Mareas y corrientes iii

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Mareas y Corrientes III Las corrientes
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• El dato de corriente Descripción lagrangiana y
  euleriana de la corriente
• Medidas in-situ Tipos de correntímetros
• Medidas de corriente en Puertos del Estado
• Medidas de teledetección Sistemas de radar de
  alta frecuencia

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El dato de corriente

• Las medidas de corrientes son las más difíciles
  de realizar de manera permanente (mayor
  dificultad en el análisis de los datos).
• La mayor parte de los datos de corrientes
  disponibles corresponden a campañas temporales.

• Perfil de corrientes variación de la corriente
  con la profundidad
• Menor intensidad en el fondo (fricción)
• Mayor en la superficie (forzamiento atmósferico)

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El dato de corriente

• Aplicaciones
• circulación oceánica
• corrientes de marea
• dispersión de contaminantes, navegación
• Principales causas
• viento (actúa solo en la superficie)
• mareas (afecta a toda la columna de agua)
• gradientes de presión (barotrópico y
  baroclínico)
• Magnitud velocidades horizontales uno o dos
  órdenes de magnitud superiores a las verticales.
• Variabilidad muy superior a otras variables (ej
  nivel de mar)
• Poca coherencia vertical (metros) y horizontal
  (cientos de metros)

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El dato de corriente

• El flujo del agua se representa por un vector
  velocidad
• módulo y dirección de este vector representan la
  intensidad (metro/segundo o milla/horanudo) y
  dirección de la corriente (hacia dónde se dirige
  grados medidos en el sentido de las agujas del
  reloj desde el Norte geográfico)
• Normalmente se descompone el vector velocidad en
  sus coordenadas
• cartesianas u y v (positivo hacia el Norte y
  hacia el Este, respectivamente)

v
Norte
q
?
u
Este
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Descripción lagrangiana y euleriana

• Dos maneras de describir el flujo
• - método euleriano se mide la intensidad y
  dirección de la corriente en un punto fijo
  (redes permanentes)
• Aplicación en ingeniería, salidas de modelos de
  circulación,
• - método lagrangiano se sigue el movimiento de
  una partícula de agua al ser transportada por la
  corriente de un lugar a otro
• Adecuado para conocer los patrones de
  circulación oceánica, validación de modelos de
  transporte y oil spill,

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Tipos de correntímetros

• Flotadores proporcionan información del flujo
• Euleriano si está anclado,
• Lagrangiano si se dejan derivar libremente y se
  registra su posición
• Trazadores químicos sustancias (normalmente
  tintas) que se vierten en un punto con el fin de
  estudiar su evolución con el flujo y la variación
  de su concentración. Válidas para estudios
  locales
• Correntímetros de rotor miden la intensidad de
  la corriente calculando el ritmo de rotación de
  una hélice suspendida en el fluido

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Tipos de correntímetros

• Correntímetros acústicos miden diferencias en
  los tiempos que tarda un pulso acústico entre dos
  transductores, en ambas direcciones. La
  diferencia se achaca a la existencia de una
  componente de la corriente en la dirección que
  los une.
• Perfiladores Doppler de corrientes
  correntímetros acústicos que hacen uso del efecto
  Doppler
• Radar HF (alta frecuencia) medida de corrientes
  superficiales en un área (teledetección desde
  costa)

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Correntímetros de flotador

• Las primeras medidas de corrientes se realizaban
  dejando derivar un flotador en superficie (flujo
  lagrangiano) u observando su movimiento unido a
  un barco anclado (flujo en el punto en que se
  encontraba el barco)
• Principal desventaja están muy afectados por el
  viento, para lo cual existen distintos diseños de
  pesos situados hasta 20 ó 30 m de profundidad,
  para minimizar este efecto

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Correntímetros de flotador

• Flotadores de flotabilidad neutra Swallow y
  Stommel (años 50)
• Diseñados para flotar a una profundidad
  determinada tubo de aluminio, de unos 6 m de
  largo, con una batería y un transmisor acústico,
  y una cantidad determinada de lastre, fijado de
  antemano en función de la profundidad a que se
  quiere colocar.
• Muy utilizados para estudiar circulación oceánica
  y corrientes subsuperficiales, especialmente en
  al Atlántico Norte, dejándolos derivar para
  obtener el flujo lagrangiano.

