boyas de tipo Wavescan (13) y SeaWatch (3) ubicados en puntos con profundidades entre 200 y 800 metros y miden parámetros oceanográficos y meteorológicos. Todas la boyas con independencia del modelo producen datos con cadencia horaria. No obstante, los parámetros de oleaje se han calculado sobre series de desplazamientos registradas a intervalos inferiores a una hora (30 min). De modo análogo, los valores de velocidad media del viento están calculados sobre periodos de 10 min. En todos los casos la velocidad del viento se mide a 3 metros sobre la superficie libre del mar. Los datos son transmitidos cada hora vía satélite y se encuentran disponibles en la página de puertos del Estado.

25 25 Master en Ciencias del Clima Es una plataforma flotante capaz de alojar una pléyade de sensores que tienen como objeto medir parámetros atmosféricos y meteorológicos. Las comunicaciones con la boya se realizan vía satélite. Se alimenta de paneles solares que, combinados con baterías, dotan a la boya de suficiente autonomía.

26 26 Master en Ciencias del Clima Es una boya lenticular con un diámetro aproximado de 2.75 metros y unos 1000 kg de peso. Consta de un sensor para la medida del oleaje direccional y una estructura superior para soporte de sensores meteorológicos. La boya transmite en tiempo real, cada hora y vía satélite (INMARSAT C), su posición y los parámetros procesados.

27 27 Master en Ciencias del Clima Proporciona datos de oleaje en tiempo real en puntos de aguas poco profundas. Su objetivo es complementar las medidas de la red exterior en lugares de especial interés para las actividades portuarias o la validación de modelos de oleaje. Consta de boyas escalares y direccionales Waverider y de boyas direccionales Triaxys.

28 28 Master en Ciencias del Clima Tiene forma esférica de 91 cm de diámetro. Dispone de un sensor de temperatura del agua, acelerómetros de estado sólido, un giróscopo piezoeléctrico y un compás controlado por microprocesador. El proceso de datos se realiza a bordo de la boya utilizando los seis sensores de movimiento y el compás. La señal se transmite vía radio a un receptor digital en tierra, donde se almacenan en tiempo real los diversos parámetros escalares y direccionales que caracterizan los estados de mar.

29 29 Master en Ciencias del Clima Tiene forma esférica con un diámetro de 0.7 m. El sensor de medida (en el interior del casco de la boya) es un acelerómetro suspendido dentro de una esfera en un líquido con una conductividad concreta. Las medidas instantáneas de diferencias de potencial así obtenidas son convertidas a aceleraciones. Éstas se integran dos veces para obtener las elevaciones que componen la serie temporal de datos brutos. La transmisión a la estación costera se realiza vía radio. La señal analógica es convertida a digital y analizada. De esta forma se dispone,en tiempo real, de los parámetros más representativos del oleaje.

30 30 Nombre del congreso o evento en cuestion El objetivo de esta red es obtener medidas oceanográficas (corrientes, temperatura y salinidad) que complementen y ayuden a interpretar las obtenidas por las boyas de la red exterior. Está formada por cadenas de correntímetros (modelo RCM7) que se ubican a profundidades predefinidas. No transmiten en tiempo real.

31 31 Master en Ciencias del Clima Es un instrumento autónomo de medida que, una vez fondeado a una profundidad prefijada, mide y almacena datos de corrientes, salinidad, temperatura del agua y profundidad del instrumento. Normalmente se colocan varios RCM-7 en una misma línea de medida, quedando el elemento superior por debajo del nivel del mar. Los instrumentos son recuperados cada 4 meses gracias a un liberador acústico. La transmisión en tiempo real de los datos medidos por estos instrumentos no está activa.

32 32 Master en Ciencias del Clima La Red REDMAR está en funcionamiento desde 1992. El objetivo es la monitorización del dato de nivel del mar en tiempo real y la generación de series históricas para su posterior explotación. En la actualidad está constituida por 9 mareógrafos acústicos SONAR, 5 mareógrafos de presión Aanderaa y 23 sensores radar MIROS. Estos últimos además proporcionan datos de agitación.

33 33 Master en Ciencias del Clima Los mareógrafos de presión Aanderaa modelo WLTS 3791 obtienen el nivel del mar a partir de la medida de la presión hidrostática y la temperatura del agua en un punto fijo sumergido. Este modelo se utiliza con una unidad de compensación de la presión atmosférica, por lo que proporciona el nivel del mar ya corregido.

