Source: https://es.scribd.com/document/386791591/Modelos-Para-Prediccion-de-Viento-y-Oleaje
Timestamp: 2019-09-20 08:31:35+00:00

Document:
Modelos Para Prediccion de Viento y Oleaje | Ondas | Fenómeno físico
guardarGuardar Modelos Para Prediccion de Viento y Oleaje para más tarde
Las Corrientes Marinas 1
Estructuras sedimentaria1
SOLUCION_LINEAL_DE_LA_ECUACION_DE_ONDAS.pdf
ROMPE[1]
CUSTIONARIO_OLEAJE
1. DESCRIPCIÓN DEL OLEAJE
2. INTRODUCCIÓN A LOS MODELOS DE OLEAJE
3. EL MODELO WAM DE OLEAJE
4. FUNCIONAMIENTO DE UN MODELO DE OLEAJE
5. SISTEMAS DE PREDICCIÓN DE OLEAJE
6. REANÁLISIS DE OLEAJE
7. SISTEMA DE PREDICCIÓN DE PUERTOS DEL ESTADO
8. PREDICCIÓN A LO LARGO DE UNA RUTA MARÍTIMA
9. REANÁLISIS DE OLEAJE HIPOCAS: DATOS SIMAR
II Maestría Interuniversitaria en Ingeniería de Puertos y Costas ULPGC, Las Palmas de Gran Canaria, 24 de octubre de 2014 II Maestría Interuniversitaria en Ingeniería de Puertos y Costas ULPGC, Las Palmas de Gran Canaria, 24 de octubre de 2014
ÍNDICE 1.1 Descripción del oleaje : Definición
El oleaje consiste en ondas sobre la superficie del mar,
cuyo origen es el viento y que tienen periodos de entre
4. FUNCIONAMIENTO DE UN MODELO DE OLEAJE 1 y 30 s
5. SISTEMAS DE PREDICCIÓN DE OLEAJE Para estudiar la generación y el crecimiento del oleaje
es imprescindible conocer bien el viento sobre la
1.2 Descripción del oleaje: Generación 1.2 Descripción del oleaje: Generación
•Sobre una superficie de agua en calma, pequeñas • Longitudes de onda de pocos
fluctuaciones en la presión atmosférica asociadas con la centímetros.
turbulencia del aire sobre el agua, provocan pequeñas
perturbaciones sobre la superficie del mar. • Periodos de menos de 1 s.
•Este fenómeno genera ondas capilares. • Papel esencial en la formación
•Estas ondas tienen un crecimiento lineal al moverse en
resonancia con las fluctuaciones de presión. • Papel despreciable en su
1.2 Descripción del oleaje: Crecimiento 1.2 Descripción del oleaje: Crecimiento
• Las ondas capilares crecen hasta alcanzar un tamaño que • El crecimiento del oleaje depende del tiempo durante el que
interfiere en el flujo de aire que hay sobre la superficie del sople el viento y de la superficie del océano sobre la que
mar. esté soplando. Usualmente se emplea el término fetch para
definir esta combinación de tiempo y espacio.
•El viento empuja y arrastra las olas, transfiriendo energía y
momento a la superficie del mar y haciendo que el oleaje • El viento con velocidades superiores a 7 u 8 m/s, al chocar
crezca. con la cresta de las olas, hace que estas se rompan y que
aparezca espuma en la parte superior de las mismas. Esta
• A su vez, la fuerza con la que el viento afecta al oleaje es rotura hace que se pierda parte de la energía.
mayor cuanto mayor es este, por lo que el crecimiento, en
esta fase, es exponencial. • El oleaje en formación se llama mar de viento.
1.2 Descripción del oleaje: Crecimiento 1.2 Descripción del oleaje: Propagación
•Es muy irregular.
•El crecimiento continuará hasta que el viento pare o
•Las longitudes de onda rara vez sobrepasan los 100
se alcance un equilibrio en el que la absorción de
momento sea igual a la perdida producida por rotura
•Los periodos se mantienen por debajo de 12 segundos.
•Al existir en presencia del viento, es frecuente que las
crestas rompan.
• En esta fase del proceso sucede un fenómeno
denominado transferencia no lineal de energía,
mediante el que la energía de las ondas de periodo
bajo se transfiere a las de periodo más alto.
• Poco a poco, en la zona comienzan a aparecer olas
mas regulares de periodo mas largo cuya energía
proviene de las olas anteriores.
1.2 Descripción del oleaje: Propagación 1.2 Descripción del oleaje: Propagación
• Estas olas se desplazan mas rápidamente que el •La longitud de onda aumenta con
viento que las generó y por tanto abandonan la zona la distancia y la altura de las olas
de generación. disminuye.
•En esta fase el oleaje se llama mar de fondo. Tiene •Las longitudes de onda pueden
crestas largas y se desplaza conservando alcanzar varios centenares de
prácticamente intacta su energía durante largas metros.
•Los periodos pueden alcanzar los
1.3 Descripción del oleaje: Formulación 1.3 Descripción del oleaje: Formulación
• Debido al oleaje el agua bajo la superficie del mar se
• Para una onda de periodo T y longitud de onda Ȝ, la mueve describiendo círculos en el plano vertical.
velocidad de fase es c = Ȝ/T.
