Post on 08-Aug-2019
2.- Introducció a l’Oceanografia FísicaO a og a a s a
2 Introducció a l’Oceanografia Física2. Introducció a l Oceanografia Física
2 1 Característiques bàsiques dels oceans:2.1 Característiques bàsiques dels oceans: Què estudia l’Oceanografia FísicaLes propietats físiques fonamentalsLes propietats físiques fonamentals Tècniques d'observació: mesures in situ i sensors remots
2.2 Dinàmica marina: Escales de minuts-hores: rissagues i marees astronòmiquesEscales de dies: marees meteorològiquesEscales de setmanes-mesos: circulació induïda per diferències
de densitat: fronts i remolinsde densitat: fronts i remolinsEscales de mesos-anys: circulació induïda pel vent: els grans
girs oceànics i els afloraments costanersEscales de dècades-segles: la circulació termohalina
2.1 Característiques bàsiques dels oceans q q
L’OCEANOGRAFÍA FÍSICA és la branca de la ciència que s’ocupa de q pla comprensió i predicció dels processos físics que tenen lloc a la mar, com per exemple la formació de masses d’aigua, la dinàmica marina (els corrents) o les ones(els corrents) o les ones.
També s’estudien els intercanvis d’energia amb l’atmosfera, que juguen f t l l liun paper fonamental en el clima.
Propietats físiques fonamentals: temperatura i salinitat; masses d’aiguap q p ; gdensitat i pressió, variables dinàmiquesnivell de la martransparència/opacitat a la llum i al so...
Diagrames TS
El concepte de massa d’aiguaEl concepte de massa d’aigua
Penetració de la llum a l’oceà
1 cm 1 m 10 m 100 m 200 m
% de la llum incident a la superfície que arriba a nivells fondos
73 % 44.5 % 22.2 % 0.53 % 0.0062 %
L’oceà és opac a les ones electromagnètiques
L’oceà només és ‘transparent’ a les ones acústiques de baixa freqüènciaq
Fluxes de calor Fluxes de salinitatFluxes de calor Fluxes de salinitat
Tècniques d’observació de l’oceà: mesures in situq
- Les campanyes oceanogràfiques:Les campanyes oceanogràfiques:mesures físiques: CTD, ADCP mesures automàtiques de fluorescència, oxigen i transmitànciaq , gmesures de llumanàlisis de mostres d’aigua
- Els fondejos:mesures físiques: correntòmetres , termistors, mareògrafs,…mesures físiques: correntòmetres , termistors, mareògrafs,…sensors de fluorescència, oxigen…trampes de sediments
- Mesures langrangianes: les boies de deriva
- Els planejadors (gliders)
Campanyes Oceanogràfiques
CTD (Conductivity-Temperature-Depth)
Roseta
Perfils de Temperatura, Salinitat y Densitat
Temperatura (oC) Salinitat (psu)
Densitat Altura dinàmica (cm din)
Fondejos
Correntòmetre
MareògrafsBarògraf
Mareògraf Antena GPS
Barògraf
Mareògraf
Barògraf
Exemple de dades de Sant Antoni
Ef t d l ió t fè iEfecte de la pressió atmosfèricaTsunami d’Algèria (maig 2003)
Tendència actual del nivell de la mar: pujada de 2-3 mm/any
Boies de deriva (I)
Boies de deriva (II)
Els planejadors (gliders)
Els planejadors (gliders)
Els planejadors (gliders)
Tècniques d’observació de l’oceà: sensors remots
- Observació des de satel.lits: sensors passius (no penetren els niguls)AVHRR: mesura temperatura superficial a partir de la radiació
infrarroja emesa per la mar. CZCS SeaWifs : mesuren continguts de clorofil la i pigmentsCZCS, SeaWifs,…: mesuren continguts de clorofil.la i pigments
- Observació des de satel.lits: sensors actius (penetren els niguls):SAR: mesura la rugositat de la mar i en pot deduir des de
l’onatge fins a la presència de contaminantsAltimetria: mesura el nivell de la marAltimetria: mesura el nivell de la mar
- Tomografia: mesura la densitat de tota una regió a partir d’observar com s’hi propaga el socom s’hi propaga el so
- Radars terrestres
AATSR: Radiòmetre Avançat -temperatura superficial de la mar
L’ENVISAT en fase de proves a ESTEC(Holanda)
MERIS:Espectròmetre de Mitjana Resolució
(Holanda)
- concentració de ‘pigments’- transport de sediments
RA-2: Radar Altímetre- nivell de la mar (batimetria del fons)- característiques de l’onatgeq g
LRR: Retro-reflector Làser- altura de l’òrbita
ASAR: Radar Avançat d’Obertura Sintètica
- característiques de l’onatge- extensió i moviment de gel marí- vessament de contaminants
MIPAS, SCIAMACHY, GOMOS, MWR DORIS, Antenes de banda Ka i X
núvols
remolí òanticiclònic
MERIS - Pigments:
b dà i d l fil t i ióabundància de clorofila contaminació
MERIS - Banda visible: transport de sediments,…
Radar (ASAR): característiques de l’onatge
Radar (ASAR): distribució i movimentdels gels marinsdels gels marins
Radar (ASAR): textura de la
fí isuperfície
altimetria satel.litària
amplada de la traça
ERS-1,2 TOPEX/P ENVISAT JASON
Cicle de mostreig35 dies 10 dies
Distància entre traces *Distància entre traces *60 km 200 km
* a latituds mitges
2.2 Dinàmica marina
- Escala de minuts-hores: les rissagues i marees astronòmiques
Les marees astronòmiques són provocades per l’atracció gravitatòria deLes marees astronòmiques són provocades per l atracció gravitatòria de la lluna i el sol. Són predicibles i periòdiques,
- Escales de dies-setmanes: les marees meteorològiquesg q
El nivell de la mar respon als canvis de pressió atmosfèrica amb una relació 1 cm/1 mbar (s’anomena resposta de “baròmetre invers”).relació 1 cm/1 mbar (s anomena resposta de baròmetre invers ).
Les rissagues: un exemple d'acoblament atmosfera-oceà amb una influència fonamental de la geometria dels portsinfluència fonamental de la geometria dels ports.
La causa: oscil.lacions ràpides de pressió atmosfèrica d i ll l tprodueixen ones llargues a la mar que entren en
ressonància amb ports i cales
Oscil.lacions de pressió atmosfèrica: entre 5 i 20 min de periode
Les ones gravitatòries atmosfèriques donen lloc a ones llarges a la mar, que troben en la plataforma continental una guia per a la seva propagació:troben en la plataforma continental una guia per a la seva propagació:
La velocitat de propagació de les ones llargues a la mar és: c = (g H)1/2
Efecte de les ones de plataforma sobre cales i ports: les amplitudsEfecte de les ones de plataforma sobre cales i ports: les amplituds exteriors es poden multiplicar per un factor considerable.
Per què ??
El fenomen de la ressonància:
Què tenen en comú un pèndol, un receptor de ràdio, un microones i lesrissagues ?
A : amplitud de l’oscil.lació resultantFo : forçamentWf : freqüència del forçamentf Wo: freqüència pròpia del sistema : paràmetre que depèn de la fricció
Pont de Takoma (http://www.youtube.com/watch?v=9lQaIdDI5OE ):
Qüestió essencial: conèixer la freqüència pròpia del sistema !!
Freqüència pròpia d’un port:
- Geometria rectangular (L*D), fons constant (H): T = 4L/(gH)1/2g ( ) ( ) (g )
- Mesures més precises mitjançant models numèrics o simplementmesurant-lo !:
Alteració del sistema (I): sense tenir en compte el forçament exterior:
Proyecto del Puerto Deportivo de Ciutadella.Coeficientes de amplificación, Ka, de onda larga en el extremo de Ciutadella.p , , g
Comparación de las condiciones iniciales con diferentes longitudesdel dique de abrigo.Calado dársenas = 4.0 m.
