Date post: | 11-Feb-2016 |
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Módulo 1: Mareas.
Capacitación Oceanográfica DOP.
Francisco Molteni Pérez.
Ingeniero Civil Oceánico.
Mareas
• Generalidades
• Marea astronómica
– Efecto gravitacional de la luna.
– Efecto combinado del sol y la luna.
– Predicción de marea: análisis armónico.
– Tablas de marea.
• Marea meteorológica (89
– Efecto de las tormentas.
– Factores climáticos.
• Sistemas de medición de mareas
– Equipos de medición.
– Red mareográfica nacional.
• Normativa existente.
– Pub 3201 y 3202
Mareas: Generalidades.
Las mareas son creadas por el efecto gravitacional de la luna y el sol sobre la tierra.
La visión más familiar para un observador en la costa es la de ascensos y descensos del
nivel del mar dos veces al día.
Las mareas también generan corrientes de marea que interactúan con el fondo para
producir turbulencia.
La luna domina la principal componente de la marea, la cual se manifiesta en un período
de 12.42 horas.
La marea es una onda larga que se propaga en aguas poco profundas.
La marea se refleja (no rompe), excepto en “bore”. La onda de marea está afecta a
efectos de resonancia, interferencia de masas de tierra, fondo y Coriolis
Mareas: Generalidades.
Mareas: Marea Astronómica.
La marea astronómica es aquella producida por la luna y el sol, astros
principales que interactúan con nuestro planeta.
Es posible predecir su comportamiento a partir del análisis armónico de una
serie de datos de mareógrafo de entre 1 mes y 1 año.
Mediciones mareográficas de menor extensión no son recomendables
El análisis armónico produce un conjunto de constantes armónicas
características del puerto.
Deben recalcularse cada cierto número de años.
Estas componentes son utilizadas para confeccionar las tablas de marea
oficiales del Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile.
Producida por la acción conjunta de las fuerzas de los astros que interactúan con
nuestro planeta, específicamente el sol y la luna.
Las fuerzas que interactuan en el sistema son :
Fuerza Centrífuga (Tierra – Luna).
Fuerza de atracción Gravitacional (Tierra-Luna – Sol).
Mareas: Marea Astronómica.
Fuerza Centrífuga (FC):
Fuerza Gravitacional (FG):
Mareas: Marea Astronómica.
Fuerza Productora de Mareas (Ft):
R
r
A B
r cos
CFt = Fg - Fc
FT= G m1 m2 - G m1 m2
(R-r)2 R2
FT= G m1 m2 r (2R-r)
R2 (R-r)2
FT= G m1 m2 2r
R3
“r” << R
Mareas: Marea Astronómica.
Efecto Gravitacional de la luna
Mareas: Marea Astronómica.
Explicación del período de 12.42 Hrs.
Mareas: Marea Astronómica.
Efecto conjunto de la luna y el sol:
– Mareas de Sicigias (máxima amplitud).
– Mareas de Cuadraturas (mínima amplitud).
Mareas: Marea Astronómica.
Efectos de la luna y el sol:
– Sicigia: cuando la luna y el sol están en línea recta, coinciden en alineamiento
sus fuerzas gravitatorias sobre la tierra.
– Se producen las mareas
más altas y más bajas del mes
(mayores rangos de marea).
– Ocurren cada 14.76 días.
– Luna llena y luna nueva.
Mareas: Marea Astronómica.
Efectos de la luna y el sol:
– Cuadratura: la atracción de la luna y el sol se encuentran en un ángulo de 90º
entre ellas.
– Se producen las menores
variaciones.
– Luna en fase cuarto creciente
y cuarto menguante.
Mareas: Marea Astronómica.
Efectos de la declinación de la luna:
28º N
28º S
27.2 días
marea mixta
marea semi diurna
marea diurna
marea semi diurna
marea mixta
Mareas: Marea Astronómica.
Mareas: Marea Astronómica.
• Predicción de Marea: se puede realizar mediante el ANÁLISIS ARMÓNICO de
marea, el cual considera que ésta es una suma de componentes de mareas
parciales, cuyos períodos coinciden con el período de uno de los movimientos
astronómicos relativos entre la Tierra, la Luna y el Sol.
con
:
:
:
:
:
:
2)cos()(
i
i
i
ii
o
i
i
ii
n
i
iio
T
z
a
Taztz
w
d
dw
pwdw
+
=++= å t+
nivel medio local
amplitudes locales
fase
desfase
rapidez de cambio de fase de datos astronómicos
período
Mareas: Marea Astronómica.