•Al describir cada círculo, el movimiento de avance de
•Las olas con longitudes de onda similares, se las partículas es algo mayor que el de retroceso, por
propagan a velocidades similares, y tienden a lo que en total se produce un ligero movimiento de
agruparse formando lo que se denominana grupos de avance de la masa de agua.
•La longitud de onda de un grupo de olas es la media
de las longitudes de onda de las olas que lo forman.
• La velocidad de grupo, en aguas profundas, a la que
se propaga un grupo de olas es la mitad de la
velocidad de fase correspondiente a la longitud de
onda del grupo.
•Estos dos movimientos hacen que exista energía
cinética y potencial asociada a la propagación del
•Tarde o temprano, el oleaje
•Esta energía se puede expresar en función de la llega a alguna zona en la que
amplitud del oleaje como: E = ȡga2/2 comienza a notar los efectos
•Se puede demostrar que esta energía se propaga
con el oleaje a la velocidad de grupo. Es lo que •Se dice que las olas “sienten”
denominamos flujo de energía: CgE el fondo cuando la profundidad
es aproximadamente un cuarto
• El oleaje se ha generado con distintas direcciones y de la longitud de onda.
distintas frecuencias, por lo que se propagará en
distintas direcciones y con distintas velocidades.
Este fenómeno se denomina dispersión
Expresando la relación de dispersión: En aguas intermedias Ȝ/25 < h < Ȝ/4
T2 = 2ʌȜ/g tanh(2ʌh/Ȝ) C2 = Ȝg tanh(2ʌh/Ȝ)/2ʌ
en función de la velocidad de fase c = Ȝ/T La velocidad depende de la frecuencia y de la profundidad,
disminuyendo con esta.
C2 = Ȝg tanh(2ʌh/Ȝ)/2ʌ
donde h es la profundidad, se puede ver que en aguas •En aguas muy someras, h<Ȝ/25
profundas, h > Ȝ/4 :
tanh(2ʌh/Ȝ) ~ 2ʌh/Ȝ
tanh(2ʌh/Ȝ) ~ 1; C2 = Ȝg/2ʌ C2 = gh
que expresado en función de la frecuencia: C = Tg/2ʌ= g/2ʌf la velocidad no depende de la frecuencia, oleaje no dispersivo, sólo
depende de la profundidad y la velocidad de fase y la velocidad de
Luego la velocidad de fase y la velocidad de grupo no dependen de la grupo se igualan.
profundidad pero sí de la frecuencia, el oleaje es dispersivo.
1.4 Descripción del oleaje: Aguas someras 1.4 Descripción del oleaje: Aguas someras
Esta disminución de la velocidad produce dos fenómenos:
• Asomeramiento (shoaling), que se manifiesta en un • El aumento de la altura del oleaje se produce por el
aumento de la altura del oleaje. principio de conservación de la energía: para que el flujo de
energía CgE no cambie, si la velocidad de grupo disminuye,
•Refracción, que implica un cambio de dirección de la energía aumenta, lo cual implica que la altura aumenta.
propagación del oleaje, girando la cresta hasta ponerse
paralela a las batimétricas. • El cambio de dirección se produce porque, al entrar una ola
en una zona de poca profundidad, la parte de la cresta que
está en agua más profunda se propaga a mayor velocidad,
tendiendo a “alcanzar” a la parte de la cresta que está en
aguas más someras.
• Otro fenómeno importante en aguas someras es la
difracción: se produce cuando la propagación del oleaje es
interrumpida por un objeto cuyas dimensiones son iguales o
menores a la longitud de onda.
•Detrás del objeto se genera una zona de sombra, pero las
olas que se propagan a los lados del objeto tienden a radiar
energía hacia la zona en sombra y las crestas giran en esta
Interacción con corrientes
•En aguas someras el fondo
•En aguas someras las corrientes son más fuertes y afectan
provoca la disipación de energía
al oleaje. Los efectos son muy parecidos a los del fondo:
del oleaje de diferentes
asomeramiento, refracción, difracción y rotura.
maneras: fricción, percolación y
•Por otra parte en aguas someras se produce una gran
disipación de energía del oleaje que es transferida a las
•Cuando el oleaje se propaga en
aguas muy someras (de
profundidad parecida a la altura
de ola) la parte de arriba de la
ola empieza a propagarse más
rápido que la parte de abajo,
hasta que la ola se vuelve
inestable y se rompe.
ÍNDICE 2. Introducción a los modelos de oleaje
•La superficie del mar esta compuesta por una multitud
2. INTRODUCCIÓN A LOS MODELOS DE OLEAJE de ondas de distinta frecuencia, fase y dirección.
3. EL MODELO WAM DE OLEAJE •La escala temporal y espacial necesaria para estudiar
cada onda es de segundos y de centímetros.
•La escala del área de estudio puede llegar a ser de miles
5. SISTEMAS DE PREDICCIÓN DE OLEAJE de kilómetros y el periodo de tiempo que abarca el
estudio de años.