34 34 Master en Ciencias del Clima Está constituido por un emisor-receptor de ultrasonidos autocalibrado que se coloca a cierta distancia sobre la superficie del agua para registrar el nivel del mar, con su fecha y hora. Los datos son recogidos por una unidad que los transmite por radio o directamente a un PC, al que se puede acceder vía modem. Los datos se registran cada 5 minutos y se recogen en la unidad LPTM2 (Low Power Telemetry Unit), unidad que permite configurar el sensor y a la vez almacenar los datos y los transmite directamente a un PC o vía radio a una oficina cercana.

35 35 Master en Ciencias del Clima Es un sensor preparado para medir nivel del mar y agitación. El sensor emite una señal chirp FM de microondas y recibe el eco de la superficie del agua. El retraso en la propagación de la señal debida a la distancia de la antena a la superficie del agua provoca un pulso en el receptor. La señal es convertida en distancia por medio de un procedimiento avanzado.

36 Se pretende dar una visión de los métodos más habituales para la representación e interpretación de los distintos parámetros. 3.1 Parámetros de oleaje 3.2 Corrientes 3.3 Parámetros atmosféricos 3.4 Parámetros hidrográficos 36 Master en Ciencias del Clima

37 Un control de calidad de los datos puede consistir en rechazar aquellos datos que superen un valor máximo y aquellos que presenten diferencias con los datos adyacentes mayor que un determinado umbral. El valor máximo y el umbral serán determinados para cada estación y parámetro basándonos en la experiencia. Este sencillo control de calidad limpia los datos espúreos pero no impide que algunos datos anómalos se filtren por lo que será necesaria una posterior corrección manual. 37 Master en Ciencias del Clima

38 Los parámetros que se representan son: alturas, periodos y dirección del olaje. Se suelen representar para todo el periodo de tiempo completo o mensual. 3.1.1 Estadística Se incluyen tres tipos de estadísticas: distribuciones conjuntas de altura y periodo, rosas de oleaje y distribuciones conjuntas de altura y dirección de oleaje. La representación ha de incluir una cabecera con: nombre de estación, periodo analizado, nº de datos medidos, tanto por ciento de valores útiles durante el periodo considerado, altura significante media y altura significante máxima. 38 Master en Ciencias del Clima

39 Distribución conjunta de altura y periodo Se muestra, para la serie total y por estaciones, una descripción estadística de la serie que contiene la siguiente información: Series Temporales de altura significante y periodo. 39 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

40 Distribución conjunta de altura y periodo Histograma de altura significante y de periodo pico. 40 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

41 Distribución conjunta de altura y periodo Tabla de encuentro entre alturas y periodos de pico. 41 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m Periodo: Julio 1998- Diciembre 2006

42 Distribución conjunta de altura y periodo Tabla de alturas máximas. 42 Master en Ciencias del Clima Hs:Altura significativa/Significant Heightmetros/meters Tp:Periodo de Pico/Peak Periodsegundos/seconds Dir: Direccion media de procedencia /Mean Direction, "coming from" 0 = Norte; 90 = Este 0 = North; 90 = East Mes/MonthHsTpDirDia/DayHora/Hour Ene6.514.3292108 Feb10.416.72991015 Mar7.412.5318721 Abr3.711.13212615 May6.014.33261922 Jun3.510.630118 Jul5.412.529617 Ago4.212.529915 Sep4.311.83392520 Oct3.711.73362922 Nov4.011.7339208 Dic9.315.4333101 Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

43 Distribución conjunta de altura y dirección Histograma de altura significante y de dirección. 43 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

44 Distribución conjunta de altura y dirección Tabla de encuentro entre direcciones y alturas 44 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

45 Rosas de Oleaje Se representan, para la serie total y por estaciones: la altura (periodo) y dirección del oleaje asociadas a su probabilidad de ocurrencia. 45 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