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Correntímetros de flotador

• Años 70 seguidos inicialmente desde barcos
  gracias a transmisores acústicos (hasta 50 km
  experimento MODE). Poco después flotadores
  Swallow con transmisión en baja frecuencia (200
  Hz). En la capa del sonido (entre 1000 y 2000 m
  de profundidad) flotadores Sofar (Sound Fixing
  And Raging). Su posición podía ser seguida desde
  estaciones en costa situadas hasta a 1000 km

• Años 80 Flotadores de flotabilidad neutra
  (flotadores RAFOS) fuente de sonido pasa a estar
  ubicada en un array de puntos de fondeo que
  transmiten la señal a un receptor acústico en el
  flotador. Los tiempos de llegada de la señal
  desde distintos puntos, permiten estimar la
  posición del flotador en cada momento y su
  trayectoria a lo largo del experimento.
  Transmisión de datos por medio del sistema de
  satélites Argos (cuando el flotador emerge al
  final de su recorrido).

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Correntímetros de flotador

• Finales 80 Experimento WOCE (World Ocean
  Circulation Experiment)
• Objetivo cobertura global de flotadores
  subsuperficiales.
• Flotador tipo ALACE (Autonomous Lagrangian
  Circulation Explorer emerge a la superficie a
  intervalos regulares (inflando vejiga externa).
  Emisión de datos (temperatura, presión y
  posición) por medio de Argos, antes de volver a
  su profundidad de operación. Posteriormente
  incluían salinidad (P-ALACE) y se fueron
  mejorando.

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Correntímetros de flotador
Años 90 Red de flotadores ARGO, heredera del
proyecto WOCE

• Flotadores más avanzados, proporcionan datos de
  corriente, temperatura y salinidad, por llevar
  incorporado un CTD
• Ajuste de flotabilidad variando la densidad del
  aparato mediante bombeo de aceite, navegación GPS
• Autonomía máxima de 3 años (no se suele
  alcanzar)
• Si se pierden no se pueden recuperar (basura
  oceánica)
• Objetivo cobertura global (3000 ya en 2006)

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Correntímetros de flotador
Hito en la observación oceanográfica
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Correntímetros de rotor

• Miden la intensidad de la corriente calculando
  el ritmo de rotación de una hélice suspendida en
  el fluido. Adecuados para medir corriente en un
  punto.
• La dirección se mide por medio de un compás
  magnético interno (respecto al polo Norte
  magnético). Una gran aleta o aspa mantiene la
  orientación del sensor con respecto a la
  corriente.

Aanderaa RCM 7
Perfil de corrientes se obtiene colocando una
cadena de correntímetros a distintas profundidades
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Correntímetros acústicos

• Miden los tiempos que tarda un haz de rayos
  acústicos entre dos transductores, en ambas
  direcciones. Estos tiempos son diferentes si
  existe una componente de la corriente del agua
  dirigiéndose de un sensor a otro.

v
(velocidad de la corriente)
transductor
transductor
d
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Correntímetros acústicos

• Dos pares de transductores con sus ejes de
  transmisión en ángulo recto permiten obtener el
  vector de corriente horizontal. Un tercer par
  permite además calcular corrientes verticales
• Deben resolver diferencias de tiempo muy
  pequeñas
• Responden rápidamente a cambios bruscos de la
  corriente (flujos turbulentos)