7. SISTEMA DE PREDICCIÓN DE PUERTOS DEL ESTADO •Dos aproximaciones: Estadística y determinista
8. PREDICCIÓN A LO LARGO DE UNA RUTA MARÍTIMA •La aproximación estadística describe la evolución de
las características estadísticas de la superficie del mar.
•La aproximación determinista describe la evolución de
la superficie libre del mar.
2. Introducción a los modelos de oleaje 2. Introducción a los modelos de oleaje
•Tomamos una serie temporal de elevaciones en un punto: Ș(x,y,t)
Las características estadísticas de la superficie del mar varían •Esta serie temporal puede ser descompuesta, por análisis de
con escalas temporales y espaciales de horas y kilómetros. Fourier, en un gran número de ondas sinusoidales de diferentes
frecuencias, direcciones, amplitudes y fases:
Los modelos estadísticos no proporcionan información sobre n
la elevación de la superficie libre en función del tiempo y del K (t ) ¦a
j sin( jZ 0 t  I j )
espacio, y por lo tanto no informa sobre la fase del oleaje,
necesaria para reproducir algunos fenómenos como la • La varianza de las elevaciones Ș(x,y,t) se puede expresar como el
difracción y la reflexión. valor esperado del cuadrado de las amplitudes, (jaj2). A esta
función se le llama espectro de varianza del oleaje.
Escala de aplicación Estadísticos Deterministas
Oceánica X • Este espectro se puede expresar en términos de la energía del
Plataforma continental X oleaje, puesto que la energía es E = ȡga2/2, denominándolo espectro
Zonas locales X X de energía del oleaje
Interior de puertos y ensenadas X
• En los modelos de oleaje el dominio de frecuencias y direcciones
es discreto, por lo que cada valor a2 se considera el valor promedio
en un intervalo de frecuencia y dirección. La parte derecha de la ecuación, S, representa los términos
fuente de energía que están constituidos básicamente por:
• Si en la expresión del espectro dividimos cada amplitud por el
intervalo correspondiente obtenemos el espectro de densidad de S = Sin + Sdis + Snl
energía del oleaje. donde:
•Los modelos de oleaje basados en la aproximación estadística van a •Sin es el término de generación o entrada de energía por el
calcular el espectro de densidad de energía de oleaje para cada viento.
instante t, en cada punto del dominio, (x,y), para cada frecuencia f y •Snl es el término de intercambio de energía entre las
cada dirección ș: E(t,x,y, f,ș) a través de la siguiente ecuación de distintas componentes del espectro.
transporte de energía: •Sdis es el término de disipación de energía.
dE x, y, t , f , T
• El espectro de oleaje se puede ver como una distribución
estadística de la energía del oleaje y por lo tanto se pueden calcular
todos los parámetros estadísticos. H m0
•El momento de orden n será:
mn ³f
E ( f )df m 0
T m 01
•A partir del espectro y de los momentos, podemos derivar los
parámetros usualmente empleados para definir el oleaje. Por ejemplo
la altura de ola significante Hm0, los periodos medios Tm02 y Tm01, el
periodo de pico Tp, la dirección media del oleaje șm, etc. m 0 Este es el periodo medio equivalente al
T m 02 de cruce por cero
2. Introducción a los modelos de oleaje ÍNDICE
El espectro de densidad de acción de oleaje, N(f ș x, y, t) está
directamente relacionado con el espectro de densidad de energía, 2. INTRODUCCIÓN A LOS MODELOS DE OLEAJE
E(f ș x, y, t) a través de la relación: .
N = F/V
Siendo f la frecuencia absoluta del oleaje (observada en un marco de 5. SISTEMAS DE PREDICCIÓN DE OLEAJE
referencia fijo), y V la frecuencia relativa del oleaje (observada en un
marco de referencia que se mueve con la corriente U). 6. REANÁLISIS DE OLEAJE
Los modelos desarrollados para aplicaciones eminentemente
costeras, han de tener en cuenta la variación con el tiempo de la 8. PREDICCIÓN A LO LARGO DE UNA RUTA MARÍTIMA
profundidad y la corriente y por esta razón están formulados en
términos de la acción de oleaje. 9. REANÁLISIS DE OLEAJE HIPOCAS: DATOS SIMAR
3. El modelo WAM de oleaje 3. El modelo WAM de oleaje
•En 1984, Klaus Hasselman propone crear el grupo WAM para desarrollar •Diez años después se cumplieron los objetivos y el WAM es actualmente
un modelo de tercera generación de oleaje (modelo WAM) sin asumir el modelo operativo del ECMWF, y quizás, el modelo más extendido y
ninguna parametrización previa del espectro. verificado.
•Esta iniciativa responde a las recomendaciones de varios grupos que •El método numérico utilizado para resolver las interacciones no lineales
manifiestan la necesidad de modelar correctamente las transferencias no es satisfactorio.
lineal de energía entre las componentes del espectro prescindiendo de
aproximaciones paramétricas que demuestran producir resultados poco •El término que describe la rotura de las olas por el viento es una de las
satisfactorios. mejores aportaciones.