Principales componentes armónicas:
Name of partial
tides
Name Coefficient
ratio
Equilibrium
Amplitude
Period
M2= 100 (m) (hr)
Semidiurnal
Principal lunar M2 100.0 0.242334 12.4206
Principal solar S2 46.6 0.112841 12.0000
Lunar elliptic N2 19.2 0.046398 12.6584
Lunisolar K2 12.7 0.030704 11.9673
Diurnal
Lunisolar K1 58.4 0.141565 23.9344
Principal lunar O1 41.5 0.100514 25.8194
Principal solar P1 19.4 0.046843 24.0659
Elliptic linar Q1 7.9 0.019256 26.8684
Long Period
Lunar fortnightly Mf 17.2 0.041742 327.85
Lunar monthly Mm 9.1 0.022026 661.31
Solar semiannual Ssa 8.0 0.019446 4383.05
Mareas: Marea Astronómica.
Coeficiente determinante del régimen de mareas: Courtier
K1+ O1
M2+ S2F =
Name of partial
tides
Name Coefficient
ratio
Equilibrium
Amplitude
Period
M2= 100 (m) (hr)
Semidiurnal
Principal lunar M2 100.0 0.242334 12.4206
Principal solar S2 46.6 0.112841 12.0000
Lunar elliptic N2 19.2 0.046398 12.6584
Lunisolar K2 12.7 0.030704 11.9673
Diurnal
Lunisolar K1 58.4 0.141565 23.9344
Principal lunar O1 41.5 0.100514 25.8194
Principal solar P1 19.4 0.046843 24.0659
Elliptic linar Q1 7.9 0.019256 26.8684
Long Period
Lunar fortnightly Mf 17.2 0.041742 327.85
Lunar monthly Mm 9.1 0.022026 661.31
Solar semiannual Ssa 8.0 0.019446 4383.05
Mareas: Marea Astronómica.
Tipos de Marea: Definiciones
– Marea Diurna: cuando predomina la onda diurna y se produce una sola pleamar y
una sola bajamar en cada día durante la mayor parte del mes.
– Marea Semidiurna: predomina la onda semidiurna y se producen dos pleamares y
dos bajamares cada día con una desigualdad relativamente pequeña entre sus
alturas.
– Marea Mixta: resultan importante la onda diurna como la semidiurna,
caracterizándose por una desigualdad de las alturas de las pleamares y
bajamares.
Mareas: Marea Astronómica.
Análisis No Armónico: Valores no armónicos
– Corresponde al conjunto de parámetros que permiten describir el
comportamiento de la marea en una localidad específica, siendo inferidos de las
observaciones realizadas en el sitio de interés.
– Sirven para el cálculo de planos mareales y permiten al ingeniero la
determinación de planos de referencia.
Mareas: Marea Astronómica.
Análisis No Armónico: Planos de marea
– Nivel Medio del Mar: Promedio aritmético de la serie de datos registrada.
– Nivel Medio de la Marea: Promedio de todas las pleamares y bajamares de la
serie de datos registrada
– Altura Media de la Bajamar: Promedio de todas las bajamares de la serie de
datos registrada.
Mareas: Marea Astronómica.
Análisis No Armónico: Planos de marea
– Bajamar Mínima: Promedio de las bajamares más baja de la serie de datos
registrada.
– Altura Media de la Pleamar: Promedio de todas las pleamares de la serie de
datos registrada.
– Pleamar Máxima: Promedio de las pleamares más altas de la serie de datos
registrada.
Mareas: Marea Astronómica.
Análisis No Armónico: Planos referenciales
Mareas: Marea Astronómica.
Análisis No Armónico: Planos de marea
– Nivel de Reducción de Sondas: Plano determinado por la mayor bajamar en
sicigias estando la Luna en Perigeo.
– Cotas de Marea: Punto fijo de referencia instalado en una superficie estable.
Mareas: Marea Astronómica.
Determinación del NRS:
Mareas: Marea Astronómica.
Análisis No armónico: Planos mareales
Mareas: Marea Astronómica.
La presión atmosférica, el viento y el oleaje producen variaciones de nivel del mardurante un temporal:
• Duración: horas a días.
• Magnitud: decenas de cm a varios metros.
• Mayores en latitudes altas y aguas someras.
Mareas: Marea Meteorológica.
Mareas: Marea Meteorológica.
Storm Surge Barriers
Mareas: Marea Meteorológica.
Mareas: Mediciones de Marea.
Como la marea es una variable local, su caracterización exige mediciones in-situ. En
general, la ingeniería preliminar puede proceder con estimaciones de las tablas de
marea.
Como es un fenómeno determinístico, generalmente basta con un mes de medición
continua (mejor 2 meses). En casos en que se requiere mayor precisión (navegación) se
deben tener registros de larga extensión (>10 años) a objeto de capturar las
componentes estocásticas (marea residual).
Para un proyecto marítimo es relevante establecer los niveles de referencia. El SHOA y
DIRECTEMAR exigen usar el NRS.
También se requiere para establecer la correlación viento-marea-corrientes.
Tipos de Mareógrafos:
– Mareógrafos de Presión.
– Mareógrafos Acústicos.
– Mareógrafos de Radar.
Mareas: Mediciones de Marea.
Primer mareógrafo (siglo XIX)
– Transmisión del movimiento de un flotador por medio de un sistema de poleas.
