El Grupo de Oceanografía Física del IMEDEA desarrolla robots autónomos para el estudio del litoral

Transcripción

1 El Grupo de Oceanografía Física del IMEDEA desarrolla robots autónomos para el estudio del litoral Entre los diez proyectos de investigación que lleva a cabo, el grupo trabaja en un sistema de predicción oceánica con asimilación de datos en tiempo real que permita la toma fundamentada de decisiones en caso de vertido de productos al mar o para el seguimiento de objetos a la deriva PALABRAS CLAVE: oceanografía operacional, predicción de corrientes marinas, predicción de trayectorias de vertidos y/o náufragos, modelización numérica, variabilidad de playas, calidad de aguas, mareas rojas, innovación en servicios, nuevas tecnologías marinas, submarinos autónomos, planeadores submarinos KEYWORDS: operational oceanography, prediction of coastal and open ocean currents, beaches variability, water quality, algal blooms, innovation in services, new marine technologies, AUV's, glidders Introducción El trabajo en equipo por parte de investigadores de diversas especialidades y la búsqueda de un equilibrio entre sociedad, economía y medio ambiente a la hora de solucionar los problemas relacionados con la gestión del litoral y del mar en general son los rasgos característicos de la labor llevada a cabo por el Grupo de Oceanografía Física (GOF) que dirige el doctor Joaquim Tintoré, también director del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la UIB. El GOF, formado por dos decenas de investigadores y técnicos, y desarrollando proyectos de investigación desde los años 80, promovió en 1999 la creación del Grupo de Oceanografía Interdisciplinaria (GOI) en el seno del IMEDEA (y del que es hoy una parte importante), como una respuesta a la necesidad de integrar las distintas disciplinas que concurren en el estudio del océano, con el objetivo de abordar los problemas y los retos de la oceanografía actual.

2 El proyecto CORMORÁN tiene como objetivo desarrollar un vehículo autónomo que tenga todas las ventajas de los vehículos superficiales pero que al mismo tiempo sea capaz de realizar perfiles de la columna de agua mediante inmersiones puntuales. De una forma muy sucinta, los proyectos de investigación que lleva a cabo el GOF dentro de este grupo interdisciplinar, el GOI, se pueden englobar en alguno de los siguientes ámbitos de interés: 1) Medio ambiente costero y sostenibilidad: erosión de playas, calidad de las aguas, innovación en el turismo, variabilidad climática. 2) Oceanografía operacional: predicción de trayectorias de vertidos de sustancias al mar. Modelos globales, regionales y locales de circulación. Predicciones de campos oceánicos. Monitorización del nivel del mar. 3) Nuevas tecnologías marinas: vehículos submarinos autónomos, planeadores submarinos, gliders, acústica submarina. De lo más local a lo más global Después de décadas de una explotación poco respetuosa del litoral balear, en los últimos años los criterios de sostenibilidad han ido calando en muchos y distintos sectores sociales. Así lo confirma el doctor Tintoré quien afirma que "en estos momentos, desde muchas instituciones, corporaciones y empresas se llega a la conclusión de la necesidad de preservar el medio ambiente a partir de un conocimiento sólido de los procesos que intervienen en él. Este aspecto es indispensable: debemos poder argumentar y predecir fenómenos en base a un conocimiento previo, científicamente fundamentado". Ahora bien, este conocimiento previo del "estado de salud" de la costa no existía en Baleares. Es por ello que la labor que lleva a cabo el GOF puede ser comparada a la de un equipo médico volcado en el diagnóstico de un recurso limitado como es el litoral. Sin embargo, el carácter fluido del océano implica que los movimientos del agua determinen el transporte y distribución de todas las propiedades que contiene o soporta. Comprender la dinámica de una propiedad cualquiera en el océano y en sus ecosistemas supone, pues, integrar un buen número de disciplinas: la investigación física, química y geoquímica, biológica, etc. Además, el océano se halla en contacto con la tierra y con la atmósfera. Habrá, por tanto, que tener en cuenta las interacciones entre ellos a la hora de abordar su estudio. Dicho de otro modo, predecir el futuro de una cala mallorquina, por ejemplo, es imposible sin conocer previamente toda una serie de parámetros: el hidrodinamismo del área, los ecosistemas biológicos, los efectos de la actividad humana pero, además, es imposible sin integrar esa área de estudio en el funcionamiento general del Mediterráneo occidental, sin saber el régimen de corrientes, los intercambios con la atmósfera, etc. Caso a caso, sin generalizaciones La labor de diagnosticar el "estado de salud" de la costa implica rechazar las generalizaciones. "Es imposible - afirma el doctor Tintoré -, tomar decisiones sobre una playa o una cala sin disponer de series significativas de datos, es decir, correspondientes a

