CONTROL HIDRÁULICO Y EFECTO DEL VIENTO SOBRE EL FLUJO EN LA CONSTRICCIÓN DE MENINEA*

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1 Cienc. Tecnol. Mar, Control 3 (1): hidráulico 73-87, 7y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 73 CONTROL HIDRÁULICO Y EFECTO DEL VIENTO SOBRE EL FLUJO EN LA CONSTRICCIÓN DE MENINEA* HYDRAULIC CONTROL AND WIND EFFECTS ON FLOW IN THE MENINEA CONSTRICTION SERGIO SALINAS 1 MANUEL CASTILLO JUAN FIERRO 3 JAIME LETELIER 1 1 Escuela de Ciencias del Mar, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Estación Costera de Investigaciones Marinas, Pontificia Universidad Católica de Chile. 3 Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile. Recepción: 3 de mayo de 4 - Versión corregida aceptada: 3 de enero de 7. RESUMEN Las corrientes, viento y nivel del mar se observaron durante tres meses en la constricción de Meninea en el canal Moraleda. En la primavera de 1 un sistema de dos correntómetros se instaló sobre el umbral en Meninea para una estimación inicial del efecto de la corriente barotrópica y viento sobre la capacidad de transporte de la constricción de Meninea. El experimento fue parte del programa multidisciplinario CIMAR 7 Fiordos. Los mareógrafos y las corrientes muestran intensa marea semidiurna. La circulación residual sobre la constricción de Meninea, en período de invierno, es de dos capas y es modificada transitoriamente por la fuerza del viento. El flujo residual sobre la Constricción de Meninea, en período de invierno, es de dos capas y es modificado por la fuerza del viento. Se observan eventos en los cuales toda el flujo de agua sobre el umbral esta penetrando hacia el sur en la dirección del viento fue determinada en gran medida por el campo de viento. Palabras claves: Constricción; fiordo; capacidad de transporte; Chile. ABSTRACT Currents, wind and sealevel were registered during three months at the Meninea constricción within the canal Moraleda. In the spring of 1 an array of two currents meters was deployed over the sill at the Meninea for an initial estimation of the effect of barotropic currents and winds on the two-layer transport capacity of Meninea constriction. The experiment was part of the multidisciplinary program CIMAR 7 Fiordos. Tide gages and current showed a strong semidiurnal tide. There are two events of four days in which the entire water-mass above the sill was flushed in; this was associated to the offshore circulation of the canal Moraleda. The mean residual circulation was strong related to the wind field. Key words: Constriction; fjord; transport capacity; Chile. *Proyecto CONA-C7F 1-15.