46 Régimen Medio El régimen medio de una serie temporal es el conjunto de estados de oleaje que más probablemente nos podemos encontrar. Si representásemos los datos en forma de histograma no acumulado, el régimen medio vendría definido por aquella banda de datos en la que se contiene la masa de probabilidad que hay entorno al máximo del histograma. Se describe, habitualmente, mediante una distribución teórica que ajusta dicha zona media o central del histograma. Sólo participan en el proceso de estimación de los parámetros de la distribución teórica, aquellos datos cuyos valores de presentación caen el la zona media del histograma. La distribución elegida para describir el régimen medio de las series de oleaje es Weibull cuya expresión es la siguiente. 46 Master en Ciencias del Clima B es el parámetro de centrado y su valor a de ser menor que el menor de los valores justados; A es el parámetro de escala y ha de ser mayor que 0; C es el parámetro de forma y suele moverse entre 0.5 y 3.5 El régimen medio, generalmente, suele representarse de una forma gráfica mediante un histograma acumulado y el correspondiente ajuste teórico, todo ello en una escala especial en la cual Weibull aparece representada como una recta. El régimen medio esta directamente relacionado con lo que se denominan condiciones medias de operatividad. Es decir, caracteriza el comportamiento probabilístico del régimen de viento u oleaje en el que por término medio se va desenvolver una determinada actividad influida por uno de estos agentes.

47 Régimen Medio de Hs 47 Master en Ciencias del Clima Conjunto de Datos: REDEXT Boya de : Cabo Silleiro Longitud : -9.390 E Latitud : 42.130 N Profundidad : 323 m

48 Las corrientes suelen estar caracterizadas por tres contribuciones energéticas importantes que pueden ser clasificadas en función de su frecuencia: Corrientes de marea, principalmente de tipo semi-diurno (periodos en torno a 12 horas). Corrientes inerciales, producidas por pulsos de viento que, debido a la rotación de la Tierra, inducen movimientos oscilatorios en la masa de agua con una frecuencia idéntica a la de Coriolis (f = 2  sin , siendo  la velocidad angular de rotación de nuestro planeta y  la latitud). Corrientes de largo periodo o sub-inerciales, debidas principalmente a flujos de tipo geostrófico, inducidos por gradientes de presión tanto barotrópicos como baroclínicos. 48 Master en Ciencias del Clima

49 El siguiente análisis consiste en calcular las elipses de marea mediante el programa de Foreman que utiliza una técnica de ajuste por mínimos cuadrados a frecuencias conocidas. Se ha respetado el criterio de ángulos del programa de Foreman (corrientes hacia el este corresponden a 0◦ y hacia el norte a 90◦). El signo del semieje menor marca el sentido de rotación de la elipse. Un signo menos indica un giro en el sentido de las agujas del reloj, mientras que un valor positivo corresponde al sentido contrario. La ultima columna de la tabla, denominada CC (Control de Calidad), pretende estimar el grado de fiabilidad del cálculo del semieje mayor de cada elipse. El CC se basa en la aplicación del "credo de smoothness". Según este, la ampliación que la batimetría introduce en la amplitud de la marea de equilibrio es función de la frecuencia y, en consecuencia, similar para armónicos de la misma especie. Dados dos armónicos genéricos, de especie diurna (X1) y semi-diurna (X2), el CC se evalúa siguiendo las siguientes expresiones: 49 Master en Ciencias del Clima

50 A es la amplitud de los armónicos medida en cm por un mareógrafo de referencia cercano al punto de estudio y los de C a las longitudes en cm/s de los semiejes mayores de las elipses. Por definición, el CC es igual a uno para M 2 y K 1. Partiendo de la suposición de que los resultados para estos armónicos son correctos, la fiabilidad de los datos de los demás será mayor cuanto más se acerque CC a la unidad. Aquellos armónicos que tienen una clara firma en el espectro, tienden también a tener un valor del CC satisfactorio. Sin embargo, cuando la señal de un armónico es indistinguible del ruido de fondo, el CC se aleja de la unidad. El análisis armónico se repite para las series de alta frecuencia (series donde toda la energía de la banda sub-inercial ha sido eliminada por medio de un filtro de paso alto). Este segundo análisis tiene como objeto estudiar la magnitud de los residuos de alta frecuencia, es decir, de aquellas oscilaciones rápidas no asimilables a la acción de la marea. Si la magnitud de estos residuos (RMS en la tabla) es claramente menor que la desviación típica de la serie de altas frecuencias (D. EST), el análisis armónico es correcto y las mareas resultan importantes para estudiar las oscilaciones rápidas (periodos inferiores a 30 días). Una vez conocidas las constantes armónicas se pueden realizar estimaciones de las corrientes de marea. 50 Master en Ciencias del Clima