3 intervalos relativamente amplios de tiempo. En definitiva, se trata de confeccionar un historial para cada enfermo, para cada playa o cala en este caso". Sin la información previa sobre el funcionamiento de cada fragmento de costa, resulta aventurado e inexacto predecir su futuro y decidir emprender cualquier acción: una pérdida de arena, por ejemplo, no tiene porque significar un proceso erosivo irreversible. Si se desconoce, por ejemplo, que puede responder a un fenómeno cíclico, puede conducir a conclusiones erróneas. Para el doctor Tintoré, "lo importante es disponer, por tanto, de redes de muestreo y de series temporales suficientemente exhaustivas para poder analizar los fenómenos y extraer conclusiones. La investigación marina - afirma Joaquim Tintoré - ha avanzado en estos últimos quince años de manera significativa como para poder plantear una gestión del litoral que se apoye en el conocimiento científico". Un precedente en el Estado español De la misma manera, aunque el GOF prioriza su investigación en el ámbito balear, sus esfuerzos no pueden limitarse a él ya que, como hemos dicho, la realidad de la costa balear se halla imbricada en una escala creciente debido a los procesos globales: desde el régimen de corrientes en el Mediterráneo, hasta fenómenos de más largo alcance como puede ser el calentamiento global del planeta. El GOI es actualmente el único grupo de investigación interdisciplinar en oceanografía existente en España capaz de afrontar la resolución de problemas asociados con el medio ambiente desde esta perspectiva y con capacidad de evaluación y predicción. Ahora bien, en una primera fase, tal como decíamos antes, el grupo ha tenido que actuar como lo haría un "equipo médico". Continuando con el símil sanitario puede decirse que los investigadores del grupo someten el litoral balear a un intenso proceso de análisis, utilizando para ello diversas metodologías. Sin un conocimiento exhaustivo de la costa, sería del todo imposible predecir su futuro. El GOI está integrado por una plantilla de 36 investigadores y constituye uno de los principales grupos de oceanografía interdisciplinar. Lo pone de manifiesto algunos de los siguientes parámetros: el GOI presenta una tasa de 53 publicaciones anuales (datos del bienio ) o dicho de otro modo, la autoría del 20 por ciento de todos los trabajos que sobre ciencias del mar se publican en España es del GOI. Para conseguir ese conocimiento exhaustivo el grupo lleva a cabo actualmente 39 proyectos de investigación, de los que ocho han obtenido financiación de la Unión Europea. Entre estos destacaremos tres pertenecientes al Grupo de Oceanografía Física: el ESEOO, el CORMORAN y el STRATEGY. Cada uno de estos tres proyectos actualmente vigentes nos puede servir para ejemplificar las distintas vertientes de la labor interdisciplinar que lleva a cabo el GOF, en el marco del GOI. El proyecto ESEOO La crisis provocada por el siniestro del petrolero Prestige puso de manifiesto la necesidad de contar con un servicio operativo de predicción de corrientes y de la evolución de los vertidos. Durante la crisis quedó probado que en España existen grupos con suficiente Los modelos numéricos que desarrolla el proyecto ESEOO permitirán realizar predicciones sobre todo tipo de variables físicas, tanto meteorológicas como oceanográficas (viento, corrientes, temperatura, oleaje, nivel del mar ).