2 74 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) - 7 INTRODUCCIÓN El intercambio de dos fluidos de diferente densidad a través de la constricción en un canal es un tema ampliamente investigado por diversos autores y tiene una gran gama de aplicaciones (Stigebrandt, 1976; Svendsen & Thompson, 1978; Cáceres et al., ; Bjork et al., ; Valle-Levinson & Blanco, 4, Salinas & Hormazábal, 4). La existencia del umbral en un fiordo afecta el tipo de flujo de intercambio y el tiempo de renovación del agua profunda al interior del fiordo. El agua profunda es atrapada por el umbral y no se comunica libremente con el agua fuera de ella. Esto puede ser afectado por las mareas y ser de gran importancia para mezclar las aguas superficiales de menor densidad con las aguas profundas (Stigebrandt, 1976, 1977; Helfrich, 1995). Otro de los factores que afecta la capacidad de transporte de un sistema de dos capas en la constricción morfológica es el viento y la fricción tanto lateral como de fondo (Svendsen & Thompson, 1978; Cáceres et al.,, Valle-Levinson & Blanco, 4). El tiempo de residencia de las aguas profundas puede originar situaciones de estancamiento con aguas anóxicas en el interior del fiordo (Bjork et al., ). Para determinar el transporte del flujo de dos capas sobre la constricción de Meninea, Salinas & Hormazábal (4) midieron las corrientes sobre la constricción en dos profundidades pero no determinaron el efecto del viento que puede ser un elemento dinámico que modifica el patrón de circulación. El flujo barotrópico de la marea en un estuario, de importancia en la zona, tiene pérdida de energía debido a la fricción contra sus bordes, la que a su vez es modificada por la magnitud y dirección del viento local (Svendsen & Thompson, 1978). Los fiordos a menudo son profundos y las corrientes de marea son débiles. Si no existe otro mecanismo de pérdida de energía en el fiordo la marea puede ser descrita por una onda estacionaria. Las constricciones originan aceleraciones en las corrientes. Si las aguas que rodean el umbral esta verticalmente estratificadas se pueden generar ondas internas, además de la presencia simultánea de ondas barotrópicas (Sjöberg & Stigebrandt, 199). El fenómeno de estrangulamiento de marea en un fiordo se produce cuando el rango de marea es inferior al existente fuera del fiordo y la fase de marea esta retrasada respecto a la fase fuera del fiordo. Para estudiar la existencia de este fenómeno en el área de estudio se registró la variación del nivel del mar en una estación al norte y al sur de la Constricción de Meninea (Fig. 1). La marea en el canal Moraleda es de tipo semidiurno mixto y con máximo rango de marea en sicigia de,8 m (Fierro et al., ). La Constricción de Meninea tiene una circulación con una componente importante barotrópica de marea (Salinas & Hormazábal, 4) siendo su componente principal la semidiurna con una intensidad de 58 cm s 1 y una circulación de tipo baroclino dado por la circulación estuarina. Esta se presenta con una capa superficial con flujo de salida desde la cuenca al sur de Meninea hacia el norte con velocidad media del orden a los 16 cm s 1 y una capa profunda de gran homogeneidad con flujo que penetra en el fiordo hacia el sur de cm s 1. La onda de marea semidiurna es un importante factor de mezcla en la cuenca al sur del canal Moraleda. Los fiordos son cuerpos de agua que presentan flujos débiles en profundidad y que son muy dependientes del grado de mezcla vertical. El alto grado de mezcla al sur de la constricción de Meninea se observa en la dispersión de la isolíneas de salinidad que determinan el campo de densidad, en contraste con la región al norte de la constricción (Silva et al., 1995). En las mediciones realizadas en Meninea en primavera, Valle-Levinson & Blanco (4) concluyen que el sistema tiene un comportamiento de dos capas transitoriamente

3 Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 75 Fig. 1: Fig. 1: Ubicación del instrumental. Location of the instruments. modificado por vientos intensos desde el norte que originan un sistema de tres capas. En este trabajo se discute, en forma aproximada, por falta de mediciones intensivas, los avances de la discusión del control hidráulico de flujo sobre constricciones y umbrales (Stigebrant, 1977; Farmer & Armi, 1986; Helfrich, 1995) y el efecto del viento. El objetivo de este estudio es describir el efecto de la marea y el viento sobre el intercambio de flujos sobre la Constricción de Meninea. MATERIALES Y MÉTODOS Se instaló un anclaje en la Constricción de Meninea (Fig. 1) (45º15,6 S; 73º 39,6 W) en el veril de 65 m con un correntómetro Falmouth D-ACM a 5 m de profundidad y un correntómetro Aanderaa RCM9 a 45 m de profundidad. Las mediciones se realizaron entre el 8 de julio y 9 de septiembre de 1, durante la campaña de mediciones del proyecto CIMAR 7 Fiordos. Para el análisis estadístico básico de las mediciones de corriente en el anclaje se calcularon las componentes ortogonales y se determinó el ángulo de máxima varianza, asociado al eje de máxima varianza, para las dos profundidades. Como forma de estimar el desplazamiento de una porción de agua en un campo homogéneo, no acelerado se calculó el vector progresivo de la corriente en las dos profundidades. La serie de tiempo de dirección y rapidez del flujo medido por cada instrumento se descompuso en componentes ortogonales en la dirección de la máxima y mínima varianza de la corriente. Cada componente fue filtrado mediante un filtro de paso bajo Lanczos con período de corte de 34 horas para separar las oscilaciones de marea de las fluctuaciones de corrientes residual asociada con el forzamiento distinto a la marea.