Dique 1: Posición 0, Longitud -250 m Dique 2: Posición 0, Longitud 0 m Dique 3: Posición 0, Longitud +250 m Dique 4: Posición +75, Longitud 0 m Dique 5: Posición -75, Longitud 0 m
30Situación actual sin diqueL = 500 m con dársena media y diqueL = 250 m con dársena media y diqueL = 750 m con dársena media y dique
20
Ka
L = 750 m con dársena media y dique
0
10
0 400 800 1200Tiempo (s)
0
Proyecto del Puerto Deportivo de Ciutadella.Coeficientes de amplificación, Ka, de onda larga en el interior de la dársena.Coeficientes de amplificación, Ka, de onda larga en el interior de la dársena.
Comparación de las condiciones iniciales con diferentes tamaños de ladársena de amarres.Dique medio. Calado dársenas = 4.0 m.
Dársena 1: 7.000 m2
Dársena 2: 35.000 m2
Dársena 3: 65.000 m2
Dársena 4: 130.000 m2
30Situación actual sin dique (Punto 3)Dársena de 0 m2 con dique medio (Punto 3)Dársena de 35.000 m2 con dique medio (Punto 5)
20
Ka
Dársena de 60.000 m2 con dique medio (Punto 5)Dársena de 130.000 m2 con dique medio (Punto 5)
10
0 400 800 1200Tiempo (s)
0
Rissaga de 15 de Juny de 2006: un cas especialRissaga de 15 de Juny de 2006: un cas especial
Ciutadella, 15 de Juny de 2006, devers les 21h
Els Tsunamis
Les ones llargues provocades per un tsunami també es propaguen a una velocitat c = (g H)1/2 a mar obert:
Grans oceans: v = (9.8 m/s2 * 4000 m)1/2 = 200 m/s = 720 km/h
Mediterrània: v = (9.8 m/s2 * 2000 m)1/2 = 141 m/s = 507 km/h
Tsunami d’Algèria (maig 2003)
- Escala de semanas-mesos: fronts i remolins provocats per diferències de densitat
L’equilibri geostròficq g
(ab)x = - dp/dx (ac)x = f vy f = 2sin() = 10-4 s-1
(ab)y = - dp/dy (ac)y = - f vx = 45º(ab)y = dp/dy (ac)y = f vx = 45
L’equilibri geostròficq g
(ab)x = - dp/dx (ac)x = f vy f = 2sin() = 10-4 s-1
(ab)y = - dp/dy (ac)y = - f vx = 45º(ab)y = dp/dy (ac)y = f vx = 45
L’equilibri geostròficq g
(ab)x = - (ac)x -1 dp/dx = f vy Vy = ( f)-1 dp/dx
(ab)y = - (ac)y -1 dp/dy = - f vx Vx = - ( f)-1 dp/dy
- Escala de mesos-anys: els grans girs oceànics i els afloraments costaners provocats pel vent
Els grans girs anticiclònics induits pel vent i les principals zones d’ fl t td’aflorament costaner
Aflorament costaner deAflorament costaner de Califòrnia
- Escala de dècades i segles: la circulació termohalina
Bibliografia recomanada
Internet:
Real Sociedad Española de Física: http://www.fisicaysociedad.es/view/default.aspOceanographic Educ. Documents: http://stommel.tamu.edu/~baum/ocean_education.html
Videos (biblioteca):
Oceans polars / The open universityOceans polars / The open universityDinámica de los océanos : la acción del mar / Encyclopaedia Britannica Educational.El nivell global del mar / The open university.
Llibres:
Corrientes / The open universityO é li / Th O U i itOcéanos y climas / The Open University La aventura del océano / Gardner SouleOceanografía Física / Gerhard Schott.Meteorología náutica y oceanografía / José García de Paredes y CastroMeteorología náutica y oceanografía / José García de Paredes y Castro