universidad de la laguna, 14/11/2013 mareas y corrientes iv: análisis de datos de corrientes

Universidad de La Laguna, 14/11/2013

Mareas y CorrientesIV: Análisis de datos de corrientes


El dato de corriente

Las medidas de corrientes son mucho más difíciles de realizar de manera permanente, y los datos son más difíciles de analizar

La ausencia de datos de corriente en tiempo real implica que los controles de calidad forman parte del proceso de los datos, y se realiza a posteriori


Principales causas: el viento (actúa solo en la superficie), las mareas (en toda la columna de agua) y los gradientes de presión (barotrópico y baroclínico)

Magnitud: las velocidades horizontales son uno o dos órdenes de magnitud superiores a las verticales. Su variabilidad muy superior a la de los niveles del mar. Poca coherencia en vertical (metros) y horizontal (cientos de metros).



El flujo del agua se representa por un vector velocidad cuyo módulo ydirección representan la intensidad (metros/segundo o millas/hora=nudo)y la dirección de la corriente (hacia dónde se dirige: grados medidos en elsentido de las agujas del reloj desde el Norte geográfico).

Normalmente se descompone el vector velocidad en sus coordenadascartesianas u y v (positivo hacia el Norte y hacia el Este respectivamente):

q

uv

Norte

Este

qsenu

qv

cos



La energía en un registro de corrientes se concentra fundamentalmente en las siguientes bandas:

Frecuencias de marea: producidas por las fuerzas generadoras de la marea, coinciden con las frecuencias de los armónicos principales en la zona (semidiurnos y diurnos)

Frecuencia inercial: asociada a la corriente inercial, producida por un pulso de viento que, debido a la rotación de la Tierra, induce un movimiento oscilatorio en la masa de agua cuya frecuencia coincide con la frecuencia de Coriolis:

Frecuencias subinerciales o de largo periodo: inducidas por flujos de tipo geostrófico (gradientes barotrópicos y baroclínicos). Responsables del transporte de agua, con periodos superiores a 24 h.

sin2f



Análisis

El tratamiento o análisis de datos de corrientes consiste en:

Inspección visual de los datos: utilización de diferentes sistemas de representación gráfica que ayudan a interpretar los resultados

Análisis espectral: buscando las principales componentes o señales físicas esperables en un registro de datos

Cálculos estadísticos


Cada una de las tres bandas de frecuencia más energéticas se extrae y representa individualmente

El análisis espectral sirve además de control de calidad: si una serie presenta picos en bandas diferentes a las indicadas, tenemos un indicio de que los datos son incorrectos.

Análisis


Inspección Visual: Tipos de representación gráfica utilizados:

Rosas de corrientes: vectores con mismo origen cuya longitud y dirección está asociada a la probabilidad y dirección respectivamente

Gráficos de evolución temporal de las componentes u y v

Gráficos de evolución temporal del módulo y la dirección

Vectores de corriente: vector medido en cada instante

Vector progresivo: trayectoria que seguiría una partícula virtual sometida a un campo de velocidades constante espacialmente, con los valores en tiempo coincidentes con los medidos. La trayectoria viene determinada por las corrientes subinerciales.

Análisis


Cálculos estadísticos:

Porcentaje de datos correctos. Intensidad y dirección de la corriente media Velocidad media (media de los módulos) y velocidad máxima Histogramas de módulo y dirección Tabla de encuentros entre direcciones y velocidades

Análisis


Corrientes de marea

Análisis de las corrientes de marea:

Muy variables, afectadas y distorsionadas por la presencia cambiante de una columna de agua estratificada, lo que hace difícil su previsión, en comparación con los niveles asociados

Representación gráfica por medio de las elipses de marea, que se obtienen mediante el análisis armónico aplicado a cada una de las componentes u y v de la corriente observada


Corrientes de marea

)(cos

)(cos

nvn

nun

gtV

gtU

nn VU ,

nnnnvnnn

nnnnunnn

uVgtfVVtv

uVgtfUUtu

))(cos()(

))(cos()(

0

0

Análisis armónico: ajuste por mínimos cuadrados de:

componentes de la corriente media

Cada armónico se puede representar por cuatro parámetros, dos amplitudes y dos fases, que definen una elipse de marea: generada por el extremo del vector corriente asociado durante un ciclo completo, de componentes:


Corrientes de marea

2

12222 )(cos)(cos

)cos(

)cos(arctan

nvnnun

nun

nvn

gtVgtUq

gtU

gtV

Elipse de Marea: una para cada armónico de marea

nunv

gg0

2nunv

gg

.....2,,0 nunv

gg

El agua rota en sentido contrario a las agujas del reloj

El agua rota en el sentido de las agujas del reloj

Flujo rectilíneo

Armónicos de frecuencia parecida tienen elipses de forma y orientación similar


Credo de “smoothness”: La amplificación que la batimetría introduce en la amplitud de la marea de equilibrio (teórica) es función de la frecuencia y, en consecuencia, similar para armónicos de la misma especie. Esto es aplicable tanto a niveles del mar como a corrientes.

Parámetro CC (fiabilidad del cálculo del semieje mayor de la elipse), utilizando como referencia los datos de un mareógrafo cercano, según la expresión:

Corrientes de marea

“A” amplitudes en cm de armónicos en el mareógrafo, y “C” longitudes en cm/s de los semiejes mayores de las elipses. CC ha de ser cercano a 1 para que el armónico sea fiable.

)2(

)2(/

)2(

)2(

XC

MC

XA

MACC

)2(

)1(/

)2(

)1(

XC

KC

XA

KACC


Corrientes de marea

CC = 1 para los armónicos que aparecen claros en el espectro

Cuanto más pequeño es CC, mayor variabilidad tiene la elipse de marea correspondiente, y por tanto, mayor importancia tienen las mareas baroclínicas (efecto de la estratificación) en ese punto

Corrientes residuales:

Son las que resultan de restar las corrientes de marea claramente definidas a las corrientes brutas medidas


Cálculo de la corriente inercial:

Se utiliza un filtro en el dominio de las frecuencias que aísla las corrientes en una banda de frecuencia cercana a la inercial en ese punto (con una anchura de 3 horas y centrado en f, o frecuencia de Coriolis)

Corriente inercial


Cálculo de las corrientes subinerciales:

Se utiliza un filtro de medias móviles con frecuencia de corte de unas 30 horas, que elimina las corrientes de menor periodo, del tipo A24A24A25.

Las corrientes subinerciales representan el comportamiento de la circulación oceánica a largo plazo, por lo que se representa gráficamente la evolución de las mismas a lo largo de varios meses

Corrientes subinerciales


Gráficos y resultados

universidad de la laguna, 14/11/2013 mareas y corrientes iv: análisis de datos de corrientes

Documents