4 76 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) - 7 Para el análisis en el dominio de la frecuencia de las series de nivel del mar y corrientes se estimaron los autoespectros de cada serie mediante la metodología propuesta por Bendat & Piersol (1986). Una manera de proveer una mayor significancia estadística a partir de las estimaciones espectrales, es dividir las series en trozos o segmentos de igual tamaño, con cada segmento se calcula un espectro que luego se promedia para cada frecuencia (Emery & Thomson, 1998) cada espectro posee una distribución χ con dos grados de libertad, por lo cual los grados de libertad del espectro promedio será igual al doble de número de trozos (Bendat & Piersol, 1986). Todas las estimaciones espectrales efectuadas en este trabajo se realizaron con 1 grados de libertad. Por lo tanto en este estudio se analiza la variabilidad submareal del flujo de intercambio en la constricción y el efecto del viento. Para establecer la importancia relativa de la marea en las corrientes se aplicó el análisis armónico según el método de Foreman (1978). Además, el 19 y de noviembre se efectuaron mediciones de corrientes en una sección entre la isla Traiguén y la isla Mitahue (Fig. 1). Estas observaciones se realizaron utilizando un correntómetro acústico perfilador Doppler (ADCP, en sus siglas en inglés) RD Instruments de 37. khz montado sobre un catamarán de m x m, con sus transductores sumergidos,5 m y apuntados hacia el fondo del canal. El catamarán fue remolcado a un lado de la embarcación Millabú a una velocidad promedio de,5 m s 1, de esta forma se completaron 17 repeticiones dentro de un ciclo de 1,5 horas (marea semi-diurna). El ADCP fue programado para obtener mediciones cada 4 segundos en capas de 4 m de espesor, luego estas observaciones fueron submuestreadas cada 1 minuto. Además, se utilizó un equipo de posicionamiento satelital (GPS) ASTEC Z-1 el cual entregó posición geográfica en forma conjunta con los datos del ADCP. Los datos de corriente erróneos fueron removidos siguiendo los criterios de Valle-Levinson & Atkinson (1999), en tanto que los datos de dirección obtenidos del compás del ADCP fueron corregidos siguiendo la metodología propuesta por Joyce (1989). Con los datos corregidos de corrientes se determinaron grillas de velocidad, referidas a un punto en tierra, para este caso se escogió un punto situado en el lado este del isla Mitahue (45º 4 41 S; 73º W), de aquí en adelante se entiende que los datos están referidos a este punto. Además, los datos fueron separados en componentes V (Norte-Sur) y U (Este-Oeste) e interpolados, creando grillas con una separación de m en la distancia (eje x), mientras que en profundidad (eje y) la separación fue de m. De manera análoga a las mediciones de ADCP remolcado en el canal Darwin (Castillo, et al., 6), se determinaron los armónicos semi-diurnos (sd) para cada componente (U y V), mediante el ajuste por mínimos cuadrados (Emery & Thomson, 1998), según la relación expuesta en la ecuación (1) con el objetivo de establecer la circulación no-mareal. V (U,V) =V (U,V) r + V (U,V) sd x sen ( ω sd t + φ sd ) (1) Donde V (U,V) representa el vector velocidad, mientras que V (U,V) r es la velocidad residual. Además, V (U,V) sd es la amplitud del armónico semi-diurno, w sd es la frecuencia semi-diurna (π/ 1 h) y φ sd representa la fase semidiurna. El nivel del mar se midió mediante dos mareógrafos, uno con registro Aanderaa modelo 3634 y sensor de presión modelo 3191 instalado en islote Castillo al sur de Meninea y otro con registro CQV modelo con sensor de presión VQVO instalado al norte en la isla Melchor. El viento local se midió con una estación meteorológica Aanderaa modelo AWS7 instalada en el faro de la isla Mitahue. Las series de nivel del mar y de viento fueron filtradas de manera análoga a las corrientes.

5 Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 77 RESULTADOS Y DISCUSIÓN El flujo residual en un estuario como el encerrado por la Constricción de Meninea puede tener varias componentes. Una es la interacción de las corrientes de marea con la batimetría de la cuenca al sur de Meninea, originando un movimiento semi constante en el tiempo excepto en marea de sicigia y otros armónicos de baja frecuencia; otra es la circulación de tipo estuario, que depende de la magnitud de la descarga de agua dulce en la cuenca y la meteorológica de viento y fluctuación de la presión atmosférica. Estos factores se analizan a partir de los resultados de las mediciones. En el dominio del tiempo, las series filtradas y sin la media del nivel del mar en isla Melchor y en islote Castillo (al norte y sur de la Constricción de Meninea, respectivamente, Fig. 1) presentan variaciones cíclicas de días y más débiles de 6 y 8 días (Fig. ). Estas series muestran una buena consistencia entre las oscilaciones de baja frecuencia registradas a ambos lados de la constricción, claramente el evento más concordante se registró entre el 3 y el 9 de agosto. En la Constricción de Meninea (Fig. 1), en el período de estudio las corrientes medidas a 5 m de profundidad se encontraron alineadas con el eje del canal. El eje de máxima varianza de 17,16º explicó el 98% de la varianza total de la serie. El patrón de flujo residual en la constricción mostró un sistema transiente de dos capas con flujo residual saliente cerca de la superficie y entrante por el fondo. La componente a lo largo de la constricción tuvo un promedio de,43 cm s 1 hacia el norte, con un valor máximo de 1,5 cm s 1 hacia el norte y de 19, cm s 1 hacia el sur. El correntómetro ubicado a 45 m de profundidad mostró corrientes alineadas con el eje del canal. El eje de máxima varianza de 164,6º explicó el 93% de la varianza total de la serie del correntómetro profundo. La componente a lo largo de la constricción tiene un promedio de 7.6 cm s 1 hacia el sur, con un valor máximo de 19,9 cm s 1 hacia el norte y de 119,5 cm s 1 hacia el sur. El flujo de entrada al fiordo a través de la Constricción de Meninea fue en la dirección de ~1 y el flujo de salida en la dirección de ~33. Esta falta de alineación de las corrientes con el eje del canal sería causada por la morfología de la zona y/o la posición del anclaje de correntómetros. Fig. : Fig. : Series filtradas de nivel del mar: isla Melchor e islote Castillo. Time series of sea level: isla Melchor and islote Castillo.