•Dentro de los objetivos del grupo figuraba la instalación del modelo en el •El balance entre la entrada de energía por el viento y la disipación es
Centro de Predicción a Medio Plazo (ECMWF, Reading, U.K.) y la correcto pero no es del todo conocido si individualmente cada uno de los
publicación de un libro con los resultados. términos es correcto.
•Se obtuvo financiación para el grupo de varias instituciones: WMO, •En conjunto, es un modelo que produce unos resultados correctos con un
SCOR, ESA, NASA coste computacional aceptable para un sistema de predicción.
Se describe aquí brevemente el ciclo 4 del modelo en su versión de aguas
•La organización del grupo WAM fue muy libre y flexible, con reuniones
anuales para recoger las sugerencias y modificaciones de los usuarios y
emitir nuevas versiones del modelo.
El WAM es un modelo de generación de oleaje que integra la ecuación
básica de transporte que describe la evolución de un espectro
•Desafortunadamente, esta filosofía de mantener una única versión del
bidimensional de densidad de energía de oleaje F(f,T,O,I ,t) en
modelo se perdió después de la última reunión del grupo en 1994, y
coordenadas esféricas, con respecto, con respecto a la frecuencia (f) y
actualmente existen múltiples versiones del modelo, algunas con
dirección (T) sin hacer ninguna predeterminación de la forma del mismo
esquemas de asimilación de datos, otras con esquemas de acoplamiento
con modelos atmosféricos, etc.
wF w x w x w x
 (cos I ) 1 (M cos IF )  (O F )  (T F ) S
•Puertos del Estado (PE), que perteneció al grupo WAM desde 1986 y wt wI wO w
participó en diferentes aspectos del desarrollo ha desarrollado también su
donde (S) es el término fuente neto que describe el cambio de energía de
un grupo de olas propagándose a lo largo de una línea geodésica.
Para la propagación se aplica un esquema de primer orden Los tres términos fuente, para el caso de aguas profundas, describen
paramétricamente la transmisión de energía por el viento (Sin), la
transferencia no lineal entre componentes de oleaje (Sds) y disipación
F jn 1 F jn  ¦
'xk cos T j
u cos IF n j  u cos IF n @
k (Sds)
k S Sin  S nl  S ds
en este caso el índice (n) se refiere al paso de tiempo y el índice (k_) al
punto vecino en el sentido "upstream". El modelo se procesa sobre una son descritos explícitamente y se integran por diferencias finitas según un
malla esférica en latitud longitud para una región arbitraria del océano. esquema implícito de segundo orden definido por
Fn 1 Fn  ( S n 1  S n )
donde ('t) es el incremento del tiempo y el índice (n) se refiere al paso de
. .Noes conveniente utilizar el modelo para resoluciones de malla del orden
de minutos o para aguas con profundidades menores de 20 metros.
Existe una opción en el modelo para su uso en aguas
someras que incluye un termino fuente (Ssf) para el Existen dos tipos de limitaciones:
rozamiento con el fondo y modificaciones en el calculo de
(Sds) y (Snl). Numéricas:
El esquema numérico de primer orden utilizado en el modelolo hace
La relación de dispersión y la velocidad de propagación se extremadamente costoso en tiempo de computación y fácilmente
calculan en función de la profundidad inestable.
Se incluye también en la ecuación, la refracción del oleaje por •Modelo no formulado en términos de acción de oleaje
la pendiente del fondo marino. •Ausencia de mecanismo de rotura del oleaje
•Términos de rozamiento con el fondo poco desarrollados
•Ausencia de un mecanismo de interacción no lineal por “triadas”.
Modelos espectrales aguas someras Modelos espectrales aguas someras
El modelo WAVEWATCH es un modelo para regiones costeras,
desarrollado por Hendrik Tolman. El modelo SWAN es un modelo para regiones costeras,
desarrollado por N. Booij, R.C. Ris y L.H. Holthuijsen.
Especialmente desarrollado para el estudio de la interacción entre
el oleaje y las corrientes. Es el modelo base para el grupo WISE (Waves in Shallow Enviroments),
que es una continuación del grupo WAM para aguas someras.
Ecuación de transporte de energía en términos del espectro de
densidad de acción del oleaje en lugar del espectro de densidad de Ecuación de transporte de energía en términos del espectro de
energía. densidad de acción del oleaje en lugar del espectro de densidad de
wN wC x N wC y N wCV N wCT N S energía.
wt wx wy wV wT V
Inclusión de dos términos fuente nuevos: la interacción entre
Los términos fuente son los mismos que los del modelo WAM, componentes de oleaje por tríadas y la rotura inducida por el fondo.
excepto el término de fricción por el fondo
El esquema numérico trata por separado la propagación y la
refracción, con lo que es mucho más estable numéricamente.
4. Funcionamiento de un modelo de oleaje:
ÍNDICE Forzamientos y salidas
l batimetría.
Definición de la malla y la b ti t í
1. DESCRIPCIÓN DEL OLEAJE Lo primero que tenemos que hacer es decidir que área del mar vamos a
cubrir y con qué resolución.