51 Se calcula la densidad de energía espectral a cada una de las componentes de la corriente mediante un análisis de Fourier con 13 grados de libertad. Sobre cada gráfico aparecen marcadas una serie de frecuencias de marea características (M2, N2 y S2 representando a las componentes semi-diurnas y K1 a las diurnas) y la frecuencia inercial (f). 51 Master en Ciencias del Clima

52 52 Master en Ciencias del Clima Serie de datos Original Serie de datos de Alta Frecuencia

53 Se han calculado aplicado un filtro de medias móviles con un periodo de corte de unas 30 horas, por lo que todas las señales cuyo periodo de oscilación quede por debajo, son eliminadas. Este tipo de filtro se aplica a todos los datos medidos por los diferentes sensores. Las series sub-inerciales muestran el comportamiento del océano a largo plazo (periodos superiores a las 30 horas), pues las oscilaciones más rápidas (marea e inerciales) suelen tener media igual a cero. Al tener menor variabilidad temporal, se pueden realizar representaciones claras de periodos largos. Teniendo en cuenta que las series sub-inerciales representan el comportamiento a largo plazo de la corriente, se ha incluido un estudio estadístico de las mismas (tablas de evolución mensual y rosas de corrientes). 53 Master en Ciencias del Clima

54 Existen diversas formas de representarlas, permitiendo cada una de ellas apreciar con mayor claridad alguna de sus características: a) Representación de series brutas. b) Tabla mensual de intensidades y direcciones de corriente. c) Representación en forma vectorial. d) Representación en forma de vector progresivo. e) Representación con Rosas de corriente. f) Histogramas de la intensidad y las direcciones de corriente. g) Tabla de encuentro entre direcciones e intensidades de corriente. 54 Master en Ciencias del Clima

55 Esta puede ser por módulo y dirección o por componentes. El criterio de direcciones es tal que 0 corresponde a una corriente hacia el norte y los ángulos se incrementan en el sentido de las agujas del reloj. 55 Master en Ciencias del Clima RCM7 42◦ 22’ N, 9◦ 27’ W 60 m

56 La variabilidad temporal de las corrientes brutas es muy alta, con lo que no se puede representar un periodo muy largo sin crear una gráfica confusa. Una posibilidad es optar por una representación mensual. 56 Master en Ciencias del Clima

57 Aportan información sobre la intensidad y dirección de la corriente resultante, sobre la velocidad máxima registrada y sobre la media y desviación típica del módulo de la velocidad. 57 Master en Ciencias del Clima Evolución mensual de la velocidad de la corriente (cm/s). La velocidad resultante es la calculada como suma vectorial de todas las medidas. σ es la desviación típica del módulo de la velocidad.

58 En estos gráficos se dibuja, para cada instante de tiempo, el vector velocidad medido. En estas figuras es sencillo apreciar, por ejemplo, tendencias generales en el flujo y errores en el control de calidad. 58 Master en Ciencias del Clima

59 Este consiste en un dibujo de la trayectoria que seguirá una partícula virtual sometida a un campo de velocidades constante espacialmente y que toma los mismos valores en el tiempo que los medidos por el correntímetro. 59 Master en Ciencias del Clima En estas figuras, los valores positivos del eje x corresponden al este y los del y al norte. Las variaciones debidas a la marea y a las oscilaciones inerciales tienden a anularse (su media es cercana a cero) y las partículas tienden a seguir las trayectorias marcadas por las corrientes de menor frecuencia.

60 60 Master en Ciencias del Clima Se representan las velocidades y direcciones de la corriente asociadas a su probabilidad de ocurrencia. Las rosas pueden ser tanto para la serie total como para cada una de las estaciones. Estas figuras incluyen un cabecera con, entre otras cosas: tanto por ciento de valores útiles durante el periodo considerado, intensidad y dirección resultante media, velocidad media (media de los módulos de la velocidad) y velocidad máxima.