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Correntímetros acústicos

• Perfiladores Doppler de Corrientes (ADCP)
• Correntímetros acústicos que se basan en el
  efecto Doppler.
• Cuando una fuente de sonido se mueve con respecto
  a un receptor, la frecuencia del sonido
  transmitida es desplazada al llegar al receptor
  una cantidad que viene dada por

velocidad de la fuente con respecto al receptor
velocidad del sonido
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Correntímetros acústicos

• Correntímetro Doppler monoestático
• Un único transductor como emisor y receptor
• emite un pulso de rayos ultrasónicos en un haz y
  recibe los rayos reflejados en el agua, que
  llegan con una frecuencia desplazada función de
  la velocidad del agua en la dirección del haz.
• El perfil de corrientes se obtiene en este caso
  midiendo la señal de llegada en distintos
  instantes de tiempo desde el instante de emisión
• Para obtener velocidades en coordenadas
  cartesianas estándar tres transductores que
  generan 3 haces con diferente inclinación

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Medidas de corrientes en Puertos del Estado
Red exterior (aguas profundas) 13 boyas
Seawatch y 3 boyas Wavescan entre 200 y 800
m transmisión de datos vía satélite en tiempo
real Las boyas Seawatch miden corriente
superficial Medidas de corrientes desde el año
1998
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Medidas de corrientes en Puertos del Estado
Boya Seawatch Correntímetro acústico
UCM60 Profundidad 3 m
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Medidas de corrientes en Puertos del Estado

• 3 cadenas de correntímetros (Peñas, Silleiro,
  Alborán)
• de rotor modelo RCM-7
• distintas profundidades entre 100 y 600 m
• (superficial a unos 50 m)
• no transmiten en tiempo real, datos históricos,
  red
• actualmente parada

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Medidas de Teledetección
SLA (Sea Level Anomaly)
Dónde están las corrientes?
24
Medidas de Teledetección
http//www.oscar.noaa.gov/
Medidas indirectas a partir de altimetría
espacial (sla) Near-realtime ocean surface
currents derived from satellite altimeter (sla)
and scatterometer data
Disclaimer The surface current information is
for evaluation only, and not to be used for
navigation. The accuracy is not precisely known.
We welcome your evaluations, opinions and
suggestions. Please send comments or questions to
webmaster.oscar_at_noaa.gov
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Medidas de Teledetección (en costa)
El radar de alta frecuencia (HF)

• La tecnología radar HF (alta frecuencia de 3 a 30
  Mhz) permite proporcionar observaciones en tiempo
  real de corrientes superficiales a distancia (a
  partir de estaciones instaladas en costa)
• Distancia máxima en torno a las 100 millas
  náuticas
• Baja potencia de emisividad (lt50W) ? bajo
  impacto ambiental
• Existen diferentes tecnologías (WERA, COARDS,
  etc...)

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Medidas de Teledetección (en costa)
Radar VERA

• Primera experiencia con Radar HF en España (PdE,
  1998).
• Estación radar HF WERA en el Norte de España
  (Gijón, proyecto EuroROSE)
• Se requieren 2 ubicaciones con antena emisora y
  antena receptora respectivamente

receptor
transmisor
Gijón, Spain
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Medidas de Teledetección (en costa)
Radar CODAR
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Medidas de Teledetección (en costa)
Primera Experiencia con Radar HF CODAR en España
(año 2005) Experimento en la costa gallega
Puertos del Estado, AA.PP. de La Coruña y Vigo, y
Qualitas Instruments Se instalaron dos
estaciones radar HF SeaSonde de CODAR en los
faros de Finisterre y Silleiro. Periodo de
Funcionamiento 6 meses
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Medidas de Teledetección (en costa)
Mapa de corrientes superficiales disponible en
tiempo real en Internet. Comparación de datos en
un punto con los datos de corriente de la Boya de
Silleiro.
Estudio del interés de su aplicación para la
navegabilidad, operatividad, seguridad y diseño
de las infraestructuras portuarias , operaciones
de salvamento marítimo, predicción de trayectoria
de derrames, calidad de aguas en playas y zonas
costeras, etc