6 78 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) - 7 Las series filtradas de las corrientes (Fig. 3 y Fig. 4) muestran el diagrama de vectores y el de componentes norte-sur (V) y este-oeste (U). El análisis armónico de las corrientes a 5 m de profundidad, los armónicos (amplitudes) de mayor importancia fueron para M (17 cm s 1 ), S (53 m s 1 ), N (15 cm s 1 ), K 1 (8 cm s 1 ) y O 1 (5 cm s 1 ); mientras que para las corrientes a 45 m de profundidad los armónicos (amplitudes) de mayor importancia fueron para M (54 cm s 1 ), S (17 cm s 1 ), N (1 cm s 1 ), K 1 (8 cm s 1 ) y O 1 (7 cm s 1 ), confirmando el carácter semidiurno de la marea en el Canal Moraleda encontrado por Salinas & Hormazábal (4) y por Fierro et al. (). Los registros de viento crudo (no-filtrado) de isla Mitahue, no presentaron una clara orientación (ambas componentes explicaron ~5%), a diferencia de las componentes filtradas donde el eje norte-sur fue predominante (V explicó más del 6% de la varianza total). El viento filtrado (Fig. 5) presentó oscilaciones del orden de a 3 días, registrando una velocidad máxima de 8 m s 1 en la dirección oeste el 1 de julio de 1. En general, no se presentaron vientos de gran intensidad. Entre el 13 y el 19 de julio (Fig. 6) se observó un flujo intenso típico a dos capas con flujo saliente de 1 cm s 1 hacia el norte por superficie y entrante hacia el sur por el fondo con velocidades medias promedios del orden de los cm s -1 esto corresponde al período de disminución del nivel del mar en isla Melchor e islote Castillo (con una pendiente del nivel del mar hacia el sur). En este período los vientos medios son intensos mayores a 4 m s 1 hacia el norte. Flujos análogos de dos capas se produjeron el 3 y 4 de agosto con viento hacia el norte mayor a 5 m s 1 ; y entre el 3 y 7 de septiembre con viento hacia el norte. Estos resultados indican que el flujo submareal en la Constricción de Meninea es de tipo baroclino de dos capas saliendo hacia el norte por superficie, en 5 m, y entrando por el fondo, a 45 m, para vientos intensos hacia el norte mayor a 4 m s 1. En estos períodos de viento hacia el norte se produciría la mayor capacidad de transporte de la constricción para flujo submareal. Entre el 8 y el 13 de julio se observó un flujo barotrópico hacia el sur en ambos correntómetros con viento débil hacia el sur. Flujos análogos de corriente y viento se producen Fig. 3: Series filtradas de vector de corrientes a 5 m. Fig. 3: Time series of currents vector at 5 m depth.

7 Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 79 Fig. 4: Series filtradas de vector de corrientes a 45 m. Fig. 4: Time series of currents vector at 45 m depth. Fig. 5: Fig. 5: Series filtradas de componente norte-sur del viento. Low-pass time series of north-south component of wind.