61 Consiste en histogramas o rosas de la intensidad y de la dirección de la corriente. Junto con una tabla donde se recoge la estadística de las corrientes sub-inerciales en términos de velocidad de corriente y direcciones. 61 Master en Ciencias del Clima

62 62 Master en Ciencias del Clima

63 El estudio y representación de los datos de viento tiene muchos puntos en común con el de corrientes. Se ha desarrollado una estadística similar a la de las corrientes para los datos de viento. Se incluyen gráficos mensuales de los vientos: a) Módulo y dirección. b) Componentes. c) Tabla mensual de intensidades y direcciones de corriente. d) Representación vectorial. e) Vectores progresivos. f) Representación con Rosas de corriente. g) Histogramas de la intensidad y las direcciones de corriente. h) Tabla de encuentro entre direcciones e intensidades de corriente. i) Espectro de Energía El criterio de ángulos empleado es idéntico al de las corrientes (0 corresponde a un viento hacia el norte y los ángulos se incrementan en el sentido de las agujas del reloj). Además se ha analizado otras variables como: 1. La presión atmosférica mensual 63 Master en Ciencias del Clima

64 64 Master en Ciencias del Clima

65 65 Master en Ciencias del Clima

66 66 Master en Ciencias del Clima Aportan información sobre la intensidad y dirección del viento resultante, sobre la velocidad máxima registrada y sobre la media y desviación típica del módulo de la velocidad. Evolución mensual de la velocidad del viento (m/s). La velocidad resultante es la calculada como suma vectorial de todas las medidas. σ es la desviación típica del módulo de la velocidad. Las direcciones son de avance no procedencia.

67 67 Master en Ciencias del Clima

68 68 Master en Ciencias del Clima

69 69 Master en Ciencias del Clima Se representan las velocidades y direcciones del viento asociadas a su probabilidad de ocurrencia. Las rosas pueden ser tanto para la serie total como para cada una de las estaciones. Estas figuras incluyen un cabecera con, entre otras cosas: tanto por ciento de valores útiles durante el periodo considerado, intensidad y dirección resultante media, velocidad media (media de los módulos de la velocidad) y velocidad máxima.

70 70 Master en Ciencias del Clima

71 71 Master en Ciencias del Clima

72 Al igual que en el de las corrientes, se han marcado las frecuencias de marea, aunque no es esperable encontrar una contribución especial de energía en estas bandas (con excepción del K1, cuyo periodo es prácticamente idéntico al del régimen de brisas). 72 Master en Ciencias del Clima Componente uComponente v

73 73 Master en Ciencias del Clima

74 El estudio de los datos de salinidad y de las temperaturas del aire y del agua se representan, tanto para el periodo completo como por meses. Se incluyen gráficos mensuales de temperaturas y salinidades: a) Representación mensual de series originales. b) Diagramas TS.. La temperatura se ha corregido adiabáticamente a fín de colocar todos los sensores en una misma referencia (0 dbar). 74 Master en Ciencias del Clima

75 75 Master en Ciencias del Clima

76 76 Master en Ciencias del Clima

77 77 Master en Ciencias del Clima Página web de Puertos del Estado: Http://www.puertos.es/es/oceanografia_y_meteorologia [1] Alonso, J., García, M. J. y Díaz del Río (1993) Medidas de corrientes en un punto de la plataforma Gallega. Efecto de la marea y el viento a distintas profundidades. Bol Inst Esp Oceanogr 9(2). pp 323-342 [2] Foreman, M.G.G., 1977. Manual of tidal heights analysis and prediction. Pacific Marinesciences Report 77-10. Institute of Ocean Sciences. Victoria, British Columbia [3] Fraguela, B., Bruno, M., Alonso, J., Mañanes, R., Tejedor, L. (1997) Análisis de las oscilaciones del nivel medio en el puerto de Cádiz. Thalassas, 13, 99-111 pp [4] Godin (1991) Tidal analysis and prediction techniques. Tydal hydrodynamics. pp 675-711. Jhon Willey & Sons, [5] Pugh. D. T. (1987). Tides, surges and mean sea level. Willey.

78 78 Master en Ciencias del Clima 1. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la base histórica de oleaje para un punto cualquiera de la costa gallega para una fecha en concreto. 2. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la base histórica de nivel del mar para un punto cualquiera de la costa gallega para una fecha en concreto. 3. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la base histórica de datos de viento para un punto cualquiera de la costa gallega para una fecha en concreto.