8. PREDICCIÓN A LO LARGO DE UNA RUTA MARÍTIMA Resolución de 10’- 5’
Resolución de 1º - 0.25º
4. Funcionamiento de un modelo de oleaje: 4. Funcionamiento de un modelo de oleaje:
Forzamientos y salidas Forzamientos y salidas
Para calcular la evolución del espectro del oleaje el modelo necesita . información durante la integración es:
unas condiciones iniciales y una serie de datos a intervalos regulares
durante la integración xCampos de viento a 10 m. cubriendo el área modelizada durante el
periodo de estudio, en intervalos regulares y en una malla regular,
La información inicial es: producidos por un modelo atmosférico. Pueden corresponder a una
predicción o a un análisis.
xCaracterísticas iniciales del espectro de oleaje en cada punto de
la malla. Pueden ser simuladas o reales, en este último caso habrían xCondiciones de contorno si la aplicación es de área limitada.
sido producidas por otro proceso anterior.
xCampos de corrientes marinas en intervalos regulares. Esto no es
xEspecificaciones sobre pasos de tiempo de integración, pasos de estrictamente necesario y además solo pueden considerarse los campos
tiempo para las salidas del modelo, parámetros solicitados, etc. de corrientes bajo ciertas restricciones (variación lenta en el tiempo y el
Forzamientos y salidas Verificación
La información básica suministrada por un modelo es:
. La forma de comprobar la calidad de los campos de oleaje
xEspectro completo de oleaje en una serie de puntos proporcionados por los modelos es compararlos con datos reales.
seleccionados y en intervalos regulares.
xParámetros integrados de oleaje (Hs, Tm, Tp, etc.) en todos los •Para cuantificar estos errores recurrimos a estimadores estadísticos.
puntos y en intervalos regulares. Estos son usualmente la correlación, el sesgo, la desviación típica.
La siguiente figura muestra un esquema del funcionamiento de un modelo •La inspección visual y subjetiva de las series temporales de los registros
de este tipo. es muy útil para derivar conclusiones que a veces no son evidentes
mediante la estadística. Por ej: una subestimación sistemática de los
Campos de viento picos pero que sólo afecta a dos o tres valores de la serie.
T+'t T+2't T+3't ............
Condiciones p p p
de arranque                ..........
Salidas del modelo Condiciones de
•Existen múltiples sistemas para medir el oleaje. .
•El sistema mas utilizado consiste en utilizar acelerómetros
montados en boyas oceanográficas. Este sistema puede
proporcionar también el espectro direccional del oleaje si registramos
el cabeceo de la boya.
•Los registros procedentes de las boyas suelen estar en puntos
cercanos a la costa y son además escasos.
•Para medir el oleaje en mar abierto y globalmente, se utilizan cada
vez mas los datos proporcionados por satélites colocados en órbitas
polares que proporcionan mediciones globales y continuas con
márgenes de error del 10% para la altura de ola.
Verificación del Sistema de
Puertos del Estado con datos
de la boya de Silleiro
Tabla 3.: Verificación estadística del WAM con datos de altímetro.
. . Muestra Media Sat Media Mod Corr. Pend. Interc. EMC Sesgo Disp.
4916 3.066 3.008 0.890 0.82 0.51 0.586 -0.057 0.191
Ejemplo de la comparación de
datos del modelo WAM forzado con
campos de viento suministrados
por Oceanweather Inc. con datos
producidos por el altímetro del
satélite TOPEX/POSEIDON para
los meses de noviembre a marzo
de 1996 en el Golfo de Vizcaya.
Lo que se intenta cuantificar es el error del modelo de oleaje, pero hay que tener
en cuenta que existen otros factores que influyen en la comparación:
•Podemos, adicionalmente, intentar cuantificar el error que
•Error de la medición: Los márgenes de error de cada instrumento pueden ser proviene del forzamiento del modelo comparando los campos de
consultados en las especificaciones proporcionadas por el fabricante del sistema. viento utilizados con registros de viento.
•Error estadístico: Los registros de oleaje muestran una variabilidad del orden de •Han de ser registros en mar abierto, no influenciados por la
un 5% a un 10% en cuanto a la altura. orografía local, no asimilados por el modelo meteorológico y
modificados si es necesario para ser comparados después a la
•Error de la comparación: Las mediciones de la naturaleza y los valores misma altura equivalente.
procedentes del modelo, no son exactamente coincidentes en el tiempo y en el
espacio. Un incremento en la resolución del modelo normalmente disminuye este
error. •La gran variabilidad espacial y temporal de los campos de viento
hacen aconsejable su filtrado antes de la comparación.
•Error del forzamiento: La comparación de la salida del modelo con datos reales
muestra un error que incluye el error existente en los campos de viento
Acoplamiento con modelos atmosféricos y de corrientes
Acoplamiento con modelos
•El océano y la atmósfera evolucionan de una forma conjunta y atmosféricos y de corrientes
existe un flujo de información en los dos sentidos.
•Los modelos de oleaje acoplados
•En principio solo un modelo unificado puede dar una completa con modelos de corrientes, recibirán
descripción de la atmósfera y el océano. de estos información sobre las
corrientes que provocarán refracción
•Los modelos de oleaje acoplados con modelos atmosféricos, de la dirección y variación del
suministran información sobre la rugosidad de la superficie del momento del oleaje y les facilitarán
mar al modelo atmosférico para el calculo correcto del perfil momento.
del viento en la capa límite.
