Simulación n del oleaje durante huracanes y su impacto costero

Transcripción

1 Simulación n del oleaje durante huracanes y su impacto costero Dr. Omar G. Lizano Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI), Centro de Investigación en Ciencias del Mar y Limnología (CIMAR), Departamento de Física Atmosférica, Oceánica y Planetaria (DFAOP), Escuela de Física, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. omar.lizano@ucr.ac.cr

2 Amenazas durante un huracán Las principales amenazas durante un huracán son: La marejada de tormenta o borrasca marina Vientos de gran intensidad Alta precipitación Oleaje Formación de tornados

3 1- La marejada de tormenta o borrasca marina

4 2. Viento

5 3- Precipitación: Precipitaciones de 6 a 12 pulgadas son comunes El riesgo de las inundaciones depende de un número de factores: Κ La velocidad de la tormenta Κ Su interacción con otros sistemas meteorológicos Κ El tipo de terreno en el lugar Κ El grado de saturación. Precipitación tierra adentro inundaciones repentinas. Ej: Cabeza de agua en el cause de los ríos, que junto con los deslizamientos en regiones montañosas, constituyen una de las mayores amenazas.

6 4- OLEAJE El oleaje montado sobre la borrasca y el agua apilada por el viento es la que produce mayor destrucción tierra adentro.

7 El nivel de alcance de esta marejada depende de la pendiente de la plataforma frente al lugar donde está impactando el huracán.

8 Niveles del mar

9 Modelos numéricos en el océano Modelos de circulación Modelos de mareas Modelos de generación n de olas Modelos de viento Modelos de marejada de huracán

10 Modelos de generación n de olas

11 Modelos de generación n de olas Ecuación n de balance de energía: F t + ( cg F) + (( cg. θ ) F) θ = S tot donde: F = F (ω,θ,x,t(,x,t) es el espectro de energía a de ola, c g = c g (ω,θ); velocidad de propagación n del grupo de olas, S tot = S tot (ω,θ, x,t) la función n neta de todos los procesos que agrupan, remueven o distribuyen energía a en el espectro de olas, ω (=2πf)) es la frecuencia angular de ola, θ es la dirección n de la ola, x es el vector posición n de la ola y t es el tiempo.

12 Modelos de generación n de olas Términos fuente: S = S + S + tot in ds S nl S in : energía de entrada por el viento. S ds : disipación de energía de ola S nl : interacciones no lineal entre ondas

13 Ejemplo de aplicación n costera Modelo SWAN 40.01

14 Condiciones promedio de oleaje y viento (noroeste):

15 Condiciones promedio de oleaje y viento (oeste):

16 Condiciones promedio de oleaje y viento (suroeste):

17 Condiciones extremas de oleaje y viento (NW1: H1/3 TpA Viento=0 ):

18 Condiciones extremas de oleaje y viento (NW2: H1/3 TpA Viento 0 ):

19 Modelos de generación n de olas Modelos de olas mas usados: - WAM (WAve Model): aguas profundas -SWAN(Simulating WAves Nearshore): aguas llanas, someras o poco profundas - WAVEWATCH III: aguas profundas

20 Modelos de viento

21 Según Myer (1954): p = p + ) e 0 ( pn p0 R r max Donde p es la presión atmosférica, p 0 la prisión central, p n la presión ambiente, r es la distancia al centro del huracán, R es el radio de viento máximo. Utilizando la expresión de viento gradiente en r = R max : max [( P P ) 0. fr ] 1 / 2 V = K 5 n o max

22 Vórtice Rankine (1947) V ( r) = Vmax ( r R R V ( r) = V ( max r ) ) r < R r > R

23 Modelo de Jelesniansky (1974) V ( r) = V V ( r) = V r R 3/ 2 max ( ) R r 1/ 2 max ( ) r < R r > R Velocidad (m/seg) Perfiles de viento de huracán Jelesni Rankine Distancia (Km)

24 Collins y Viehnaman (1971): V ( r) = V ( C r max k 1 ) R Log( C r 2 m ) r > R V r ( r) = 1.5V max ( 1/ R 3) R > r > R/3 V ( r) = 0 R/3 > r donde C = 3.354, C 1 2 = 1.265x103 (Collins and Viehnaman,, 1971), k y m son constantes ajustados empíricamente con datos de huracanes.

25 Modelo del National Weather Service (1979): V ( r) = V max sin A ( 2 r R ) r < R V ( r) = V max (1 1.3* e b [ a(( r R)/ R) ] 1 ) r > R Donde A, a y b son coeficientes ajustados con datos de huracanes. El Modelo de Holland (1980): Ug( r) = AB( p n p o ρr ) exp( A / B r b ) + r2 f rf 2

26 Modelo de Combinado (Lizano(, 1990): V ( r) = V ( C r max k 1 ) R Log( C r 2 m ) r > R V 2Rr ( r) = Vmax ( 2 2 R + r ) r < R Con: max [ ] 1/ 2 Pn Po ) 0.5 f 2R + 0. V f V = ( 5

27 Distribución n espacial del viento en caso de un huracán Combinado Holland Perfiles de viento horizontales para un hurcán Perfiles de viento verticales en un huracán Velocidad (m/seg) Combinado Holland Velocidad (m/seg) Combinado Holland Distancia (Km)*5 Distancia (Km)*5

28 Algunas aplicaciones con huracanes

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30 A Huracán George - Boya B Huracán George - Boya Altura (m) Boya Combinado Holland Altura (m) 10 8 Boya Combinado 6 Holland Día Día C Huracán George - Boya D Huracán George - Boya Altura (m) 5 4 Boya 3 Combinado Holland Día Altura (m) 6 Boya 5 Combinado 4 Holland Día

31 Huracanes en el Pacífico Tropical Este

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34 Frecuencia mensual de huracanes

35 Dos aplicaciones de interés H. Lane set., 2006 H. John, ago.-set., 2006

36 Batimetría

37 Simulación n de oleaje para el Huracán Lane

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58 Simulación n de oleaje para el Huracán John

59 Procesos costeros

60 Datos de entrada Rejilla Topografía y batimetría

61 Implementación n de modelo numérico

62 Un ejercicio para Acapulco

63 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

64 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

65 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

66 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

67 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

68 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

69 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

70 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

71 Simulación n de viento y oleaje Viento Oleaje

72 Modelo de marejada de huracanes ds dx ( U cosφ) = ζ gd 2 donde: S es la altura de la marejada, x es la distancia, ζ es una constante, U la velocidad del viento, D la nueva profundidad d + S φ es el ángulo entre el viento y la dirección n x.

73 Perfiles batimétricos tricos

74 Modelo de marejada de huracanes Solución de Euler de primer orden: S n+ 1 = S n 2 ( U cosφ) + x g( d + S ) n donde: S es la altura de la marejada, x es la distancia, ζ es una constante, U la velocidad del viento, d la profundidad φ es el ángulo entre el viento y la dirección n x.

75 Altura de marejada sobre Acapulco Marejada de tormenta para Huracán John sobre Acapulco Altura (cm) Hora 48 Hora 42 Hora Puntos a lo largo de perfil

76 Marea en Acapulco el 30 ago, 06