8 8 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) - 7 Fig. 6: Fig. 6: Densidad espectral del nivel del mar medido en isla Melchor e islote Castillo. Spectral density of sea level at isla Melchor and islote Castillo. entre el 7 de julio y de agosto; el de mayor intensidad se produce entre el 4 y el 9 de agosto en ambos correntómetros con velocidades del orden de 8 cm s -1 en la capa superior y 6 cm s 1 en la capa profunda para viento intenso hacia el sur; y el 7 y 8 de septiembre las corrientes son hacia el sur para viento débil hacia el sur. Flujos diferente se produce entre el 1 y 7 de julio con flujo barotrópico hacia el norte y viento promedio hacia el norte (Fig. 6). En el período entre el 4 el 9 de agosto el nivel del mar tendió a subir en los dos mareógrafos, siendo el nivel del mar mayor en isla Melchor, lo que significaría una pendiente negativa con el nivel del mar más bajo en el sur. En el período de medición se observó numerosos pulsos de corriente hacia el sur en ambos correntómetros, con viento hacia el sur de mediana intensidad. Esta dinámica de flujo submareal barotrópico es más intensa en el período entre el 4 y 9 de agosto y corresponde al mayor aumento del nivel del mar y el mayor impulso de viento hacia el sur, en el período de medición. Esto esta indicando que el efecto del viento contrario al flujo superficial del sistema dos capas interrumpe el control hidráulico en la Constricción de Meninea. Esta dinámica de intensos eventos de flujos penetrando a la cuenca al sur de Meninea permitirá renovar las aguas profundas y antiguas de menor oxígeno disuelto. En el período entre el 31 de agosto y el 4 de septiembre para viento intenso promedio de 4,5 m s 1 hacia el norte el sistema de dos capas se rompe y el flujo superficial y de fondo sale desde la cuenca hacia el norte (Fig. 6). Estos resultados muestran que el flujo residual tuvo una capa de salida hacia el norte en superficie y hacia el sur en profundidad. Esto fue afectado por el viento, modificando en forma transiente el perfil de dos capas. Para vientos intensos desde el norte el flujo fue hacia el sur en toda la columna. El efecto del forzamiento barotrópico de la marea en la Constricción de Meninea es modificado por la fuerza del viento, que varía con la profundidad, y por el efecto de la pendiente del nivel del mar que origi-

9 Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 81 na gradientes de presión con corrientes barotrópicas en toda la columna que pueden ser contrarias al viento. Esto estaría demostrando que el sistema se comporta en promedio de dos capas con eventos de viento que modifican el balance de tipo hidráulico del flujo sobre la Constricción de Meninea. Otro factor es el flujo intenso que penetra desde el norte por el Canal Moraleda como resultado de una dinámica causada por el viento sobre la plataforma continental, como propone el modelo de Klinck et al. (1981). Este resultado estaría de acuerdo con lo encontrado por Svendsen & Thompson (1978) en un fiordo noruego, donde el viento es el principal forzante de la circulación aunque se presente un importante aporte de agua fresca. En el dominio de la frecuencia, los resultados del análisis espectral de la serie del nivel del mar sin filtrar (Fig. 7) indican que la mayor parte de la energía se encuentra asociada a las bandas de frecuencia semidiurna (~1,5 h) y diurna (~3,93 h), por otra parte, en la baja frecuencia (para este caso para períodos mayores a 1 día) se presentan claramente dos acumulaciones de energía en la baja frecuencia, en torno a,5 cph (8,33 días) y a, cph (,1 días), lo cual es consistente con lo reportado en el dominio del tiempo (Fig. ). Además, se observa una clara disminución de la energía del nivel del mar desde la estación de isla Melchor a islote Castillo (de norte a sur). Estos resultados coinciden con lo encontrado en la zona por Salinas & Hormazábal (4) y Fierro et al. (). Los resultados del análisis espectral de la serie de las componentes de la corriente de los dos correntómetros (Figs. 8 y 9) indican que la mayor energía en ambos correntómetros se encuentra en las bandas de períodos de, horas; 1,1 horas y 6, horas. Esto indica el carácter mixto de la corriente de marea con dominio de la componente semidiurna. Además, los autoespectros muestran una acumulación importante de energía en las bandas de y 6 días en el correntómetro más superficial y de 8 días en el más profundo % Densidad espectral cph(cm - -1 cph ) Melchor Castillo Frecuencia (cph) Fig. 7: Densidad espectral de las componentes U y V de las corrientes a 5 m de profundidad. Fig. 7: Spectral density of U and V component of currents at 5 m.