Acoplamiento con modelos deterministas de oleaje
•Los modelos espectrales tienen ciertas limitaciones que están implícitas
en la descripción espectral del oleaje, y por lo tanto, su aplicación en
aguas someras tiene ciertos límites.
•Es frecuente recurrir a modelos deterministas acoplados a los modelos
espectrales, de forma que estos reciben como condiciones de contorno
los espectros de energía del oleaje y los propagan teniendo en cuenta
fenómenos muy locales como la reflexión o la difracción.
Puerto de Barcelona: Superficie libre en un
instante (MSP) Oleaje Sur, Tp= 1s
En Cartagena el modelo de agitación ha sido ejecutado para
• Agitación portuaria
periódos entre 7 y 18 segundos, cada segundo y 9 direcciones.
• Modelos Mild slope elíptico y de Boussinesq
•Ejecución previa de la versión monocromática del modelo
para una serie de ondas de altura 1 m. y una selección de
direcciones y de periodos, que configuran una librería
•En cada ciclo de predicción, para cada hora del horizonte de
72 horas, se propaga el espectro del modelo más cercano al
puerto, considerando cada componente del espectro como una
onda monocromática con su correspondiente dirección y
H (i, j ) 2 2 S (i, j )'f 'T
Periodo 9 s, direcciones desde W50S hasta W30N Periodo 14 s, direcciones desde W50S hasta W30N
ÍNDICE 5. Sistemas de predicción de oleaje
Una predicción consiste en simular la evolución de un fenómeno físico desde el
2. INTRODUCCIÓN A LOS MODELOS DE OLEAJE presente hacia el futuro.
3. EL MODELO WAM DE OLEAJE Para realizar la simulación se utilizan:
4. FUNCIONAMIENTO DE UN MODELO DE OLEAJE •Modelos matemáticos, que resuelven las ecuaciones que rigen el fenómeno.
•Predicción del forzamiento, que genera y modifica el fenómeno: para
5. SISTEMAS DE PREDICCIÓN DE OLEAJE predecir el oleaje hace falta una predicción de viento
6. REANÁLISIS DE OLEAJE En cada ciclo de predicción:
7. SISTEMA DE PREDICCIÓN DE PUERTOS DEL ESTADO •Se parte de unas condiciones iniciales.
•Se simula un periodo ya pasado para validar y/o corregir con medidas reales.
8. PREDICCIÓN A LO LARGO DE UNA RUTA MARÍTIMA •Se simula un periodo futuro (horizonte de predicción)
5. Sistemas de predicción de oleaje 5. Sistemas de predicción de oleaje
FORZAMIENTO •Tradicionalmente se han efectuado predicciones manuales de oleaje
a partir de las cartas del viento previsto en superficie, el problema de
este método es que es muy subjetivo y poco fiable.
•Durante la Segunda Guerra Mundial, y para asegurar las operaciones
CONDICIONES de desembarco, creció el interés por disponer de sistemas fiables de
INICIALES pasado futuro (t) predicción de oleaje.
•El desarrollo de los modelos de generación de oleaje permitió el
desarrollo de los sistemas de predicción de oleaje basados en los
MEDIDAS mismos.
•Un sistema de este tipo depende de un sistema de predicción
meteorológico que le proporciona campos de viento analizados y
•Actualmente existen multitud de sistemas de predicción, globales y previstos.
locales, operados por instituciones públicas y privadas.
•El sistema consta de módulos con procedimientos de control de la
•Los beneficios de la predicción de oleaje son bien conocidos en áreas ejecución, módulos con procedimientos de comunicaciones y módulos
tales como la ingeniería de costas, en la navegación (permite con procedimientos de control de los modelos.
optimizar las rutas de navegación y hacerlas más seguras) en el
salvamento marítimo, etc. •Puede estar formada por una o varias aplicaciones de modelos con sus
correspondientes programas de preproceso y postproceso de datos.
•Asimismo, la acumulación con el paso de los años de la información
producida, permite efectuar estudios detallados del clima marítimo •Para su funcionamiento, es necesario contar con datos en tiempo real o
diferido para verificar los resultados y, si dispone de esta posibilidad, para
su asimilación.
•Una vez terminada una ejecución la información se difunde a
través de Internet y otros sistemas (fax, e-mail, etc.).
•Un modelo atmosférico global puede integrar hasta un horizonte entre 5
•Los resultados se salvan en una base de datos para ser y 10 días, y los modelos de área limitada, entre 48 y 72 horas de
utilizados posteriormente para desarrollar estudios de régimen horizonte.
medio y extremal de oleaje.
•El horizonte de un modelo de oleaje esta únicamente limitado por el
horizonte de los campos de viento utilizados.
predicción predicción WWW
meteorológica de oleaje •Durante un ciclo de predicción, el modelo reanaliza un periodo pasado
desde que lee las condiciones de arranque hasta la hora 0 del ciclo de
•En esta fase, además de los campos de viento analizados, el modelo
puede estar asimilando datos reales para corregir los campos de oleaje
Redes de Banco
producidos y llevar a cabo la predicción desde unas condiciones lo mas
parecido posible a la realidad.
