CLASES TEÓRICAS DE LA ASIGNATURA MAREAS (para uso de los alumnos de la Carrera de Licenciatura en Oceanografía)

Transcripción

1 CLASES TEÓRICAS DE LA ASIGNATURA MAREAS (para uso de los alumnos de la Carrera de Licenciatura en Oceanografía) Ing. Enrique E. D'Onofrio Lic. Mónica E. Fiore Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos Facultad de Ciencias Exactas y Naturales UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Marzo de 2003

2 Introducción El objetivo de este trabajo es brindar a los alumnos el desarrollo de los principales temas teóricos de la asignatura Mareas de la Licenciatura en Oceanografía. La necesidad del mismo se fundamenta en que los temas que componen el programa de la mencionada asignatura se encuentran fragmentados en un gran número de libros y revistas especializadas, que no siempre resultan de fácil acceso para los alumnos. Los materiales reunidos en estos apuntes son el resultado de un trabajo de recopilación, libre interpretación, resumen, y en muchos casos transcripción poco menos que literal, de una variada cantidad de fuentes, en todos los casos mencionadas como bibliografía consultada. Este trabajo pretende servir de guía inicial para una búsqueda de otras fuentes de información, que deberá ser encarada por el interesado, en cada tema específico. Para no postergar la publicación de este trabajo, no fue completada la tarea de revisión, debido a lo cual se hallarán con seguridad errores, para cuya depuración contamos con la tolerancia y colaboración de los lectores. Se agregan en el directorio Publicaciones de este CD algunos trabajos que resultan de interés para la materia. Se permite la reproducción del contenido de este trabajo mencionando su procedencia. No se permite alterar los contenidos sin consultar a los autores. A continuación se presenta un índice donde se vinculan los distintos temas a los archivos que los desarrollan.

3 ARCHIVOS mareas_ce_01.pdf páginas 1 a 10 mareas_ce_02.pdf páginas 11 a 31 mareas_ce_03.pdf páginas 32 a 46 mareas_ce_04.pdf páginas 47 a 59 mareas_ce_05.pdf páginas 60 a 67 mareas_ce_06.pdf páginas 68 TEMAS Nivel del mar - Clasificación de las ondas en el océano. Nivel medio del mar Definición. Su relación con el geoide. Fluctuaciones del nivel medio del mar (diarias, mensuales, anuales y seculares). Sistema mundial de observaciones del nivel del mar. Determinación de la tendencia del nivel del mar. Marea astronómica. Definiciones de pleamar, bajamar y amplitud. Historia del estudio del fenómeno de la marea. Amplitudes de marea en el mundo. Manifestación de la marea en el Mar Argentino, a partir de líneas cotidales y de isoamplitudes. Onda de tormenta. Definición. Factores que influyen en la generación de las ondas de tormenta. Sudestadas en el Río de la Plata y ondas de tormenta en la Costa Atlántica. Principales razones de las mediciones de nivel del mar y marea. Elección de la zona más apropiada para medir marea. Definición de mareómetro. Instalación del mareómetro. Nivelación del mareómetro. Reducción de las lecturas de las distintas reglas al cero de una regla única. Mareógrafos analógicos a flotador. Esquema básico. Registrador analógico Ballauff tipo Standard. Descripción. Procedimiento de operación. Constante de la estación. Lectura de vacío. Detallada descripción de sus partes. Registrador analógico Leupold Stevens A 71. Descripción. Procedimiento de operación. Detallada descripción de sus partes. Cálculo de la cota del eje de referencia en registradores analógicos de marea. Planillas con ejemplos de cálculo. Mareógrafos digitales a flotador. Registrador digital Telemaek. Interrogación remota. Otros sistemas de medición de marea. Registrador digital fondeable Aanderaa. Registradores de marea de nueva generación. Sensores acústicos en estaciones mareográficas fijas. Características técnicas. Formato de grabación de la información. Vinculación altimétrica a puntos fijos en tierra. Medición de marea utilizando satélites altimétricos. Medición absoluta del nivel del mar. Transmisión de datos. Red mareográfica argentina. Sistema de posicionamiento VLBI. División y lectura de un mareograma. Planilla de nivelación geométrica.

4 ARCHIVOS mareas_ce_07.pdf páginas 69 a 83 mareas_ce_08.pdf páginas 84 a 90 mareas_ce_09.pdf páginas 91 a 95 mareas_ce_10.pdf páginas 96 a 108 mareas_ce_11.pdf páginas 109 a 114 mareas_ce_12.pdf páginas 115 a 125 mareas_ce_13.pdf páginas 1 a 17 mareas_ce_14.pdf páginas 1 a 12 TEMAS La fuerza de marea y su variación temporal. Fuerza de atracción gravitacional. Sistema Tierra Luna Sol. Ecuaciones de balance de fuerzas. Fuerza generadora de marea debida a la Luna. Fuerza generadora de marea debida al Sol. Distribución de la fuerza de marea sobre la superficie de la Tierra. Forma teórica que adopta el agua sobre una Tierra completamente cubierta de agua. Fases de la Luna. Marea de sicigia. Marea de cuadratura. Mes anomalístico. Año anomalístico. Perigeo. Perihelio. Afelio. Esfera celeste. Mes trópico. Desigualdad diurna. Ciclos astronómicos que afectan a la marea. Cálculo de la fuerza generadora de marea en un punto cualquiera de la superficie de la Tierra. Componentes vertical y horizontal. Fuerzas debidas a la Luna y al Sol. Comparación de las fuerzas generadoras de marea debidas a los distintos astros. Teoría estática de la marea. Teoría dinámica. Cálculo de la altura de marea vinculando el potencial con la fuerza de marea. Expresión de la fuerza de marea en función de longitudes astronómicas medias (parte correspondiente a F v3 /g) Continuación de Expresión de la fuerza de marea en función de longitudes astronómicas medias (parte correspondiente a F v3 /g). Argumento de equilibrio (V+u). Factor nodal. Ecuaciones de longitudes astronómicas medias necesarias para el cálculo del (V+u) y factor nodal. Las nuevas escalas de tiempo en el cálculo de la marea. Definición de distintos tiempos utilizados en cálculos astronómicas. Tiempo Universal. Tiempo Sidéreo. Día juliano. Tiempo de Efemérides. Tiempo Atómico Internacional. Tiempo Universal Coordinado. Tiempo Dinámico Terrestre. Tiempo Terrestre. Tiempo Dinámico Baricéntrico. Cambios en los argumentos de la marea. Longitudes medias de la luna y el sol Cambios en amplitud y velocidad. Regimen de marea y nivel de reduccion de sondajes. Tipos de marea. Nivel de reducción de sondajes. Reglas básicas para la obtención del nivel de reducción de sondajes. Cómo cambia el Datum de marea en una costa abierta. Cómo cambia el Datum de marea en el estuario de un río. Medición de marea para la determinación del plano de reducción en un área extensa, donde las características de la marea son desconocidas. Método de obtención del plano de reducción de sondajes en un relevamiento, en orden de preferencia. Determinación del plano de reducción por interpolación entre dos planos conocidos. Transferencia del plano de reducción cuando la marea es semidiurna. Transferencia del plano de reducción cuando la marea es diurna. Transferencia del plano de reducción con pocas horas de observaciones. Determinación del nivel de reducción de sondajes en ríos. Corrientes de marea. Medición de la corriente. Predicción de corriente de marea por método armónico y no armónico.