79 La previsión de olas, mareas y del nivel del mar en la costa española, está basada en el viento y en los parámetros de presión proporcionados por la Agencia Española de METeorología (AEMET) y la medición conectada a una red datos. 4.1 Predicción del oleaje de escala oceánica 4.2 Predicción del oleaje en las Autoridades Portuarias 4.3 Predicción del nivel del mar 4.4 Predicción de la marea astronómica 79 Master en Ciencias del Clima

80 80 Master en Ciencias del Clima WAM El modelo WAM de generación de oleaje en su versión 4 (Günther et al., 1991), integra la ecuación básica de transporte. Esta ecuación describe la evolución de un espectro bidimensional de energía de oleaje con respecto a la frecuencia y dirección sin hacer ninguna presunción inicial sobre la forma del espectro. Donde E es el espectro de densidad de energía. El término de la izquierda representa la evolución de E en el tiempo, la propagación en el espacio geográfico (x e y) y con la profundidad (  ) y las corrientes inducidas por refracción (  ). C x, C y, C  y C  son las velocidades de propagación en x, y,  y , respectivamente. El término de la derecha es un término fuente (S), en términos de densidad de energía, que representa los efectos de la generación, disipación e interacciones ola- ola no lineales.

81 81 Master en Ciencias del Clima WAM Este modelo fue desarrollado por un amplio grupo de investigadores (grupo WAMDI), siguiendo las recomendaciones derivadas del proyecto 'Sea Wave Modeling Project' (grupo SWAMP, 1985). Uno de los objetivos del grupo fue poner en servicio rutinario una aplicación global del modelo en el Centro Europeo de Predicción a Medio Plazo (ECMWF), lo que se consiguió en 1992 (Günther et al., 1992). Desde 1986, Puertos del Estado, ha pertenecido al grupo y ha participado en diferentes aspectos del trabajo (Carretero & Gúnther, 1992). Utilizando este esquema de anidamiento en dos sentidos, se ha desarrollado una aplicación para la costa española. La versión del modelo utilizada para el Atlántico es de aguas profundas, y por lo tanto no se tiene en cuenta ningún fenómeno producido por el fondo marino. Para el Mediterráneo se utiliza la versión de aguas someras y por lo tanto se tiene en cuenta la atenuación y refracción causadas por el fondo marino en los puntos de malla que pueden considerarse como aguas someras. Anidadas al Atlántico y al Mediterráneo se han desarrollado aplicaciones específicas para el Cantábrico, el Golfo de Cádiz y las Islas Canarias.

82 82 Master en Ciencias del Clima WAM La información producida por el modelo para cada punto de malla es el espectro direccional de energía de oleaje, de donde se puede extraer gran cantidad de información: Hs, Tp, Tm, dirección media, componentes de mar de viento, de mar de fondo... Anidamiento en dos sentidos (Gómez Lahoz, Carretero Albiach, 1997) implica la integración de la ecuación de evolución del espectro en el mismo paso de tiempo para todos los puntos, y al poder definir el espaciamiento dependiendo de la situación del punto en la malla, en la práctica funciona como un esquema de espaciamiento variable. La resolución aumenta a través de sucesivos rectángulos de espaciamiento regular en un área, o en varias si se desea. En los límites de estos rectángulos, la malla no es continua, y algunos puntos obtienen energía por interpolación y otros por advección.

83 83 Master en Ciencias del Clima Mallas del modelo WAM

84 84 Master en Ciencias del Clima WAVEWATCH Es un modelo de generación de oleaje, especialmente elaborado para aguas someras e interacción con corrientes, desarrollado por Hendrik L. Tolman del Environmental Modeling Center, NOAA-NCEP. Describe la evolución del espectro de densidad de acción de oleaje integrando la ecuación básica de transporte de energía. El término fuente de esta ecuación está compuesto por un término de entrada de energía del viento, un término de disipación y un término de transferencia no lineal de energía entre las diferentes componentes del espectro. En Puertos del Estado se ha desarrollado una aplicación del WAVEWATCH en el Estrecho de Gibraltar, preparada para recibir condiciones de contorno de la aplicaciones del Atlántico y del Mediterráneo del modelo WAM. Esta aplicación se procesa dos veces al día dentro de la predicción operativa de oleaje utilizando la versión 3 del WAVEWATCH.

85 85 Master en Ciencias del Clima SAPO Está compuesto por sistemas de predicción de oleaje a 72 horas, de escala local, desarrollados específicamente para los puertos y su entorno más próximo. El sistema está basado en el modelo SWAN y tiene en cuenta las transformaciones sufridas por el oleaje al aproximarse a la costa. En algunos casos se incluye un módulo de predicción de la agitación en el interior del puerto.