10 8 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) m % Densidad espectral (cm s cph ) Componente U Componente V Fig. 8: Fig. 8: Frecuencia (cph) Densidad espectral de las componentes U y V de las corrientes a 45 m de profundidad. Spectral density of U and V component of currents at 45 m depth m % Densidad espectral (cm s cph ) Componente U Componente V Frecuencia (cph) Fig. 9: Series de tiempo filtradas de viento, nivel del mar en Melchor y corrientes en Meninea registradas a 5 m y 45 m de profundidad. Fig. 9: Time series of winds, Melchor sealevel and Meninea currents registered at depths of 5 m and 45 m.

11 Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 83 Más al sur de Meninea (Fig. 1) se efectuó un muestreo de los perfiles de corrientes a lo ancho del canal (entre isla Traiguén e isla Mitahue) mediante el arrastre del ADCP sobre un catamarán, con el objetivo de contrastar los flujos al norte y al sur de islote Castillo, estudiando si existe una consistencia del patrón de dos capas apreciado en el sistema anclado en el área de isla Mitahue. De esta manera, durante los días 19 y de noviembre se remolcó al ADCP durante un ciclo semidiurno de marea de 1,5 horas, permitiendo caracterizar las corrientes promedio y de la amplitud de las corrientes semidiurnas de marea, en la sección entre isla Traiguén e isla Mitahue. Las corrientes residuales muestran un patrón de flujo superficial de salida del fiordo, con velocidades entre 5 y 5 cm s 1 hacia el suroeste, entre la superficie y los 75 m de profundidad. Bajo los 75 m de profundidad se presentó un flujo de entrada al fiordo de menor intensidad con velocidades entre 5 y 1 cm s 1 hacia el noreste. La amplitud de la corriente semidiurna (Figs. 1) alcanzó los 4 cm s 1, siendo mas intensa en la capa superficial entre 8 m y 3 m de profundidad en el lado sur de la sección y más débil en el lado norte y disminuyendo en profundidad hasta 1 cm s 1 a los 9 m de profundidad. La capa superficial hasta 8 m y la capa de fondo bajo los 9 no pudieron resolverse con las mediciones de ADCP. En esta sección, entre isla Traiguén e isla Mitahue, en la cuenca al sur de la Constricción de Meninea la circulación media (Fig. 11) fue de tipo estuarino con flujo superficial saliendo hacia el suroeste y un flujo subsuperficial penetrando hacia el noreste. Esto coincide con los resultado de las mediciones realizadas por Castillo et al. (6), en invierno en el canal Darwin que conecta el océano con la cuenca al sur del Meninea. El análisis del flujo de intercambio a través de un estrecho sobre una teoría hidráulica estable propuesta por Farmer & Armi (1986) del número interno de Fraude G, tal que, G = u 1 /g H 1 +u /g H (g =g(ρ -ρ 1 )/ρ ) () donde u i, H i, ρ i (i=1, ) son la velocidad, profundidad y densidad de la capa superior e inferior, respectivamente. Se obtiene intercambio máximo de flujo con G=1, caso crítico para H 1 H 1/H (Stigebrandt, 1977). Ésto aplicado por Salinas & Hormazábal (4) a la Constricción de Meninea se cumple para corrientes 77,5 cm s 1. Pero esta relación no considera situaciones dependientes del tiempo, como la marea. Helfrich (1995) incorpora el tiempo en el intercambio de dos capas y demuestra que depende de dos parámetros adimensionales: γ =(g H) 1/ T/L y q = u /(g H) 1/ (H: profundidad de la constricción; T tiempo del ciclo mareal; L: largo de la constricción; u : velocidad barotrópica). Donde γ es una medición de la longitud del estrecho relativa a la distancia de una señal interna que viaja en un período de forzamiento; q es una medición de la intensidad del flujo barotrópico comparada con la velocidad de forzamiento de boyantez. Para γ se tiene un estrecho dinámicamente corto y se tiene una situación semi-estable. Para la Constricción de Meninea, considerando un largo L=5 km; H=65 m; ρ/ ρ=, se tiene γ=1. Ésto esta indicando valores altos de capacidad de transporte de la constricción. Ésto justifica la aproximación del modelo de Stigebrandt (1977) aplicado por Salinas y Hormazábal (4). Para Meninea q esta en el rango entre,5 y 1, en marea de cuadratura y en sicigia respectivamente. Esto implicaría que en cuadratura el forzamiento es relativamente débil y tendría un efecto menor sobre el transporte ya que G permanece con valores cercanos a 1. En tanto en sicigia (q >1) G toma valores diferentes a 1 la mayor parte del tiempo y por lo tanto la capacidad de transporte es mínima en la Constricción de Meninea forzada por la marea. El efecto del viento sobre la circulación en un fiordo noruego observado por Svendsen &