4 En las imágenes aparecen varios prototipos de vehículo autónomo desarrollados por el Grupo de Oceanografía Física. en el análisis de los datos oceanográficos, tanto históricos como adquiridos en la actualidad. Estos modelos numéricos permitirán realizar predicciones sobre todo tipo de variables físicas, tanto meteorológicas como oceanográficas (viento, corrientes, temperatura, oleaje, nivel del mar ). Al mismo tiempo, permitirán predicciones en cuanto a la trayectoria y el comportamiento de vertidos y objetos a la deriva. Todo ello, al fin y al cabo, mejorará la eficiencia en la toma de decisiones y en el momento de movilizar recursos. El GOI es uno de los 24 grupos de investigación dependientes de otras tantas entidades y/o instituciones españolas que participan en este proyecto, entre ellas varios institutos dependientes del CSIC, el Instituto Español de Oceanografía, o las universidades de Granada, Vigo, A Coruña, Santiago de Compostela, Politécnica de Cataluña, Málaga, Cantabria, las Palmas de Gran Canaria y Cádiz.. madurez científica para llevar a cabo esa tarea. Y uno de ellos es precisamente el GOI. El proyecto ESEOO es un programa de tres años de duración que pretende promover la oceanografía operacional en el ámbito nacional y, más concretamente, los servicios capaces de proporcionar respuestas a situaciones de emergencia en el mar, como por ejemplo vertidos o el seguimiento de objetos a la deriva. Como consecuencia del proyecto se desarrollarán una serie de servicios basados en el modelado numérico y La contribución de los investigadores del GOI se centra en el subproyecto OPSDAS (Sistema de predicción oceánica con asimilación de datos en tiempo real). El objetivo principal del subproyecto es contribuir a la creación de un sistema de predicción operacional basado en el modelado numérico. Este objetivo se divide en: a) Implementar un esquema de asimilación de datos en diversos modelos de circulación. b) Validar el sistema predictivo creado para la inclusión del esquema de asimilación, determinando su horizonte de predicción. c) Determinar las ventajas en términos de predicibilidad de la inicialización de modelos con

5 datos reales frente a la técnica tradicional de inicialización a partir de la climatología, así como de la asimilación de datos por satélite. d) Elaborar los sistemas informáticos de apoyo para una fácil implementación de un modelo de predicción, del DIECAST, en cualquier punto de la costa mediterránea. e) Finalmente, la realización de un ejercicio práctico operacional. Este sistema no sólo llenará el vacío que se puso de manifiesto durante la crisis del petrolero Prestige, sino que también se convertirá en un instrumento al alcance de todos aquellos usuarios que precisan habitualmente de información sobre las condiciones del mar: desde actividades como la pesca, al turismo o el deporte, pasando por la propia investigación. El interés por este proyecto, por parte de la administración pública autonómica, en concreto por la Dirección General de Emergencias de la Conselleria de Interior del Govern de les Illes Balears, se ha concretado en convenios específicos de colaboración que permitirán avanzar en casos concretos en las Islas Baleares. estudio del litoral. Como hemos dicho anteriormente, el medio ambiente marino es un sistema extremadamente complejo que se caracteriza por las fuertes interrelaciones entre sus procesos físicos y químicos y su población biológica; interrelaciones que, además, se concentran en escalas espaciales y temporales relativamente pequeñas. Dicho de otro modo, en la costa todo pasa muy rápido si se compara con la velocidad de los procesos en mar abierto. El estudio de los ecosistemas costeros implica, por tanto, poder medir simultáneamente parámetros físicos, químicos y biológicos con una alta resolución espacial y temporal. Para conseguirlo se desarrollan plataformas de observación llamadas gliders que tanto incluyen vehículos autónomos de superficie como submergidos: Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) y Autonomous Surface Vehicles (ASVs). El desarrollo de estos vehículos autónomos está también muy relacionado con la necesidad de reducir los costes que supone fletar una gran embarcación. El GOI, a través del proyecto CORMORAN, desarrolla precisamente un nuevo tipo de plataforma de observación oceánica que pueda combinar las ventajas de los ASVs y las de los AUVs. El proyecto CORMORÁN CORMORÁN es la denominación de un proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología que lleva por título "Desarrollo de una nueva plataforma de observación oceánica móvil y autónoma" y que se centra específicamente en el Los vehículos autónomos de superficie (ASVs) pueden disponer de sistemas de propulsión no sólo eléctricos, que les proporcionan una mayor autonomía que en el caso de los vehículos sumergidos. También tienen ventajas en cuanto a los sistemas de navegación y de comunicación, más simples que en los AUVs. Todo ello implica un considerable ahorro en la construcción Los crecimientos masivos de algas, o proliferaciones masivas, se han incrementado notablemente en las últimas décadas.