5. Sistemas de predicción de oleaje ÍNDICE
.. dn dn+1 dn+2 dn+3 ..
12Z 0Z 12Z 0Z 12Z 0Z 12Z 0Z 12Z 0Z
| 2. INTRODUCCIÓN A LOS MODELOS DE OLEAJE
(c/i) | | | | |
aaaappppppppppppppppp 3. EL MODELO WAM DE OLEAJE
(c/i) | | | |
| 4. FUNCIONAMIENTO DE UN MODELO DE OLEAJE
aaaappppppppppppppppp
| (c/i) | | | |
aaaappppppppppppppppp 6. REANÁLISIS DE OLEAJE
| (c/i) | | |
| 7. SISTEMA DE PREDICCIÓN DE PUERTOS DEL ESTADO
aaaapppppppppppppppp
| | (c/i) | | | 8. PREDICCIÓN A LO LARGO DE UNA RUTA MARÍTIMA
| 9. REANÁLISIS DE OLEAJE HIPOCAS: DATOS SIMAR
| | (c/i) | |
6. Reanálisis de oleaje 6. Reanálisis de oleaje
•Un reanálisis de oleaje consiste en la ejecución de un modelo
numérico, instalado en una región y procesado a lo largo de un •Una vez validada, la salida del reanálisis es una fuente de
periodo de tiempo, normalmente décadas. información muy valiosa, tanto por la extensión del área
modelizada como por la longitud del periodo cubierto, así como
• El forzamiento del modelo consiste en campos de viento por la homogeneidad y la resolución.
analizados. Estos campos de viento suelen ser de muy buena
calidad porque ya han sido sometidos a asimilación de datos. •Es muy útil para calcular condiciones de diseño: régimen medio
y régimen extremal
•De esta manera se obtiene la salida del modelo, en la resolución
espacial y temporal que se elija. Por ejemplo, se pueden obtener •La homogeneidad de los datos los convierte en una buena
todos los parámetros de oleaje, para un periodo de 40 años, cada herramienta para estudiar tendencias del clima
hora y con una resolución de pocos kilómetros.
ÍNDICE 7. Sistema de predicción de Puertos del Estado
1. DESCRIPCIÓN DEL OLEAJE Espaciamiento variable + anidamientos para aumentar la resolución de
aguas abiertas a la costa.
Resolución de 10’- 5’
Aplicaciones anidadas de 5’, 2.5’ y 1’
7. Sistema de predicción de Puertos del Estado 7. Sistema de predicción de Puertos del Estado
Sistema de Predicción de Oleaje de Puertos del Estado/AEMET de
La predicción de oleaje de Puertos del Estado está dividida en escala oceánica.
• Desarrollado por Puertos del Estado.
•El sistema de escala oceánica : Sistema de
predicción PE / AEMET • Operativo en Puertos del Estado desde 1995.
• Operativo en la AEMET desde 2002.
•El sistema de escala local : Sistema SAPO de nodos locales de • Basado en el modelo WAM de oleaje.
predicción anidados al Sistema de predicción PE / AEMET • Forzamiento de viento del modelo HIRLAM de la AEMET.
• Dos ciclos al día con un horizonte de 72 horas.
• Salida gráfica consistente en mapas, tablas y series temporales.
Aplic Aplic Aplic
local local local • Verificación en tiempo real.
• Base de datos oceanográficos: puntos WANA
• Consulta en la web de Puertos del Estado, en abierto:
www.puertos.es.es
DATOS WANA Sistema de Predicción de Oleaje de Puertos del Estado de escala local.
• En cada ciclo de predicción (cada 12 horas) se procesan 12 horas
de análisis y 72 horas de predicción • Modelo de oleaje SWAN
• Campos de viento procedentes del HIRLAM – AEMET.
• Las 12 horas de análisis son previas al ciclo y el modelo se alimenta
con campos de viento analizados, han sido sometidos a asimilación • Horizonte de predicción de 72 horas, en dos ciclos.
de datos: muy buena calidad. • Área de unos 25x25 kilómetros entorno a un puerto con una
• Juntando estas series de 12 horas de cada ciclo, se obtienen una resolución de entre 200 a 500 m.
serie continua. • Sistemas de alerta basados en umbrales de peligrosidad definidos
por la Autoridad Portuaria.
• Esta información, en un conjunto de puntos de malla seleccionados,
se almacena en la base de datos • En algunos puertos se incluye módulo de agitación en el interior del
Mensaje enviado a una lista de usuarios.