5 CARRERA: LICENCIATURA EN OCEANOGRAFÍA MATERIA: MAREAS FORMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA: Se desarrollarán clases teóricas a cargo del Ing. Enrique E. D Onofrio y clases prácticas a cargo de la Lic. Mónica M. E. Fiore. Para mantener la condición de regular, los alumnos realizarán trabajos prácticos que presentarán personalmente para su aprobación. Además deberán aprobar una evaluación parcial, de carácter teórico práctico el 30 / 06 / 03 a las 18hs en la Facultad de Ingeniería, sede Las Heras. Para rendir este examen deberán tener aprobados, como mínimo, el 80% de los trabajos prácticos realizados. Se prevé un recuperatorio con fecha a determinar. Una vez cumplimentados todos estos requisitos estarán en condiciones de rendir el examen final. CONTENIDOS MÍNIMOS El fenómeno de la marea. Definiciones. Clasificación. Medición de marea. Procesamiento de la información. Fuerzas generadoras de marea. Teoría de la marea. Variación temporal de las fuerzas de la marea lunar, solar, luni-solar. Ciclos luni-solares de largo período. Fluctuaciones del nivel medio del mar. Desarrollo de la teoría estática o de equilibrio. Potencial de marea. Correcciones. Análisis armónico. Implementación. Predicción. Tablas. Descontaminación e inferencia de componentes de marea. Correlación de datos de marea. Marea meteorológica. Seiches. Corriente de marea. Filtrado. Análisis espectral. PROGRAMA DE LA ASIGNATURA 1 - Nivel del mar. Clasificación de las ondas en el océano. Nivel medio del mar Definición. Su relación con el geoide. Fluctuaciones del nivel medio del mar (diarias, mensuales, anuales y seculares). Sistema mundial de observaciones del nivel del mar. Determinación de la tendencia del nivel del mar. Marea astronómica. Definiciones de: pleamar, bajamar, nivel medio, nivel de media marea, amplitud, establecimiento de puerto medio, edad de la marea, flujo, reflujo. Definiciones de: marea observada, marea astronómica, ondas de tormenta y seiches. Amplitudes de marea en el mundo. Manifestación de la marea en el Mar Argentino, a partir de líneas cotidales y de isoamplitudes. Factores que influyen en la generación de las ondas de tormenta. Sudestadas en el Río de la Plata y ondas de tormenta en la Costa Atlántica Argentina. Importancia del conocimiento de la marea. 2 - Medición de la marea. Elección del lugar. Mareómetros. Mareógrafos analógicos a flotador. Mareógrafos digitales a flotador. Interrogación remota. Sensores de presión. Registradores de marea de nueva generación. Ventajas y desventajas de los distintos métodos. Precisiones. Procesamiento de la información obtenida. Referencias altimétricas. Datum de marea. Medición de marea utilizando satélites altimétricos. Medición absoluta del nivel del mar. Transmisión de datos. Red Mareográfica Argentina.

6 3 - Fuerzas generadoras de marea Fuerza de atracción gravitacional. Sistema Tierra - Luna - Sol. Ecuaciones de balance de fuerzas. Fuerza generadora de marea debida a la Luna. Fuerza generadora de marea debida al Sol. Distribución de la fuerza de marea sobre la superficie de la Tierra. Teoría estática o de equilibrio de la marea. Teoría dinámica de la marea. La importancia de estas teorías en la actualidad. Importancia de las fases de la luna. Mareas de sicigias y cuadraturas. Diferencia por desigualdad de fase. Ciclos astronómicos que afectan a la marea. 4 - Desarrollo del potencial generador de marea. Ondas componentes. Potencial de marea. Elementos astronómicos que intervienen en el cálculo de las fuerzas generadoras de marea. Cálculo de las fuerzas de marea lunar y solar en función de longitudes astronómicas medias. Ondas componentes de marea lunar y solar. Ondas componentes de la marea lunisolar. Ondas componentes de aguas someras. 5 - Análisis armónico de marea Correcciones que se deben realizar a las ecuaciones que surgen de la teoría de equilibrio para obtener la altura de la marea real. Concepto de argumento de equilibrio y factor nodal. Cálculo de éstos últimos utilizando una computadora. Análisis armónico de marea por el método de cuadrados mínimos. Su implementación en una computadora. Cambio de la época de la componente según el meridiano de tiempo tomado como origen. Criterio de Rayleigh para discriminar la separación de dos componentes de marea. Descontaminación e inferencia de componentes. Determinación de las componentes a incluir en un análisis armónico. 6 - Régimen de marea y nivel de reducción de sondajes Clasificación de las mareas según Courtier. Plano de reducción de sondajes, normativas de la Organización Hidrográfica Internacional. Determinación del nivel de reducción por métodos estadísticos y armónicos. Cálculo del LAT. Transferencia del plano de reducción. 7 - Predicción de marea Su implementación en una computadora. Cálculo de pleamares y bajamares. Cálculo de Tablas de marea. Determinación de una altura de marea a partir de una pleamar y una bajamar consecutivas. Predicciones de marea para puertos secundarios. 8 - Filtros numéricos y análisis espectral Utilidad del filtrado numérico en mareas. Filtro ideal. Fenómeno de Gibbs. Filtro suma. Filtro diferencia. Diseño de filtros numéricos. Implementación de un filtrado numérico en el dominio del tiempo en una computadora. Aplicaciones del análisis espectral a las series temporales de marea. 9 - Ondas de tormenta Definición de onda de tormenta. Descripción de sus efectos en el litoral Atlántico Argentino. Métodos para determinar las ondas de tormenta a partir de una serie temporal de alturas de marea. Métodos estadísticos para encarar su estudio y pronóstico. Pronóstico de ondas de tormenta en el Río de la Plata. Distribuciones de valores extremos. Período de retorno Corrientes de marea Características de la corriente de marea. Su medición. Correntógrafos. Correntómetros. Flotadores. Esquemas de fondeos de correntógrafos. Corriente residual. Distintos métodos para su eliminación. Procesamiento de los datos de corrientes de marea. Predicción por el método de las 25 horas. Análisis armónico. Predicción armónica. Tablas de corrientes de marea.

7 BIBLIOGRAFÍA BALAY, M. A. (1961). El Río de la Plata entre la Atmósfera y el Mar. Publ.H-601. Servicio de Hidrografía Naval. Armada Argentina. BENDAT J. S. AND PIERSOL A. G. (1976). Measurement and analysis of random data. J. Wiley & Sons. New York. D'ONOFRIO E.E, 1984, Desarrollo de un nuevo sistema de procesamiento de información de marea. Informe Técnico Nº25/84, Departamento Oceanografía, Servicio de Hidrografía Naval. DEFANT, A. (1961). Physical Oceanography (Volume II). Pergamon Press. FRANCO A. S. (1988). Tides Fundamentals, Analysis and Prediction. Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica. São Pablo. Brasil. FU L. L., CHRISTENSEN E.J., YAMARONE Jr C.A., LEFEBVRE M., MENARD Y,DORRER M. and ESCUDIER P., TOPEX / POSEIDON mission overview. J. Geophys. Res., 99(C12), 24, , 381. GODIN, P. (1972). The Analisys of Tides. Liverpool University Press. HAMMING, R. W. (1978). Digital Filters. Prentice Hall International. Londres. KANTHA L. H., Barotropic tides in the global oceans from a nonlinear tidal model assimilating altimetric tides. 1.Model description and results. Journal of Geophysical Research, 100(C12), LANFREDI N. W., POUSA J.L., D'ONOFRIO E. E., 1998, Sea-Level Rise and Related Potential Hazards on the Argentine Coast. Journal of Coastal Research. Vol 14. No. 1 LE PREVOST C., LYARD F., MOLINES J. M., GENCO M. L. AND RABILLOUD F., A hydrodynamic ocean tide model improved by assimilating a satellite altimer derived data set. Journal of Geophysical Research, 103(C3), PUGH, D. T. (1987). Tides, Surges and Mean Sea - Level. John Willey & Sons. U.K. SCHUREMAN, P. (1988). Manual of Harmonic Analysis and Prediction of Tides. U.S. Department of Commerce. Special Publication Nº 98. U.S.A. Servicio de Hidrografía Naval. Tablas de Marea (última edición). Publicación H-610. UNESCO IOC Manual and Guides Nro. 14. UNESCO Manual on Sea Level Measurement and Interpretation Volume II - Emerging Technologies. WARRICK, R.A. (1992). Climate and Sea Level Change: Observations, Proyections and Implications (IOVERVIEW). Warrick, R.A., Barrow, E.M. and Wigley, T.M.L. Cambridge University Press.