6 y la posibilidad de alcanzar mayores velocidades. Ejemplares de Alexandrium vistos al microscopio óptico. El proyecto CORMORÁN tiene como objetivo desarrollar un vehículo autónomo que tenga todas las ventajas de los vehículos superficiales pero que al mismo tiempo sea capaz de realizar perfiles de la columna de agua mediante inmersiones puntuales. El vehículo que desarrolla el GOI podría navegar mediante GPS y la comunicación directa y la transmisión de datos se podría efectuar mediante telefonía móvil, evitándose así los elevados costos de la navegación inercial y de la telemetría acústica propia de los vehículos autónomos submergidos. En contrapartida, el robot podría, mediante una orden transmitida por telefonía móvil, sumergirse en puntos concretos de su trayectoria, previamente establecidos y realizar así medidas a lo largo de toda la columna de agua. De nuevo en la superficie, el robot trasmitiría los datos también por telefonía móvil al laboratorio. Además de estas posibilidades, el robot se diseña de manera que disponga de sistemas anticolisión, comportamientos evasivos en situación de peligro, procedimientos de emergencia, gestión autónoma de la energía disponible todo ello con el objetivo de aumentar su autonomía y disminuir la necesidad de apoyo humano. El GOI ya ha desarrollado varios prototipos para conseguir un vehículo de estas características y ya se han realizado diversas pruebas en puntos del litoral balear. El proyecto STRATEGY El proyecto europeo STRATEGY tiene como principal objetivo proporciona las claves para abordar los principales riesgos que lleva implícita la explotación de la costa para usos turísticos y de manera específica para abordar el crecimiento masivo de algunas especies de algas (Harmful Algal Bloom, HAB) cuya frecuencia de aparición en la costa ha aumentado en los últimos años como consecuencia de la actividad humana. Las proliferaciones masivas de algas se han incrementado efectivamente en las últimas décadas. En los años ochenta eran consideradas como fenómenos raros y en cambio ahora se registra un incremento notable de la tasa de frecuencia en el Mediterráneo con los subsiguientes problemas de salud pública que llevan asociados: reacciones alérgicas, concentración de toxinas en crustáceos filtradores, etc. Y también problemas estéticos, ya que las aguas afectadas se tiñen de un verde amarillento que no invita al baño. El proyecto STRATEGY se concentra en tres especies del género Alexandrium que, de manera recurrente, crecen de manera explosiva provocando problemas sociales, económicos y de salud pública. Los objetivos concretos son: desarrollar una estrategia para la supervisión de las áreas costeras que muestran un mayor riesgo de proliferaciones de algas; determinar el papel del confinamiento de ciertas áreas de la cosa o de la modificación de ésta por la actividad humana en la extensión y diversificación de las proliferaciones masivas de Alexandrium; y establecer una base sólida para la correcta gestión de la costa promoviendo la comunicación entre todos los agentes implicados. Este proyecto ha dado lugar a un convenio de colaboración sobre la calidad de las aguas con la Dirección General del Litoral de la Conselleria de Medi Ambient.

7 Proyectos financiados citados en el reportaje Título: Establecimiento de un Sistema Español de Oceanografía Operacional Acrónimo: ESEOO Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia y Tecnología. Modalidad: Acción Estratégica sobre actuaciones de I+D Inicio: Final: 2007 Investigador responsable: Joaquim Tintoré Subirana Título: Desarrollo de una plataforma de observación oceánica móvil y autónoma. Acrónimo: CORMORÁN. Referencia: REN C Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia y Tecnología. Modalidad: Programa nacional de biodiversidad, ciencias de la tierra y cambio global. Investigador responsable: Alberto Álvarez Díaz Inicio: Final: Título: New strategy of monitoring and management of HABs in the mediterranean sea. Acrónimo: STRATEGY. Referencia: EVK3-CT Entidad financiadora: Unión Europea Modalidad: Energy, environment and sustainable development. Investigador responsable: Joaquim Tintoré Subirana Dirección del Grupo de Oceanografía Física Doctor Joaquím Tintoré Subirana Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA) Centro Mixto CSIC-UIB C/ Miquel Marqués, 21, 07130, Esporles Tel.: Fax: jtintore@uib.es Miembros del Grupo de Oceanografía Física Alberto Alvarez Díaz, investigador científico del CSIC Damià Gomis Bosch, profesor titular de Universidad, UIB Sebastià Montserrat Tomás, profesor titular de Universidad, UIB Sabáticos y otros visitantes Robert Haney, Naval Postg. School, Monterey, CA USA John M. Klinck, professor of Oceanography. Center for Coastal Physical, Oceanography, Old Dominion University (Virginia, USA) Reiner Onken, Institute furr Meereskunde, Univ. Kiel, Germany, profesor sabático, MEC,. Investigadores contratados y becarios postdoctorales Gotzon Basterrechea Oyarzabal, contratado Ramón y Cajal, CSIC Maria del Mar Fleixes Sbert, contratada Juan de la Cierva, UIB Titulados Superiores

8 Benjamín Casas, Técnico Superior, CSIC Guillermo Vizoso Miquel del Solà, Tècnico Superior, CSIC Mª Antònia Fornés Horrach, Titulado Superior I3P-CSIC Daniel Roig Broman, Técnico Superior CSIC Becarios predoctorales y estudiantes de 3er ciclo Vicente Fernández López, ayudante de Universidad, UIB Antoni Jordi Ballester, contrato predoctoral proyecto, CE Marta Marcos Moreno, becaria predoctoral, proyecto europeo Miguel Martinez Ledesma, contratado proyecto CICYT Bartolomé Garau Pujol, becario predoctoral proyecto CICYT Rosario Simonet Ferrer, contratada proyecto COTEC Inmaculada Ferrer Sanz, becaria predoctoral, proyecto CICYT Pau Balaguer Huguet, becario predoctoral Lorena Lidon Martinez Ribes, becario predoctoral Estudiantes colaboradores y en prácticas Tomeu Cañelles Moraguez, licenciado en Ciencies del Mar Webs de interés Página del IMEDEA (CSIC-UIB) Página del Grupo de Oceanografía Física (GOF) Web del proyecto ESEOO Publicaciones 2004 Alvarez, A.; Hernandez-Garcia, E.; Tintoré, J On the topographic rectification of ocean fluctuations. Instabilities and Nonequilibrium Structures VII \& VIII, edited by Orazio Descalzi, Javier Martínez, and Enrique Tirapegui. Pág.: Alvarez, A.; Orfila, A.; Tintoré, J Real-time forecasting at weekly time scales of the SST and SLA of the Ligurian Sea with a satellite based ocean forecasting (SOFT) system. Journal of Geophysical Research, 109: Basterretxea, G. ; Garcés, E. ; Jordi, T. ; Masó, M. ; Tintoré, J Breeze conditions as a favouring mechanism of Alexandrium Taylori blooms at a Mediterranean beach. Estuarine Coastal and Shelf Science (in press). Basterretxea, G. ; Orfila, A. ; Jordi A. ; Casas, B. ; Lynett, P.; Liu, P. L. F.; Duarte, C. M.; Tintoré, J Seasonal Dynamics of a Microtidal Pocket Beach with Posidonia Oceanica Seabeds (Mallorca, Spain). Journal of Coastal Research (in press). Dietrich, D. E.; Haney, R. L.; Fernández, V.; Josey, J.; Tintoré, J Air-Sea fluxes based on observed annual

9 cyucle surface climatology and ocean model internal dynamics: a precise, non-damping zero-phase-lag approach applied to the Mediterranean Sea. Journal of Marine Systems (in press). Fernández, V.; Dietrich, D. E.; Haney, R. L.; Tintoré, J Mesoscale, seasonal and interannual variability in the Mediterranean Sea using a numerical ocean model. Progress in Oceanography (in press). Flexas, M.; Van Heijst, G.; Jordà, G.; Sánchez-arcilla, A Numerical simulation of barotropic jets over a sloping bottom: comparison to a laboratory model of the Northern Current. Journal of Geophysical Research - Oceans (accepted). Flexas, M.; Van Heijst, G.; Trieling, R The behaviour of jet currents over a continental slope topography with a possible application to the Northern Current. Journal of Physical Oceanography (accepted). González-quirós, R.; Pascual, A.; Gomis, D.; Anadón, R Influence of mesoscale physical forcing on trophic pathways and fish larvae retention in the central Cantabrian Sea. Fisheries Oceanography, 13(5): García-lafuente, J.; Álvarez E.; Gomis, D.; Delgado, J Some aspects of the seasonal sea level variations around Spain. Journal of Geophysical Research, 109: C Jacob, M. ; Tintoré, J. ; Simonet, R. ; Aguiló, E Pautas de innovación en el sector turístico balear. Estudios Cotec, Madrid. Vol. 25. Jordi, A. ; Orfila, A. ; Basterretxea, G. ; Tintoré J Coastal trapped waves in the northwestern Mediterranean. Continental Shelf Research (in press). Jordi, T. ; Basterretxea, G. ; Orfila, A. ; Tintoré, J Circulation and shelf-slope exchange associated with a submarine canyon as a response to frontal instability. Progress in Oceanography (in press). Liu, P. L. F.; Orfila, A Viscous effects on transient long-wave propagation. Journal of Fluid Mechanics, 520: Marcos, M. ; Liu, P. L. -f. ; Monserrat, S Nonlinear resonant coupling between two adjacent bays. Journal of Geophysical Research (in press). Orfila, A.; Vizoso G.; Alvarez, A.; Onken, R.; Jordi, A.; Basterretxea, G.; Fernández, V.; Casas, B.; Fornés, A.; Tintoré, J La respuesta científica ante el vertido del buque Prestige: oceanografía operacional en España y la experiencia del IMEDEA. Revista de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 98(1): Orfila, A.; Álvarez, A.; Tintoré, J ENSO and NAO tele-connections in the Ligurian Sea (western Mediterranean). Progress in Oceanography (in press). Pascual, A; Gomis, D.; Haney, R. H.; Ruiz, S A quasi-geostrophic analysis of a meander in the Palamós Canyon: vertical velocity, geopotential tendency and a relocation technique. Journal of Physical Oceanography, 34: Rubio, A; Arnau, P.; Espino, M; Flexas, M; Jordà, G; Salat, J; Puigdefàbregas, J; Sánchez-arcilla, A A field study of the behaviour of an anticyclonic eddy on the Catalan continental shelf (NW Mediterranean). Progress in

10 Oceanography (accepted). Sardà, F; Calafat, A; Flexas, M; Tselepides, A; Canals, M; Espino, M; Tursi, A An introduction to Mediterranean deep-sea biology. Scientia Marina (accepted). Schneider, J.; Fernandez, V.; Hernandez-Garcia, E Leaking method approach to surface transport in the Mediterranean Sea from a numerical ocean model. Journal of Marine Systems (under revision). Vélez-belchí, J.; Tintoré, J.; Vargas, M.; Gascard, J. C Observation of a western alborán gyre migration event. Progress in Oceanography (in press).