86 86 Master en Ciencias del Clima Nivmar Es un sistema de previsión a corto plazo (48 horas) del nivel del mar con un conjunto de aplicaciones desarrolladas para proporcionar una previsión de los niveles del mar en la costa española a partir de campos de viento y presión suministrados por la AEMET. A diferencia de las tablas de marea tradicionales, la previsión generada por Nivmar tiene en cuenta las variaciones producidas por la meteorología, que pueden ser superiores a la propia marea en algunos puertos. Entre sus aplicaciones están la planificación de actividades portuarias, la realización de dragados, la botadura de buques o las actividades de recreo. Un segundo objetivo es el estudio de la dinámica marina. Los resultados del sistema se emplean en diversos programas de investigación que estudian temas como la dispersión de contaminantes y el tratamiento de datos de altímetro provenientes de satélite.

87 87 Master en Ciencias del Clima Nivmar Basa su funcionamiento en la previsión armónica del nivel del mar y en el uso de los modelos numéricos HAMSOM (circulación oceánica, Puertos del Estado) y HIRLAM (circulación atmosférica, AEMET). También emplea datos de los mareógrafos de la REDMAR, los cuales son imprescindibles para calcular una previsión de marea con todos los armónicos y para igualar el nivel medio de las series simuladas y medidas, corrigiendo de esta forma desviaciones sistemáticas que no pueden ser resueltas por el modelo de circulación.

88 88 Master en Ciencias del Clima Nivmar El sistema se pone en marcha, aplicando el modelo HAMSOM en el aérea de la figura y dando como resultados el nivel del mar y los transportes en todo el dominio de simulación. El sistema es ejecutado dos veces al día en los ciclos denominados 00 H y 12 H. El modelo necesita una serie de datos (condiciones iniciales procedentes de simulaciones anteriores, datos del modelo meteorológico y medidas del nivel del mar) que son procesados en una fase inicial. La ejecución del modelo cubre un periodo que va desde 12 horas antes del momento considerado inicial (las 00 horas en el ciclo 00 H y las 12 en el 12 H) hasta 48 horas después.

89 89 Master en Ciencias del Clima Predicción de marea astronómica para cualquier fecha seleccionable por el usuario, obtenida a partir de los datos históricos de la red de mareógrafos REDMAR y en otras localidades a partir de los datos procedentes de un modelo numérico, por lo que son menos precisas.

90 90 Master en Ciencias del Clima Página web de Puertos del Estado: Http://www.puertos.es/es/oceanografia_y_meteorologia [1] Carretero J.C. and Günther H., 1992, "Wave Forecast performed with the WAM model at the ECMWF. Statistical analysis of a One Month Period (November 1988)", Direccion General de Puertos, Programa de Clima Marítimo MOPT. No. 49, Spain. [2] Gómez Lahoz, M. and Carretero Albiach, J.C., 1997, A two way nesting procedure for the WAM model: Application to the Spanish coast. Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, 119, pp. 20–24. [3] Gómez Lahoz, M. and J. C. Carretero Albiach, 2005, Wave forecasting at the Spanish coasts. Journal of Atmospheric and Ocean Science, 10 (4), 389- 405 [4] Günther H., Hasselman S., Janssen P.A.E.M., 1991, "Wamodel Cycle 4", Technical Report No.4, Deutsches KlimaRechenZentrum, Germany. [5] Günther, H., P. Lionello, P.A.E.M. Janssen, L. Bertotti, C. Brüning, J.C. Carretero, L. Cavaleri, A. Guillaume, B. Hansen, S. Hasselman, K. Hasselman, M. de las Heras, A. Hollingsworth, M. Holt, J.M. Lefevre, R. Portz, 1992, "Implementation of a third generation ocean wave model at the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts.", ECMWF Technical Report No. 68, UK.

91 91 Master en Ciencias del Clima 1. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la salida de viento y oleaje a escala oceánica para un punto cualquiera de la costa gallega. 2. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la salida de mapas de predicción de viento y oleaje a escala oceánica para el cantábrico para una determinada hora. 3. De la página web de Puertos del Estado discute la verificación de la predicción de oleaje para un punto cualquiera de la costa gallega. 4. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la predicción de estados de oleaje para la Autoridad de algún puerto de la costa gallega. 5. De la página web de Puertos del Estado extrae y analiza la previsión del nivel del mar para algún puerto gallego. Discute su verificación. 6. Analiza los mapas de nivel del mar para el Atlántico o el Mediterráneo.