1. Umbrales de alerta, para Hs, Tp y Velocidad del
viento establecidos por la autoridad portuaria:
2. Alerta por oleaje procedente de alguna dirección
3. Alertas por rebase
ALERTA POR REBASE
Se ha implementado en la bocana norte,
el dique este y el dique sur del Puerto de Barcelona
Se han establecido varios tramos en función de su orientación y
Se han considerado dos formulaciones de rebase:
Franco et al para los tramos de dique vertical Tramo Formulación Punto Rc Asi. Dir. incident
q gHm 0  0.082  exp(3 Rc Hm 0 g b g s ) D. Sur Tramo II Vertical - Franco S3 6 0 128º
D. Sur Tramo III Talud - Eurotop S5 11 0 77º
Eurotop 2007 para los tramos en talud
D. Este Tramo 3 Talud - Eurotop S11 9 1 116º
q gHm 0 3  0.2  exp(2.3 Rc Hm 0 J f )
D. Este Tramo 4 Talud - Eurotop S9 12 0.8 100º
Donde: D. Este Tramo 5 Talud - Eurotop S9 12.8 1.8 100º
g es la gravedad D. Este Tramo 6 Talud - Eurotop S5 11.5 0 76º
Hm0 es la altura significativa proyectada
Bocana Norte Vertical - Franco S12 6 0.5 108º
Rc es el francobordo corregido con el nivel de mar y el asiento
Ȗf = 0.6
7. Sistema de predicción de Puertos del Estado ÍNDICE
8. Predicción a lo largo de una ruta marítima 8. Predicción a lo largo de una ruta marítima
• El concepto de autopista del mar surge en el Libro Blanco de
• A partir de la hora de salida y de la velocidad, se calcula la Transporte de la Comisión Europea de septiembre de 2001.
posición del barco, a lo largo de la ruta, en cada hora en punto.
• El objetivo es reactivar el transporte marítimo para hacer frente a
Utilizando la predicción del horizonte correspondiente: la congestión que sufre el transporte por carretera en Europa.
• Para cada posición se calculan los parámetros previstos de
viento y oleaje, interpolados de los 4 puntos de malla que le • La Autopista del Mar debe representar un salto cualitativo
rodean. respecto al transporte marítimo de corta distancia, suponiendo
una oferta equiparable en calidad-precio al transporte por
• Para cada hora, se ofrece el mapa de isolíneas de viento y carretera.
oleaje, en el que se representa la posición del barco.
• La rutas seleccionadas como Autopistas del Mar deben mantener
una serie de criterios de calidad: frecuencia, coste, simplicidad
procedimientos administrativos, etc
Predicción de Oleaje de Escala Portuaria: SAPO
España y Francia están participando en el desarrollo de dos
Gijón – Saint Nazaire
Vigo – Saint Nazaire
Algeciras - Vigo - Le Havre
Predicción de Oleaje de Escala Portuaria: SAPO Predicción de Oleaje de Escala Portuaria: SAPO
Predicción de Oleaje de Escala Portuaria: SAPO ÍNDICE
9. Reanálisis de oleaje HIPOCAS: Datos SIMAR 9. Reanálisis de oleaje HIPOCAS: Datos SIMAR
Reanálisis de oleaje
• Proyecto europeo del V Programa Marco realizado en •Se integra el WAM a lo largo de un periodo de 40 años forzado con
colaboración con varios institutos. datos de viento del REMO cada hora.
•La versión del WAM que ha sido utilizada es el ciclo 4 en su
•Reanálisis de 40 años, desde el 1 de enero de 1958 hasta el 31 de versión operativa en Puertos del Estado.
diciembre de 2001, de diferentes parámetros para las costas
•El esquema de mallas es el mismo que el del sistema de
Europeas: viento, oleaje, nivel del mar y corrientes.
predicción de escala oceánica de Puertos del estado.
•Producto final:Base de datos de 40 años, homogénea y de alta •Los pasos de tiempo son de 300 s. Para la propagación y 600 para
resolución atmosférica y oceánica la integración de términos fuente.
•La salida es cada 3 horas.
Índice de correlación de la altura significativa de oleaje
Serie temporal de altura significativa de oleaje. Línea negra: modelo,
línea azul: boya de Cabo de Palos
Índice de correlación del periodo de pico del oleaje Validación
del reanálisis frente a los
datos de la boya de
Cabo de Gata: la
concordancia depende
Validación Estudio de la variabilidad anual de Hs
Salida del modelo en las posiciones de las diferentes boyas.
• En general hay una buena concordancia entre la salida del modelo y
los datos de las boyas.
•En el Atlántico el índice de correlación es muy alto.
• Se han detectado algunos problemas en la costa del mediterráneo Max Max
afectada pro vientos soplando desde tierra: Vientos del este en el mar de 99% 99%
Estudio de tendencias de Hs (m/y) Estudio de tendencias de Hs (m/y)
Pendiente del ajuste lineal de los diferentes percentiles en distintos puntos Pendiente del ajuste lineal de los diferentes percentiles en distintos puntos
50% 90% 99% 100%
• Se observa una tendencia decreciente en el viento que sopla entre
los Pirineos y el Macizo Central, que afecta a la generación de oleaje
• Esta tendencia se ve confirmada por el análisis hecho con la salida
• Este viento está muy afectado por la orografía
• No se han encontrado más tendencias.
Documentos similares a Modelos Para Prediccion de Viento y Oleaje
Guadalupe Rodriguez Zamora
Ass115 Intro
Más de Manuel Dorado Rasero
Clima Mapa 08texto Corregido
Diagramas de Interacción Adimensionales
Programa Para Ajustar Variogramas

References: Resolución 

Resolución 
 resolución 
 resolución

 resolución 
 resolución 

Resolución 
 resolución 

resolución