12 Grados ( ) 84 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) - 7 Velocidad Residual (V) 3 Profundidad (m) cm s Distancia (Km) -3 Velocidad Residual (U) 3 Profundidad (m) cm s Distancia (Km) -3 Fig. 1: Transecto transversal de ADCP remolcado en canal Errázuriz (19 y de noviembre). Amplitud y fase semidiurna: a) componente norte-sur (V), b) componente este-oeste (U). Fig. 1: Transversal transect of towed ADCP at the canal Errázuriz (19 and of November). Amplitude and phase: a) north-south component (V), b) east-west component (U). Amplitud (V) 3 Profundidad (m) cm s -1 Profundidad (m) Fase (V) Distancia (Km) Fig. 11: Transecto transversal de ADCP remolcado en canal Errázuriz (19 y de noviembre). Velocidad residual: a) componente norte-sur (V), b) componente este-oeste (U). Fig. 11: Transversal transect of towed ADCP at the canal Errázuriz (19 and of November). Residual velocity: a) north-south component (V), b) east-west component (U).

13 Grados ( ) Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 85 Amplitud (U) 3 Profundidad (m) cm s -1 Profundidad (m) Distancia (Km) Fig. 11: Continuación. Fig. 11: To be continued. Fase (U) Thompsom (1978) sería el principal forzante de la circulación y de menor importancia el aporte de agua fresca. Además la fuerte picnoclina causada por el aporte de agua fresca sería importante en captar la respuesta a las capas más superficiales. Otro forzante a considerar es el viento sobre la plataforma continental y la variación de la surgencia que afecta el gradiente horizontal de la densidad y el tipo de reemplazo de las agua subsuperficiales. Klinck et al. (1981) proponen un modelo para la dinámica de un fiordo forzado por el viento y concluyen que el principal factor dinámico es la circulación geostrófica sobre la plataforma continental para controlar las condiciones hidrográficas y circulación dentro del fiordo. Además establece que el viento a lo largo del fiordo origina inclinación de la pendiente de la superficie del mar y de la picnoclina, pero el volumen total de agua permanece constante en el fiordo. En tanto que un viento a lo largo de la costa origina flujo llenante o vaciante del fiordo en su totalidad. Esta dinámica puede explicar el pulso intenso de corriente barotrópica que se produce entre el 4 y 9 de agosto, que coincide con viento medio intenso hacia el sur que puede originar un aumento del nivel del mar por el transporte de Ekman y generar un aumento del nivel del mar en isla Melchor e islote Castillo, además de una pendiente del nivel del mar de norte a sur que origina un gradiente de presión hacia el sur. Una situación similar de corriente barotrópica y viento hacia el sur se produce entre el 7 y 31 de julio, con aumento del nivel del mar pero con una pendiente leve del nivel del mar hacia el sur que originaría un gradiente de presión hacia el norte. El viento hacia el sur puede generar una circulación de tres capas al actuar sobre la capa superficial de salida, esto puede ser captado si se miden las corrientes en toda la columna, como lo realizado por Valle- Levinson & Blanco (4) en un período de primavera-verano, pero ésto está más allá del alcance de este estudio. Esta es una primera aproximación por el corto período que se midió las corrientes en el canal. La circulación neta submareal para una serie de cuencas separadas por constricciones y umbrales (Björk et al., ) que están conectados con el océano puede estar forzado principalmente por diferencia de altura