– Originalmente sólo registro gráfico de la curva de nivel.
– Hoy con codificador y modem para transmisión de datos digitales.
– Ventajas: sencillos y muy probados.
Mareas: Mediciones de Marea.
Mareógrafos de presión:
– Sensores de presión absoluta: Requieren Barómetro
– Sensores de presión autocompensados: Posible condensación cable de
ventilación
– Sensibles a la densidad
– Difícil mantener estable la referencia
– Adecuados para campañas
Mareas: Mediciones de Marea.
Mareógrafos de presión por burbujeo:
– Requieren mucho mantenimiento.
– No son precisos en presencia de fuerte oleaje.
Mareas: Mediciones de Marea.
Mareógrafos acústicos:
– Nivel del tiempo invertido por los ecos de ultrasonidos.
– Fáciles de instalar y mantener.
– Sensibles a un gradiente de temperatura a lo largo del tiempo.
Mareas: Mediciones de Marea.
Mareas: Red Mareográfica Chile.
Mareas: Normativa.
• Pub SHOA Nº 3201: Instrucciones Oceanográficas Nº1, Especificaciones Técnicas
para mediciones y análisis oceanográfico.
• Pub SHOA Nº 3202: Instrucciones Oceanográficas Nº2, Método oficial para el cálculo
de los valores no armónicos de la marea.
• Pub SHOA Nº3013: Glosario de Marea y Corrientes.
• Pub SHOA Nº3009: Tablas de Marea de la Costa de Chile.
GENERALIDADES
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Mareas: Normativa.
Cotas Fijas de Marea
Mareas: Análisis de una serie de marea.
X(t) = Z0(t) + M(t) + R(t)
Análisis armónico deestas componentes: predicción de marea
Diferencia nivel medido y marea. Predecible a
corto plazo con modelo hidrodinámico
Medida
mareógrafo
X(t): nivel del mar en el instante t
Z0(t): nivel medio (variación lenta)
M(t): variación periódica (marea astronómica)
R(t): variación no periódica: residuo meteorológico
El registro de una serie de marea se describe mediante la siguiente ecuación:
Serie de datos completa del registro cada 5 minutos
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Obtenida la serie en bruto, se realiza el análisis armónico, separando la serie cada 5
minutos en una serie horaria.
Del análisis armónico realizado, se obtienen las constituyentes de la marea.
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Obtenidas las constituyentes armónicas, se puede establecer el régimen de mareas en
base al factor de Courtier F:
F > 31.5 < F < 3
0.25 < F < 1.5F < 0.25
Marea diurna
Marea diurna mixta
Marea semidiurna mixta
Marea semidiurna
K1+ O1
M2+ S2F =
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Una vez clasificado el rango de mareas, se puede obtener el NRS mediante la siguiente
formulación:
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Obtenido el NRS, se puede continuar con el análisis no armónico, para poder determinar
los planos mareales sobre el cero del sensor.
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Se debe realizar una comparación entre las series observada y pronosticada, para
obtener un coeficiente de correlación y ver que el comportamiento de ambas sea
adecuado.
Se deben analizar los residuales
entre las series comparadas.
Mareas: Análisis de una serie de marea.
El método armónico utilizado para la generación de pronósticos de marea, no considera
efectos meteorológicos de presión atmosférica local.
En la Pub. S.H.O.A. Nº 3009 “Tablas de Marea de la Costa de Chile, 2011” en lo
referente a las correcciones que deben ser aplicadas a las alturas de pleamares y
bajamares pronosticadas, producto del efecto de la presión atmosférica
Por lo tanto es recomendable, que para el mismo período de tiempo en que se realizan
las mediciones de alturas el nivel del mar, se registren datos de presión.
Las variaciones en la presión atmosférica provocarán que se alcancen mayores alturas
de marea que las estimadas cuando la presión atmosférica sea menor que el promedio,
en tanto que altas presiones (respecto del promedio) provocarán menores valores de
alturas de marea que los pronosticados.
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Análisis de la serie de presión atmosférica en el sector de estudio.
1060
1080
1100
1120
1140
1160
1180
1200
1220
1240
12-17-14 0:0012-22-14 0:0012-27-14 0:001-1-15 0:001-6-15 0:001-11-15 0:001-16-15 0:001-21-15 0:001-26-15 0:00
Pre
sió
n [
mb
ar]
Tiempo
Presión atmosférica en Chaihuin
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Cotas Fijas de marea:
– Se realizan mediante la nivelación
diferencial de tres puntos establecidos
en tierra.
– Estos se encontrarán referidos
al NRS obtenido anteriormente
– Estos se encontrarán referidos
al NRS obtenido anteriormente.
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Cotas fijas de marea:
Mareas: Análisis de una serie de marea.
Correlación con Limnímetro.
– Realizar lecturas comparativas
– Correlacionar las series observadas.
Mareas: Análisis de una serie de marea.
FIN