Mareas y Corrientes III Las corrientes Begoa Prez
Mareas y Corrientes: III: Las corrientes Begoña Pérez Puertos del Estado Universidad de La Laguna, 14/11/2013
• • El dato de corriente: Descripción lagrangiana y euleriana de la corriente Medidas in-situ: Tipos de correntímetros Medidas de corriente en Puertos del Estado Medidas de teledetección: Sistemas de radar de alta frecuencia Universidad de La Laguna, 14/11/2013
El dato de corriente • Las medidas de corrientes son las más difíciles de realizar de manera permanente (mayor dificultad en el análisis de los datos). • La mayor parte de los datos de corrientes disponibles corresponden a campañas temporales. • Perfil de corrientes: variación de la corriente con la profundidad • Menor intensidad en el fondo (fricción) • Mayor en la superficie (forzamiento atmósferico) Universidad de La Laguna, 14/11/2013
El dato de corriente • Aplicaciones: • circulación oceánica • corrientes de marea • dispersión de contaminantes, navegación… • Principales causas: • viento (actúa solo en la superficie) • mareas (afecta a toda la columna de agua) • gradientes de presión (barotrópico y baroclínico) • Magnitud: velocidades horizontales uno o dos órdenes de magnitud superiores a las verticales. • Variabilidad muy superior a otras variables (ej: nivel de mar) • Poca coherencia vertical (metros) y horizontal (cientos de metros) Universidad de La Laguna, 14/11/2013
El dato de corriente • El flujo del agua se representa por un vector velocidad módulo y dirección de este vector representan la intensidad (metro/segundo o milla/hora=nudo) y dirección de la corriente (hacia dónde se dirige: grados medidos en el sentido de las agujas del reloj desde el Norte geográfico) • Normalmente se descompone el vector velocidad en sus coordenadas cartesianas u y v (positivo hacia el Norte y hacia el Este, respectivamente): Norte θ v q u Este Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Descripción lagrangiana y euleriana • Dos maneras de describir el flujo: - método euleriano: se mide la intensidad y dirección de la corriente en un punto fijo (redes permanentes) Aplicación en ingeniería, salidas de modelos de circulación, … - método lagrangiano: se sigue el movimiento de una partícula de agua al ser transportada por la corriente de un lugar a otro Adecuado para conocer los patrones de circulación oceánica, validación de modelos de transporte y oil spill, … Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Tipos de correntímetros • Flotadores: proporcionan información del flujo • Euleriano: si está anclado, • Lagrangiano si se dejan derivar libremente y se registra su posición • Trazadores químicos: sustancias (normalmente tintas) que se vierten en un punto con el fin de estudiar su evolución con el flujo y la variación de su concentración. Válidas para estudios locales • Correntímetros de rotor: miden la intensidad de la corriente calculando el ritmo de rotación de una hélice suspendida en el fluido Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Tipos de correntímetros • Correntímetros acústicos: miden diferencias en los tiempos que tarda un pulso acústico entre dos transductores, en ambas direcciones. La diferencia se achaca a la existencia de una componente de la corriente en la dirección que los une. • Perfiladores Doppler de corrientes: correntímetros acústicos que hacen uso del efecto Doppler • Radar HF (alta frecuencia): medida de corrientes superficiales en un área (teledetección desde costa) Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de flotador • Las primeras medidas de corrientes se realizaban dejando derivar un flotador en superficie (flujo lagrangiano) u observando su movimiento unido a un barco anclado (flujo en el punto en que se encontraba el barco) • Principal desventaja: están muy afectados por el viento, para lo cual existen distintos diseños de pesos situados hasta 20 ó 30 m de profundidad, para minimizar este efecto Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de flotador • Flotadores de flotabilidad neutra Swallow y Stommel (años 50): Diseñados para flotar a una profundidad determinada: tubo de aluminio, de unos 6 m de largo, con una batería y un transmisor acústico, y una cantidad determinada de lastre, fijado de antemano en función de la profundidad a que se quiere colocar. Muy utilizados para estudiar circulación oceánica y corrientes subsuperficiales, especialmente en al Atlántico Norte, dejándolos derivar para obtener el flujo lagrangiano. Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de flotador • Años 70: seguidos inicialmente desde barcos gracias a transmisores acústicos (hasta 50 km: experimento MODE). Poco después flotadores Swallow con transmisión en baja frecuencia (200 Hz). En la capa del sonido (entre 1000 y 2000 m de profundidad): flotadores Sofar (Sound Fixing And Raging). Su posición podía ser seguida desde estaciones en costa situadas hasta a 1000 km • Años 80: Flotadores de flotabilidad neutra (flotadores RAFOS): fuente de sonido pasa a estar ubicada en un array de puntos de fondeo que transmiten la señal a un receptor acústico en el flotador. Los tiempos de llegada de la señal desde distintos puntos, permiten estimar la posición del flotador en cada momento y su trayectoria a lo largo del experimento. Transmisión de datos por medio del sistema de satélites Argos (cuando el flotador emerge al final de su recorrido). Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de flotador Finales 80: Experimento WOCE (World Ocean Circulation Experiment): Objetivo: cobertura global de flotadores subsuperficiales. Flotador tipo ALACE (Autonomous Lagrangian Circulation Explorer: emerge a la superficie a intervalos regulares (inflando vejiga externa). Emisión de datos (temperatura, presión y posición) por medio de Argos, antes de volver a su profundidad de operación. Posteriormente incluían salinidad (P -ALACE) y se fueron mejorando. Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de flotador Años 90: Red de flotadores ARGO, heredera del proyecto WOCE • Flotadores más avanzados, proporcionan datos de corriente, temperatura y salinidad, por llevar incorporado un CTD • Ajuste de flotabilidad variando la densidad del aparato mediante bombeo de aceite, navegación GPS • Autonomía máxima de 3 años (no se suele alcanzar) • Si se pierden no se pueden recuperar (basura oceánica) Objetivo: cobertura global (3000 ya en 2006) Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de flotador Hito en la observación oceanográfica Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros de rotor • Miden la intensidad de la corriente calculando el ritmo de rotación de una hélice suspendida en el fluido. Adecuados para medir corriente en un punto. • La dirección se mide por medio de un compás magnético interno (respecto al polo Norte magnético). Una gran aleta o aspa mantiene la orientación del sensor con respecto a la corriente. Aanderaa RCM 7 Perfil de corrientes se obtiene colocando una cadena de correntímetros a distintas profundidades Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros acústicos • Miden los tiempos que tarda un haz de rayos acústicos entre dos transductores, en ambas direcciones. Estos tiempos son diferentes si existe una componente de la corriente del agua dirigiéndose de un sensor a otro. v (velocidad de la corriente) transductor d Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros acústicos • Dos pares de transductores con sus ejes de transmisión en ángulo recto permiten obtener el vector de corriente horizontal. Un tercer par permite además calcular corrientes verticales • Deben resolver diferencias de tiempo muy pequeñas • Responden rápidamente a cambios bruscos de la corriente (flujos turbulentos) Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros acústicos • Perfiladores Doppler de Corrientes (ADCP): Correntímetros acústicos que se basan en el efecto Doppler. Cuando una fuente de sonido se mueve con respecto a un receptor, la frecuencia del sonido transmitida es desplazada al llegar al receptor una cantidad que viene dada por: velocidad de la fuente con respecto al receptor velocidad del sonido Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Correntímetros acústicos • Correntímetro Doppler monoestático: Un único transductor como emisor y receptor: emite un pulso de rayos ultrasónicos en un haz y recibe los rayos reflejados en el agua, que llegan con una frecuencia desplazada función de la velocidad del agua en la dirección del haz. El perfil de corrientes se obtiene en este caso midiendo la señal de llegada en distintos instantes de tiempo desde el instante de emisión Para obtener velocidades en coordenadas cartesianas estándar: tres transductores que generan 3 haces con diferente inclinación Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de corrientes en Puertos del Estado Red exterior (aguas profundas): 13 boyas Seawatch y 3 boyas Wavescan entre 200 y 800 m transmisión de datos vía satélite en tiempo real Las boyas Seawatch miden corriente superficial Medidas de corrientes desde el año 1998 Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de corrientes en Puertos del Estado Boya Seawatch: Correntímetro acústico UCM 60 Profundidad: 3 m Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de corrientes en Puertos del Estado 3 cadenas de correntímetros (Peñas, Silleiro, Alborán) • de rotor modelo RCM-7 • distintas profundidades entre 100 y 600 m (superficial a unos 50 m) • no transmiten en tiempo real, datos históricos, red actualmente parada Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección http: //coastwatch. noaa. gov/cw_index. html Winds (waves) Ocean Colour (clorophile) SST SLA (Sea Level Anomaly) ¿Dónde están las corrientes? Misión SMOS (ESA) genera ya datos de salinidad superficial http: //www. esa. int/esa. LP/ESAMBA 2 VMOC_LPsmos_0. html Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección http: //www. oscar. noaa. gov/ Medidas indirectas a partir de altimetría espacial (sla) Near-realtime ocean surface currents derived from satellite altimeter (sla) and scatterometer data Disclaimer: The surface current information is for evaluation only, and not to be used for navigation. The accuracy is not precisely known. We welcome your evaluations, opinions and suggestions. Please send comments or questions to webmaster. oscar@noaa. gov Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) El radar de alta frecuencia (HF): • • La tecnología radar HF (alta frecuencia de 3 a 30 Mhz) permite proporcionar observaciones en tiempo real de corrientes superficiales a distancia (a partir de estaciones instaladas en costa) Distancia máxima en torno a las 100 millas náuticas Baja potencia de emisividad (<50 W) bajo impacto ambiental Existen diferentes tecnologías (WERA, COARDS, etc. . . ) Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) Radar VERA: receptor • • • Primera experiencia con Radar HF en España (Pd. E, 1998). Estación radar HF WERA en el Norte de España (Gijón, proyecto Euro. ROSE) Se requieren 2 ubicaciones con antena emisora y antena receptora respectivamente transmisor Gijón, Spain Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) Radar CODAR: u Cada estación remota radar HF CODAR está compuesta por dos antenas muy pequeñas y compactas en una única ubicación Remote Station 2 Remote Station 1 Central Station Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) Primera Experiencia con Radar HF CODAR en España (año 2005) Experimento en la costa gallega: Puertos del Estado, AA. PP. de La Coruña y Vigo, y Qualitas Instruments Se instalaron dos estaciones radar HF Sea. Sonde de CODAR en los faros de Finisterre y Silleiro. Periodo de Funcionamiento: 6 meses Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) Datos de corrientes Puertos del Estado. Radar HF Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) Datos de corrientes Puertos del Estado. Radar HF Universidad de La Laguna, 14/11/2013
Medidas de Teledetección (en costa) Datos de corrientes Puertos del Estado. Radar HF Valores horarios de velocidad y dirección en cada punto de malla del radar HF Universidad de La Laguna, 14/11/2013
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