14 86 Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 3 (1) - 7 estéricas entre sus extremos y el intercambio de agua en el sistema de fiordo ser dominado por intercambio baroclino. Esto requiere observaciones complementarias del campo de densidad en especial de la salinidad y su variabilidad en períodos largos de tiempo. La Constricción de Meninea puede ser un control hidráulico del sistema con una estratificación en la densidad de, y una profundidad de 65 m, si las corrientes baroclinas tuvieran valores de velocidad en cada capa igual o menor que 5 cm s 1. Estos valores de velocidad están comprendidos entre los rangos medidos por los correntómetros, por lo cual, de acuerdo al modelo de dos capas, estacionario y sin fricción, el sistema puede tener períodos de mezcla máxima. CONCLUSIONES Las mediciones para conocer la dinámica que rige el flujo sobre la Constricción de Meninea, en período de invierno, nos lleva a que el flujo a dos capas es modificado por la fuerza del viento. En general para flujo submareal el viento en la dirección de la capa superficial saliendo desde el fiordo hacia el norte favorece el flujo baroclino de dos capas. Por el contrario para viento hacia el sur contrario a la capa superficial el flujo residual es de tipo barotrópico y por lo tanto se rompe el control hidrodinámico y esto debilita el flujo de intercambio entre el fiordo y el mar exterior. Las corrientes tuvieron una fuerte componente de marea de tipo semidiurno. AGRADECIMIENTOS Este estudio fue financiado por el SHOA dentro del marco del programa del CONA: CIMAR 7 Fiordos. Agradecemos las facilidades prestadas por este organismo para la instalación del sistema anclado de correntómetros, por el arriendo de la embarcación que remolcó el ADCP y la ayuda en los aspectos logísticos. Se agradece el apoyo brindado por la Escuela de Ciencias del Mar, PUCV. REFERENCIAS BJÖRK, G., O. LIUNGMAN & L. RYDBERG.. Net Circulation & Salinity Variations in an Open-Enden Swedish Fjord System. J. Of the Estuarine Research Federation, Vol. 3, 3, BENDAT, J. & A. PIERSOL Ramdom Data: Analysis and Measurement Procedures. John Wiley & Sons, New York, 566 pp. CÁCERES, M., A. VALLE-LEVINSON, H. H. SEPÚLVEDA & K. HOLDERIED,. Tranverse variability of flow and densitry in a Chilean fjord, Cont. Shelf Res.,, CASTILLO, M., M. BELLO, H. REYES & Y. GUERRERO. 6. Patrones de corrientes y distribución vertical de temperatura y salinidad en la entrada oceánica del canal Darwin en invierno y primavera de. Cienc. Tecnol. Mar. 9(): EMERY, W. & R. THOMSON Data Analysis Methods in Physical Oceanography. BPC Wheatons, Great Britain, 63 pp. FARMER, D. & L. ARMI Maximal twolayer exchange over a sill and though the combination of a sill and contraction with barotropic flow. J. Fluid. Mech., 164, FIERRO, J., M. BRAVO & M. CASTILLO.. Caracterización del régimen de marea y corrientes a lo largo del canal Moraleda (43 54 S S). Cienc. Tecnol. Mar. 3: FOREMAN, M., Manual for tidal currents analysis and prediction. Department of Fisheries and Oceans, Institute of Ocean Sciences, Canada. 65 pp.

15 Control hidráulico y efecto del viento sobre el flujo en la constricción de Meninea 87 HELFRICH, K. R Time-dependent twolayer hydraulic exchange flows, J. Phys. Oceanogr., 5(3), JOYCE, T On in situ calibration of shipboard ADCPs. J. Atmos. Ocean. Tech., 6, KLINCK, J. M., J. O BRIEN & H. SVENDSEN A simple model of fjord and coastal circulation interaction, J. Phys. Oceanogr., 11, SALINAS, S. & HORMAZÁBAL. 4 Circulación en la Constricción de Meninea, canal de Moraleda, 45º 15 S. Cienc. Tecnol. Mar. 7(): 5-. SILVA, N., H. SIEVERS & R. PRADO Características oceanográficas y una proposición de circulación para algunos canales australes de Chile 41º S y 46º 4 S. Rev. Biol. Mar., Valparaíso. 3(): SILVA, N., C. CALVETE & H. SIEVERS Características oceanográficas físicas y químicas de canales australes chilenos entre Puerto Montt y laguna San Rafael. Cienc. Tecnol. Mar. : SJÖBERG, B. & A. STIGEBRANDT Computations of the geographical distribution of the energy flux to mixing processes via internal tides and the associated vertical circulation in the ocean. Deep-Sea Res., 39: STIGEBRANDT, A On the effect of barotropic currente fluctuations on the twolayer transport capacity of a constriction. J. Phys. Oceanogr. 7, STIGEBRANDT, A Vertical difusion driven by internal waves in a sill Fjord. J. Phys. Oceanogr. 6, SVENDSEN, H. & R. THOMPSON Wind driven circulation in a fjord. J. Phys. Oceanogr. 8, VALLE-LEVINSON, A. & L. ATKINSON Spatial gradients in the flow over an estuarine channel. Estuaries, (A), VALLE-LEVINSON, A. & J. L. BLANCO. 4. Observations of the wind effects on exchange flows in a channel constriction of the Chilean Inland Sea. J. Mar. Res. 6: