Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fís.Nat. (Esp)Vol. 98, Nº. 1, pp 191-207, 2004Monográfico: Oceanografía y recursos marinos: riesgos y desarrollo sostenible.

LA RESPUESTA CIENTÍFICA ANTE EL VERTIDO DEL BUQUEPRESTIGE: OCEANOGRAFÍA OPERACIONAL EN ESPAÑA Y LAEXPERIENCIA DEL IMEDEA(oceanografía operacional/simulación/predicción/asimilación datos/trayectoria/vertidos)

A. OR F I L A, G. VI Z O S O, A. ÁLVA R E Z, R. ON K E N, A. JO R D I , G. BA S T E R R E T X E A, V. FE R N ÁN D E Z, B. CA S A S,A. FO R N E S, J . TI N TO R É *

* Grupo de Oceanografía Interdisciplinar, IMEDEA (UIB-CSIC), Miquel Marqués 21, 07190 Esporles, Baleares, España.

RESUMEN

El vertido del buque Prestige y sus efectos en lascostas españolas, mostraron la necesidad de disponerde protocolos y planes de contingencia respecto a lasactuaciones que deben tomarse ante este tipo de catás-trofes para minimizar el impacto que las mismastienen sobre el medio ambiente marino. Durante lacrisis, afloraron también las carencias de la oceano-grafía española, como la falta de un sistema opera-cional para predecir la trayectoria del fuel, algofundamental para dirigir y optimizar las tareas delucha contra la contaminación. Los científicos de losCentros Públicos de I+D (CSIC, IEO y Universidadesprincipalmente), conjuntamente con Puertos del Esta-do, fueron sin embargo capaces de establecer y coor-dinar un sistema de predicción en las dos semanassiguientes al hundimiento. Tomando como punto departida el sistema creado para predecir las trayectoriasdel vertido del Prestige, analizamos el presente y elfuturo de la oceanografía operacional en España,estableciendo las necesidades básicas para la implan-tación de una red de predicción oceánica operacionalen España y, en particular, en el Mediterráneo mos-trando la necesidad de conocer los procesos que deter-minan la dinámica de la zona de actuación comoelemento esencial para garantizar el éxito de laspredicciones.

ABSTRACT

The oil spill from Prestige tanker and its effects onthe Spanish coasts showed the need of adequate pro-

tocols and contingency plans in order to take appro-priate actions and responses to minimize the impactson the environment. The deficiencies of Spanish ocea-nography also appeared such as for example the lackof an operational system to predict the oil spill trajec-tories, an essential tool to manage and optimize thecleaning tasks. However, research teams from nationalresearch centers (Universities, CSIC, IEO) were ableto establish and coordinate a prediction system, onlytwo weeks after the ship sank. Taking as starting pointthe system created to predict the Prestige oil spill tra-jectories, we analyze here the present and future ofoperational oceanography in Spain, present the needsto really establish an Operational Forecasting System,in particular in the Mediterranean Sea, and discuss theneed to adequately know the processes that determinethe circulation in an ocean area, as an essential ele-ment for adequate forecasting.

1. INTRODUCCIÓN: LAOCEANOGRAFÍA OPERACIONAL

La oceanografía física ha evolucionado considera-blemente en las últimas décadas estudiando la físicadel océano en un rango muy amplio de escalas tempo-rales y espaciales: desde los segundos y milímetroscaracterísticos de los procesos turbulentos asociados ala mezcla hasta periodos de decenas a centenares deaños y escalas de varios miles de kilómetros carac-terísticos de la variabilidad climática. En el estudio delocéano, como sistema en continua interacción con laatmósfera, el fondo y la costa, es imprescindible tener

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en cuenta este amplio rango de escalas espaciales ytemporales y analizar las consecuencias de las interac-ciones no-lineales entre distintas escalas. Los estudiosteóricos en esta línea se han multiplicado en losúltimos años y constituyen un verdadero desafío parala investigación sobre procesos no-lineales en unsistema real y complejo.

La creciente capacidad de cálculo de los orde-nadores así como la existencia de sofisticadas técnicasmatemáticas de simulación numérica, han permitido lamodelización realista de muchos de los procesos físi-cos que ocurren en el Océano. La simulación numéricaha supuesto un gran avance en el desarrollo de laoceanografía física, pues facilita el estudio de aquellosprocesos físicos de difícil observación o de imposibletratamiento teórico. Así, por ejemplo, hoy en día esposible realizar simulaciones realistas de la turbu-lencia y de las interacciones entre corrientes medias einestabilidades tanto en mar abierto como en la zonacostera.

El amplio rango de escalas de variabilidad espacio-temporales existentes en el Océano hace muy difícil laobservación integral de la evolución física del mismo.Los métodos más comunes empleados para observar elocéano son los buques oceanográficos, los anclajes ylos satélites. Los buques oceanográficos constituyen laplataforma de observación oceánica por excelencia.Desde ellos, es posible medir las propiedades físicas,químicas y biológicas de una determinada zona marinacon una alta resolución espacial. Desafortunadamente,las observaciones desde buques oceanográficos pro-porcionan una resolución temporal limitada debido alalto coste económico que supone la movilización deestas plataformas. Contrariamente, el fondeo de instru-mentos en un determinado lugar del mar constituyeuna estrategia de observación oceánica de alta reso-lución temporal pero insuficiente espacialmente amenos de que se disponga de un número irrealista defondeos. Finalmente los satélites ofrecen observa-ciones del Océano con una alta resolución temporal yespacial. Sin embargo, sus observaciones estánrestringidas a un número muy limitado de variablesoceánicas como son la temperatura superficial, elcolor y el nivel del mar.

Los distintos avances en oceanografía física tantoteóricos, en simulaciones numéricas, como en tec-nologías de observación, han abierto la posibilidad depredecir estados futuros del Océano con la finalidad demejorar aquellas actividades humanas relacionadascon el mar. El transporte marino, la prevención decatástrofes, el rescate de náufragos, la extracción deminerales y petróleo, la calidad de las aguas costeras ylas actividades marinas lúdico-deportivas son, entreotras, algunas de las actividades humanas donde lapredicción oceánica tendría un mayor impacto. Deestos avances científicos y necesidades humanas,surge la denominada oceanografía operacional. Estapuede definirse en base a seis elementos básicos1: i)sistemas de observaciones en tiempo real “in situ” yremotos, ii) asimilación de las observaciones enmodelos numéricos, iii) control de las desviacionesproducidas entre observaciones y modelos, iv) disemi-nación en tiempo real de las predicciones obtenidas, v)mecanismos de respuesta y vi) sistemas de archivos ydifusión para las observaciones y las predicciones.

Las necesidades observacionales de la oceano-grafía operacional son muy importantes, quizás sinparangón en otra disciplina que estudie el Océano.Esta necesidad de observaciones viene dada por lapropia naturaleza turbulenta del Océano y por lanecesidad y el compromiso de proporcionar productosfiables de interés para la sociedad. Hoy en día se sabeque para obtener predicciones precisas del Océano o laatmósfera es necesario inicializar los modelos numé-ricos con datos representativos de la situación pre-sente. Más aún, la adquisición de datos sobre laestructura tridimensional del océano así como de losdiferentes forzamientos a los que está sometido, debeser continua para poder corregir las desviaciones quese producen entre los campos observados y las predic-ciones obtenidas mediante los modelos numéricos.Estas desviaciones o errores de predicción, se pro-ducen siempre y, son generadas por la propia natu-raleza caótica de la dinámica oceánica. Por tanto, paraminimizar los errores de predicción, las observacionesdeben realizarse en tiempo real y con la densidad sufi-ciente para cubrir el mayor número de escalas espa-ciales y temporales posibles. Sin embargo, el océanoademás de ser un sistema complejo es un medio hostily por tanto la toma de datos en el mar es difícil,

1 EOS, Trans. AGU, Marzo, 2000.

costosa, y en algunos casos imposible de realizar. Lasplataformas tradicionales de observación oceánica,como buques o fondeos, que tan útiles se han mostradopara el estudio físico del Océano, resultan insuficientesdesde un punto de vista operacional. Esto deriva en lanecesidad de un mayor desarrollo tecnológico de sen-sores y plataformas de observación además de contarcon una infraestructura adecuada (tanto de materialcomo de técnicos especializados). Puede obtenerseinformación complementaria sobre los esfuerzos real-izados por la comunidad internacional para laobtención de un Sistema Mundial de Observación delos Océanos en http://ioc.unesco,org/goos. En estecontexto es importante señalar los trabajos de Parrilla(2001, 2004) en relación al interés de la OceanografíaOperacional y la necesidad de instaurar un sistemaglobal de observación de calidad en las costasespañolas.

En este artículo se toma como punto de partida elsistema creado para predecir las trayectorias delvertido del Prestige, para analizar el presente y elfuturo de la oceanografía operacional en España.Específicamente, la Sección 2 describe las accionesrealizadas por distintas instituciones para crear unsistema de oceanografía operacional que diera soportea la toma de decisiones operativas durante la crisis delPrestige. A partir de esta descripción, en la Sección 3se analizan las necesidades presentes y futuras de unsistema de oceanografía operacional español.Finalmente, la Sección 4 muestra los esfuerzos real-izados en el Instituto Mediterráneo de EstudiosAvanzados-IMEDEA para obtener un sistema depredicción oceánica operacional en el Mar Balear.

2. ACTUACIONES EN OCEANOGRAFÍAOPERACIONAL ANTE EL VERTIDO DEL

BUQUE PRESTIGE

La predicción de la trayectoria del fuel del buquePrestige representó un verdadero reto científico y tec-nológico debido a la distancia entre el lugar delhundimiento y el litoral (se hundió a 246 kilómetros dela costa) lo que hizo que el vertido llegara a la misma

difuso y fragmentado. Desde mediados de Noviembrede 2002, el vertido del Prestige generó una serie deesfuerzos por parte de grupos de investigación enoceanografía e ingeniería de costas que fue con-vergiendo hacia una única unidad de actuación. Así, elCSIC, en el marco del Comité Científico Asesor2 de laVicepresidencia del Gobierno, coordinó la creación deun grupo de trabajo de Oceanografía Operacional3 queenglobaba a más de 12 instituciones de 5 países dife-rentes, y con participación activa de todos aquellosinvestigadores españoles e instituciones que teníanexperiencia previa contrastada (Puertos del Estado,IEO, INTA, AZTI, Universidades, etc.).

Los objetivos a desarrollar por este Grupo detrabajo se resumieron en los siguientes puntos que sepresentaron en el momento de su constitución en elCSIC en diciembre de 2002:

1. Proporcionar de forma operacional las posi-ciones iniciales, tamaño y evolución espacial ytemporal de los focos de contaminación, infor-mación necesaria para la evaluación en tiempo realde las estrategias correctas de actuación destinadasa minimizar los efectos sobre el litoral.

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2 http://www.ccaprestige.es/3 Pueden obtenerse los resultados en http://www.imedea.uib.es/oceanography/comision/

Figura 1. Esquema del sistema de Oceanografía Operacionalimplementado por la comunidad científica para el seguimien-to de las trayectorias del vertido del buque Prestige en diciem-bre de 2002.

2. Proporcionar de forma operacional las condi-ciones meteorológicas y de clima marítimo nece-sarias para la planificación de las actividades de lasembarcaciones que operan en mar abierto.

3. Proporcionar de forma operacional las condi-ciones de oleaje, corrientes y viento en la costanecesarias para la planificación de las actividadesde limpieza en playas y acantilados.

4. Proporcionar la información de oleaje, corri-entes y vientos necesaria para la ubicación demedidas mecánicas de protección, tales como ba-rreras, especialmente en la entrada de rías, estuariosy marismas en las zonas afectadas.

Para ello, se desarrolló la metodología de trabajo endiferentes fases (Figura 1) realizadas por una o variasde las instituciones participantes. A partir de la carac-terización del medio físico referente a las condicionesoceánicas, tamaño y localización de manchas, asícomo sobre los diferentes forzamientos atmosféricos,se implementaron diferentes modelos de prediccióndependiendo de las escalas (circulación a escalasregional y local, de oleaje y de trayectorias) integrando

finalmente toda la información de datos y resultadosde los modelos en el Sistema de Información Geográ-fico (SIG) Litoral desarrollado en el IMEDEA4.

A continuación se describen cada una de las fasesimplementadas:

Fase 1. Caracterización oceanográfica

La caracterización de las condiciones oceánicas asícomo de la estructura de la columna de agua fue unelemento clave tanto para la inicialización de losmodelos numéricos como para su validación. En estaprimera fase, se determinó el campo tridimensional dedensidad en la zona del vertido (mediante perfilesCTD) y se lanzaron boyas lagrangianas que se locali-zaban espacialmente en tiempo real mediante el sis-tema ARGOS.

1. Durante el 14-22 de diciembre de 2002, elB/O del IEO, Coornide de Saavedra, realizó unacampaña oceanográfica para caracterizar las corri-entes principales, remolinos, etc. en la zona com-prendida entre Cabo Silleiro al Sur y Cabo Villanoal Norte (Figura2). Los datos obtenidos por elequipo del Dr. Francisco Sánchez del IEO se trans-mitieron por primera vez en tiempo real al centro decoordinación situado en el IMEDEA, donde unavez procesados fueron reenviados a los centros demodelización numérica de la Universidad deHarvard y del Instituto Hidrográfico Portugués.

2. Lanzamiento de boyas de deriva y segui-miento desde satélites. El 19 de diciembre se lan-zaron las primeras 4 boyas de deriva lagrangianascon la colaboración de un helicóptero deSASEMAR en los puntos 42º 40'N, 9º35'W;42º57'N, 9º35'W; 43º05'N, 9º25'W y 42º52'N,9º25'W. Las trayectorias de las boyas fueronseguidas mediante satélite y sus posiciones fuerontransmitidas mediante el servicio WWW del CSIC5

a los centros de modelización. Posteriormentefueron lanzadas por el CSIC y AZTI6, boyas adi-

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4 http://www.imedea.uib.es/goifis/OTROS/SIG5 http://www.cmima.csic.es y http://www.iim.csic.es/Prestige/Prestige.html6 http://www.azti.es/castellano/prestige/prestige.htm

Figura 2. Disposición de las estaciones muestreadas por el B/OCoornide de Saavedra (IEO).

cionales en la zona atlántica y cántabra. Elseguimiento por satélite lo hicieron tanto el INTAcomo la ESA.

Fase 2. Modelización numérica

Circulación oceánicaEl Instituto Hidrográfico Portugués y la Univer-

sidad de Harvard, implementaron los modelos de cir-culación HOPS sobre una malla de baja resoluciónentre 14º y 7º de longitud y 40º y 45º de latitudanidada sobre dos mallas de alta resolución en la costaatlántica y la cántabra para obtener los forzamientos enlas fronteras. Las simulaciones se realizaron para unaventana de 7 días mediante predicciones atmosféricasdel Atlántico Norte y asimilando al final del periodolas nuevas condiciones meteorológicas. El NavalResearch Laboratory proporcionaba la circulaciónmediante el Princeton Ocean Model sobre toda lazona. Paralelamente la Universidad de Santiago/Me-teogalicia, realizaron para la costa gallega las simula-ciones con el modelo de circulación MOHID y el

Grupo de Ingeniería de Costas de la Universidad deCantabria para la costa cántabra.

Régimen de oleaje y forzamientos atmosféricosPuertos del Estado proporcionó el régimen de

oleaje a partir del sistema de predicción operacional deque dispone. El Instituto Nacional de Meteorologíamediante su sistema de predicción operacional, pro-porcionó el régimen de vientos a partir del modeloHIRLAM. La Universidad de Santiago/Meteogalicia,proporcionaron las predicciones de viento para la zonaGallega obtenidas a partir del modelo ARPS sobre unamalla de alta resolución.

Fase 3. Análisis de trayectorias del vertido:

El análisis de las trayectorias del vertido se realizóa partir de las predicciones obtenidas para el climamarítimo y para el régimen de vientos así comomediante la información que sobre la distribución,número y tamaño de las manchas proporcionaban lasagencias operacionales dos veces al día. Esta infor-mación, proporcionada por los medios dispuestos porlas comunidades afectadas conjuntamente con elamplio dispositivo aún activo, desplegado por laSociedad de Salvamento y Seguridad Marítima fuediariamente utilizada como punto de partida por losmodelos de dispersión y advección del crudo a partirde las observaciones y de las predicciones de viento,corriente y oleaje.

La Figura 3 sintetiza el sistema de oceanografíaoperacional que la comunidad científica generó en untiempo record con motivo del vertido del buquePrestige:

Entre los modelos de trayectorias utilizados cabedestacar el GNOME7 de la NOAA8 que desplazó uncientífico para colaborar en las tareas de modelizaciónen Santander, Santiago y Palma de Mallorca.

Los resultados obtenidos sobre la evolución de lasmanchas fueron transmitidos regularmente a las agen-cias responsables de la lucha contra la contaminación

−−

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Figura 3. Esquema del proceso de modelado matemático parael seguimiento de las manchas de fuel.

7 http://response.restoration.noaa.gov/software/gnome/gnome.html8 http://response.restoration.noaa.gov

con el fin de que se pudieran anticipar las actuacionesnecesarias sobre las zonas potencialmente afectadas.

3. NECESIDADES FUTURAS PARA UNAVERDADERA OCEANOGRAFÍA

OPERACIONAL EN ESPAÑA

El establecimiento de un sistema global de predic-ción oceánica en el litoral español, es un proyectosumamente ambicioso no tan sólo por los más de 3500kilómetros de costa de nuestro país sino por la comple-jidad de los diferentes escenarios que se puedenencontrar. Las modelización en las zonas Atlánticascomo ejemplo, difieren enormemente de las que debenrealizarse en el Mediterráneo donde los forzamientos yla dinámica son radicalmente diferentes.

Sin embargo un sistema de predicción global ma-rino para el litoral español es de obligada necesidadteniendo en cuenta la importancia que las actuacionesen la costa tienen sobre multitud de sectores econó-micos. Esta red operacional, debe fundamentarse endos pilares básicos y debe implicar a todos los organis-mos públicos y privados con intereses y competenciasen la costa. i) Obtención de datos en tiempo real, ii)Modelización numérica, asimilación y validación entiempo real.

Obtención de datos en tiempo real

Como se ha dejado ya patente, la obtención dedatos en oceanografía es uno de los factores determi-nantes a lo hora de obtener predicciones fiables. Si aello se le suma la complejidad de trabajar en el mar, latarea se hace aún más complicada. Sin embargo, esnecesario el establecimiento de una red de medida dedatos oceánicos y atmosféricos para la asimilación ycorrección de las predicciones de los modelos tanto aescala regional como local. En este sentido, numerososavances se están realizando en países de nuestroentorno que están dedicando un esfuerzo cada vez másnotable tanto en el número de estaciones de medidacomo en el desarrollo de nuevas tecnologías de capta-ción remota. La información obtenida en la oceano-grafía operacional enmarcada en los proyectos GOOS(Global Ocean Observing Systems) es cada vez más

demandada tanto por las agencias operacionales comopor la industria que necesita predicciones fiables entiempos muy cortos. Caben destacar en este sentido,los proyectos europeos SOFT en el que se estudia laposibilidad de asimilar tan sólo las prediccionesobtenidas mediante el uso combinado de imágenes desatélite y algoritmos genéticos que, hasta hoy, consti-tuyen la única forma de monitorizar la variabilidadespacio-temporal de extensas zonas, en modelosnuméricos y el proyecto GYROSCOPE (en el que par-ticipa el IEO) en el que 80 boyas perfiladoras en elAtlántico norte envían los datos sobre la columna deagua mediante satélite a la estación de recepción.Además dos nuevas líneas de investigación en moni-torización están emergiendo en diferentes centros dereferencia mundial en oceanografía operacional frutode la necesidad de constante en la adquisición de datosen tiempo real. La primera de ellas, establece una redde medida fija en una zona determinada utilizando uncableado submarino. A partir de dicha red, se instalanlos instrumentos necesarios para monitorizar zonasrelativamente extensas de litoral. En una segundaaproximación, se utilizan los AUV (AutonomousUnderwater Vehicle) y glidders con capacidad sufi-ciente para realizar misiones de forma autónoma. Estees el caso de los proyectos MFSTEP y MERSEA en losque participa el IMEDEA. Además, es necesario elaumento de horas de campaña en buques oceanográ-ficos tanto para la instalación de los equipos de mediday su mantenimiento, así como para la realización decampañas de caracterización.

Modelización numérica y nuevas técnicas deasimilación

Numerosos centros de investigación y universi-dades en nuestro país, vienen realizando desde haceaños, investigaciones en el desarrollo y mejora demodelos numéricos de circulación y oleaje. Comoresultado numerosas publicaciones en este campo sehan desarrollado en revistas internacionales y Españaha participado en las últimas convocatorias europeasde los programas marco de una forma activa. Sinembargo, esta ciencia básica no se ha trasladado a unaaplicación inmediata en oceanografía operacional yaque no existe en nuestro país, a excepción de Puertosdel Estado con su programa de predicción de oleaje ysu sistema de adquisición de datos, ninguna agencia

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que proporcione en tiempo real las condiciones oceá-nicas del litoral español. La experiencia conjuntaadquirida por las diferentes universidades, empresas ycentros de I+D, puede ser traslada de forma casiinmediata a la sociedad estableciendo un marcopropicio para la creación de estas unidades de predic-

ción. Además, se hace necesario el establecimiento denuevas investigaciones en el campo de la asimilaciónde datos y nuevas variables oceanográficas para mejo-rar constantemente las predicciones siendo impres-cindible la preparación y formación de personalcientífico y técnico, altamente cualificado.

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Tabla 1. Algunos ejemplos de parámetros, herramientas y beneficio social de la Oceanografía Operacional (adaptado de GOOS).

Es importante ser conscientes del reto que repre-senta la Oceanografía Operacional tanto desde unpunto de vista de los costes como de los beneficiospara la sociedad. El objetivo de este trabajo no esexplicar la necesidad o mostrar las ventajas de laOceanografía Operacional pero hemos incluido laTabla 1 a modo de ejemplo del tipo de datos que sonnecesarios, las herramientas necesarias y los bene-ficios a la sociedad asociados.

En este sentido, es importante tener presente quelos países de nuestro entorno como Francia o ReinoUnido han comprendido hace ya tiempo la importanciasocial y el reto tecnológico asociado a la OceanografíaOperacional. En particular en Francia se constituyóuna Agrupación de Interés Público MERCATOROCEAN, constituida por IFREMER, CNRS, CNES,METEOFRANCE, etc.9

El vertido del buque Prestige y sus efectos en lascostas españolas, mostraron por tanto, no solo lanecesidad de una verdadera Oceanografía Opera-cional, sino también la necesidad de establecer proto-colos y planes de contingencia respecto a lasactuaciones que deben tomarse ante este tipo de catás-trofes para minimizar el impacto sobre el medioambiente. Los científicos de los Centros Públicos deI+D (CSIC, IEO y Universidades principalmente)fueron sin embargo capaces de establecer y coordinarun sistema de predicción en las dos semanas siguientesal hundimiento. Pese a ello, la calidad de los datos (re-lativos al medio marino previos al vertido comoaquellos durante las operaciones de limpieza así comolos propios al vertido en tiempo real durante lassemanas y meses que siguieron al hundimiento) no fueóptima debido a la falta de una red permanente dedatos oceanográficos y de un sistema fiable y coor-dinado de control de calidad, archivo y difusión de losmismos.

Es importante mencionar el proyecto de investi-gación ESEOO10 que se inició en 2004, liderado por elDr. Enrique Álvarez de Puertos del Estado y finan-ciado por el Plan Nacional de Investigación que tienecomo objetivo esencial a 3 años vista establecer un

verdadero sistema de Oceanografía Operacional enEspaña. Todos los actores científicos y tecnológicosasí como agencias responsables de la lucha contra lacontaminación, verdaderos usuarios finales de los pro-ductos, participan de forma activa en este proyecto loque representa un verdadero paso adelante en ladirección adecuada. Es esencial ahora realizar predic-ciones fiables y que las administraciones responsablescomprueben la fiabilidad y el interés de los productosque puede generar la Oceanografía Operacional.

4. OCEANOGRAFÍA OPERACIONAL ENEL IMEDEA: EL PRESENTE Y EL FUTURO

2004-2008

La Oceanografía Operacional es una de las líneasprincipales de investigación real en el IMEDEA, conpublicaciones en revistas internacionales y proyectosnacionales e internacionales vigentes desde hace yamás de 10 años. Uno de los aspectos novedosos de estalínea en el IMEDEA es que desde sus inicios, ha com-binado la observación con la simulación numérica yasimilación de los datos obtenidos en los modelos pre-dictivos, siendo en estos momentos uno de los gruposa nivel nacional con capacidad demostrada para eje-

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9 http://www.mercator.com.fr10 Establecimiento de un Sistema Español de Oceanografía Operacional.

Figura 4. Esquema de los medios empleados por el IMEDEAen los últimos 20 años en el estudio de la mesoescala en elMediterráneo occidental.

cutar las 3 fases fundamentales de la predicciónoceánica (observación, predicción y asimilación dedatos).

Hacia una oceanografía operacional en elMediterráneo

En el Mediterráneo, las investigaciones realizadasdurante los últimos veinte años entre otros, por elgrupo del IMEDEA, han mostrado la necesidad detener bien presente la variabilidad espacial a distintasescalas (cuenca, subcuenca y local) así como las inter-acciones entre las mismas. Asimismo, se ha mostradola existencia de una dinámica de mesoescala11 muyintensa que condiciona fuertemente la dinámica y ‘eltiempo oceánico’ en el Mediterráneo. A continuaciónse presenta un breve resumen de los conceptos y resul-tados principales que se han obtenido empleando las

metodologías descritas en la Figura 4, y que deberánconocerse y tenerse bien presentes a la hora de definirun Sistema de Oceanografía Operacional en el Medi-terráneo.

Si iniciamos esta breve revisión centrándonos en laescala intermedia, podemos indicar que el Medite-rráneo está formado por un conjunto de sub-cuencas(sub-basins) o ‘mares’ que interaccionan los unos conlos otros y en los que los forzamientos son bien dis-tintos12. A modo de ejemplo, en el Mar de Alborán ladinámica está determinada por el forzamiento aso-ciado a la entrada de las aguas atlánticas en el Medi-terráneo a través del estrecho de Gibraltar, mientrasque en el Golfo de León el forzamiento esencial es elviento, especialmente durante los episodios de vientointenso. El Mar de Alborán se caracteriza por la pre-sencia de una corriente intensa (1 nudo con puntas quefácilmente alcanzan sin embargo 2 nudos)13, hacia el

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Figura 5. A) Estructura espacial en forma de dos giros anticiclónicos en el Mar de Alborán, posición del frente Almería-Orán y prin-cipio de la Corriente de Argelia, bien detectables por sus intensos gradientes de temperatura en el infrarrojo por los satélites NOAA.B) El frente Almería-Orán, bien detectable en el infrarrojo por los satélites NOAA constituye una de las corrientes más intensas delMediterráneo.

A B

11 En el Mediterráneo, la mesoescala se refiere a inestabilidades en forma de vórtices o filamentos con una escala espacial característica cer-cana a los 10-15 km y con una escala temporal característica del orden de una semana.12 Un aspecto que lo diferencia de modo importante del Atlántico oriental donde el forzamiento principal es el viento asociado a los grandessistemas atmosféricos o la marea.13 Nótese que esto implica una deriva de un cuerpo flotante entre 25 y casi 50 millas en 24 horas!.

Este en forma de uno o dos giros anticiclónicos (Tin-toré et al., 1991; Viudez et al., 1996). Recientemente,Vélez et al., (2004) han estudiado las razones de ladesaparición del giro oeste del Mar de Alborán, unaspecto esencial para la oceanografía operacional tantodel Mar de Alborán como del Mar Balear, y handescrito en detalle la evolución espacial y temporal deuna migración hacia el Este del giro y su relación conla entrada a través del Estrecho y los forzamientosatmosférico y de marea, Figura 5a.

En efecto, en la configuración de dos giros, elextremo oriental del situado al Este de Cabo TresForcas alcanza la zona de Cabo de Gata donde, enpresencia de aguas Mediterráneas (caracterizadas poruna salinidad en superficie superior a 37,5), se formaen los primeros 300 m de profundidad el intenso frentede Almería-Orán (Tintoré et al., 1988), Figura 5b.

Este frente de densidad, caracterizado por unos gra-dientes semejantes a la corriente del Golfo (Gulf

Stream) constituye una de las corrientes de densidadmás intensas conocidas en el Mediterráneo, dirigidahacia el Suroeste y que da lugar a la naciente corrientede Argelia sobre el talud continental y a través de laque se inicia la conocida circulación ciclónica carac-terística en líneas generales del Mediterráneo (Millotet al., 1999).

Otra subcuenca de gran importancia en el Medite-rráneo es el llamado Mar Balear, verdadera zona detransición entre el Golfo de León y el Mar de Alborány que limita al Sur con la Corriente de Argelia, bienconocida por sus grandes inestabilidades en forma deremolinos anticiclónicos que en ocasiones alcanzanincluso los canales de las Islas Baleares (Millot et al.,1999). Font et al., (1988) mostraron la presencia dedos frentes de densidad que determinan de formaimportante la circulación en esta subcuenca. El MarBalear está estratégicamente situado y de aquí su granrelevancia pues su dinámica regula, al menos parcial-mente, los intercambios Norte-Sur en el Mediterráneooccidental. Estos frentes del Mar Balear son zonas detransición abrupta entre una o varias propiedades14, selocalizan en las dos zonas del talud continental (penin-sular e insular) y tienen una influencia decisiva tantosobre la dinámica como sobre la productividad bio-lógica de la zona (Pinot et al., 1995). En efecto, a granescala se puede considerar que existen pequeñas varia-ciones a lo largo del frente y se establece un chorro("jet") que verifica un equilibrio aproximadamentegeostrófico y que está dirigido hacia el Suroeste si-guiendo el talud peninsular y hacia el Nordeste en eltalud insular. En los dos casos, la corriente asociada sepuede considerar permanente y con una intensidad deunos 10-20 cm/s (unos 0,2-0,4 Kt). Esta corriente detalud se extiende desde la superficie hasta los 300 maproximadamente, tiene una anchura de unas 10-15millas y es la responsable de que la zona costera sobrela plataforma esté realmente aislada (como veremos acontinuación, en principio) de lo que ocurra en marabierto. Es importante tener bien presentes estos aná-lisis de escalas a la hora de establecer un sistema deoceanografía operacional pues afecta no tan solo a laestrategia en la adquisición de datos sino también a laresolución a emplear en las distintas zonas.

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14 De forma general y desde un punto de vista dinámico, el frente peninsular se caracteriza principalmente por ser un frente de salinidad mien-tras que el frente Balear suele ser más claro en temperatura. Sin embargo, no puede tomarse esto como regla permanente.

Figura 6. Inestabilidades en forma de filamentos observadasen Mayo de 1986 asociadas a la corriente de talud peninsularcuyos meandros son también visibles

A escalas menores, del orden del radio interno dedeformación de Rossby15, datos in situ y datos obte-nidos desde satélites han mostrado que la hipótesispreviamente indicada de que las variaciones sonpequeñas no es cierta sino que existen unas inestabili-dades de mesoescala en forma de vórtices y filamentosmuy energéticas. Estas inestabilidades están caracteri-zadas por una variabilidad espacial y temporal que nohabía sido nunca observada y que ha hecho que suvariabilidad se conozca como el ‘tiempo oceánico’.Obviamente este ‘tiempo oceánico’ interacciona ycomo veremos a continuación modifica de forma sig-nificativa las corrientes de talud medias previamentedescritas. A modo de ejemplo, en el Mar Balear, Wanget al., (1988), Tintoré et al., (1990) y La Violette et al.,(1990) entre otros, mostraron la importancia de losremolinos y filamentos que se forman en la zonaplataforma/talud, Figura 6. Estas estructuras son elresultado de la inestabilización del frente y pueden darlugar a gradientes verticales y horizontales muy signi-ficativos que a su vez pueden tener una influenciadecisiva sobre los intercambios de agua entre la plata-forma y el talud, la dispersión de contaminantes, etc.La Figura 6 muestra una de estas inestabilidades aso-ciada a la corriente peninsular.

Es importante tener presente la rápida evolucióntemporal de las estructuras de mesoescala y los fuertesgradientes de densidad que llevan generalmente aso-

ciados, aspectos que condicionan y dificultan conside-rablemente la observación in situ de este tipo de inesta-bilidades.

La sinopticidad es sin duda uno de los grandesproblemas aún hoy no resueltos en oceanografía, unaspecto que fue analizado por Pinot et al., (1994).Estos autores realizaron un muestreo del Mar Balearempleando aviones del Servicio Aéreo de Rescate,Escuadrón 801 con base en Palma de Mallorca. Elmuestreo se llevó a cabo durante 2 días y las sondas selanzaron cada 10 millas. Este método de muestreo‘cuasi-sinóptico’ absolutamente innovador en su mo-mento permitió detectar por primera vez inestabili-dades en forma de filamentos también en el frenteBalear, Figura 7. Es importante resaltar que un estudiosemejante realizado con medios convencionales (i.e.mediante buque oceanográfico) hubiese tenido unaduración aproximada de un mes con el consiguientesuavizado de las estructuras detectadas. Este aspectoes también de gran importancia a la hora de diseñar unsistema de oceanografía operacional ya que uno de losproblemas principales de las predicciones es lanecesidad de inicializar los modelos de predicción condatos que provendrán normalmente de climatologías16.

El grupo del IMEDEA pretende avanzar sin embar-go en la dirección de la simulación numérica orientadaa las estructuras presentes (Gangopadhyay y Robin-

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15 Unos 10 km, en el Mediterráneo.16 http://www.ifremer.fr/sismer/program/medatlas/gb/gb_medat.htm, http://www.ifremer.fr/mfstep, http://modb.oce.ulg.ac.be/

Figura 7. A) y B) campo superficial de corriente geostrófica y de temperatura mostrando las dos corrientes principales en el MarBalear y los filamentos detectados en el frente balear a 50 m de profundidad en Junio de 1992 mediante AXBT’s.

A B

son, 2002 y 2003). En síntesis podemos indicar que lainicialización de los modelos siguiendo las clima-tologías está poco indicada en regiones oceánicas queno estén sometidas a un forzamiento atmosférico únicoy bien definido, regiones además caracterizadas porgradientes de densidad intensos en zonas de talud, unaespecial relevancia de la variabilidad de mesoescala,una elevada variabilidad espacial y temporal de estasestructuras de mesoescala, así como una interacción nolineal entre estas estructuras y las corrientes de taludcon consecuencias importantes sobre los intercambiosentre sub-cuencas y por tanto sobre la circulacióngeneral. En estos casos, la inicialización quizás nodebería realizarse en base a los datos de climatologíassino en base a lo que Robinson ha denominado “fea-ture oriented initialization”. Bajo este concepto seesconde la necesidad de conocer bien la dinámica deuna zona, conocer bien las estructuras principales yrealizar en estos casos una inicialización de losmodelos en base a unos datos representativos de estasestructuras (a pesar de que puedan ser datos de unacampaña puntual) antes que datos climatológicos deesta zona donde sin duda las estructuras presentespueden estar muy suavizadas.17

En el contexto de la Oceanografía Operacional esimportante ser conscientes de que no sólo es impres-cindible conocer y resolver numéricamente este tipo deinestabilidades sino que también es fundamental com-prender cómo interaccionan y modifican, en ocasionesde forma muy significativa, las corrientes medias. Por

ejemplo, es importante tener presente que estas inesta-bilidades de mesoescala (por ejemplo, remolinos en lazona Sur del Mar Balear) modifican completamente lacirculación en la zona, llegando a bloquear la circu-lación e impidiendo la propagación hacia el Suroestede la corriente de talud peninsular media que en estasocasiones debe desviarse hacia el Este (hacia el canalde Mallorca). Esta modificación puntual en el MarBalear (debida a inestabilidades de mesoescala) tieneconsecuencias muy importantes en la dinámica de todoel Mediterráneo Occidental pues estas aguas Medite-rráneas no alcanzan entonces la subcuenca Sur, impi-diendo la formación del frente Almería-Orán antesmencionado y como consecuencia, las Aguas atlán-ticas al alcanzar Cabo de Gata pueden fluir hacia elnordeste (lo que estaría impedido si existiera la barreradel frente), reforzando fuertemente en estas ocasionesel transporte en los canales de las Islas Baleares (Fer-nandez et al., 2004), Figura 8.

El papel de la topografía en la génesis y locali-zación de estas inestabilidades es una de las grandespreguntas por resolver. Tintoré et al., (1990) y Masó yTintoré (1991) sugirieron la importancia de los caño-nes submarinos del Nordeste peninsular como meca-nismos que perturban la corriente media y generaninestabilidades que posteriormente quedan atrapadaspor la topografía. Estas perturbaciones de la corrientemedia son también relevantes en Oceanografía Opera-cional ya que dan lugar a intercambios muy significa-tivos entre el mar abierto y la zona costera. Esta

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Figura 8. Variación estacional de la circulación superficial y la salinidad obtenida en el IMEDEA mediante DIECAST (Fernandez et al.,2004) en invierno (izquierda) y verano (derecha).

17 http://www.smast.umassd.edu/modeling

hipótesis, que fue mostrada inicialmente por losestudios experimentales de Tintoré et al., (1990),Álvarez et al. (1994), posteriormente fue comprobadamediante simulaciones numéricas por Ardhouin et al(1999) y cuantitativamente estimada en Jordi et al.,(2004).

Es importante finalizar haciendo una breve reseña ala importancia de la variabilidad inter-anual de las co-rrientes en el Mediterráneo asociada a fenómenoscomo El Niño o la Oscilación del Atlántico Norte(NAO), un aspecto recientemente analizado en Orfilaet al. (2004) en el Mar Ligur. En el Mar Balear, Fer-nandez et al. (2004) han mostrado que existe una vari-abilidad interanual intrínseca (no sometida a losforzamientos externos) debido al carácter no lineal delos ajustes, y que puede plasmarse por ejemplo encambios significativos de los intercambios norte-suren el canal de Ibiza. La Figura 9 muestra la variabi-lidad de los transportes en millones de metros cúbicospor segundo (Sverdrups, una unidad muy común enoceanografía) en el Canal de Ibiza.

En resumen, el Mediterráneo es un mar que se ca-racteriza por una corriente media relativamente débil(unos 20-30 cm/s), situada en la zona del talud conti-nental, la ausencia prácticamente de corrientes demarea, y la presencia de unas inestabilidades intensasen el seno de estas corrientes medias que pueden llegar

a modificar completamente los flujos medios. En estesentido, es esencial resolver de forma adecuada laintensidad y las escalas espaciales características de lascorrientes principales y de su variabilidad tantoespacial como temporal (Send et al., 1999; Astraldi etal., 1999).

Las actividades del IMEDEA en OceanografíaOperacional: el futuro

Las actividades del grupo del IMEDEA (CSIC-UIB) en el caso del vertido del buque Prestige se cen-traron en la coordinación de las observacionesrealizadas por los diferentes grupos de investigación yagencias gubernamentales (datos oceanográficos,atmosféricos, teledetección y seguimiento visual de lasmanchas), los diagnósticos y pronósticos de las condi-ciones oceanográficas y atmosféricas realizadas apartir de diferentes modelos numéricos y la inte-gración de la información recopilada en un modelo deevolución y dispersión del vertido (GNOME, NOAA)que ofrecía una predicción diaria sobre la evolución delas trayectorias del manchas del vertido. Puedeobtenerse más información sobre los objetivos,metodologías, modelos, participantes, y documentosde interés producidos en el IMEDEA entre diciembrede 2002 y abril de 2003 en http://www.imedea.uib.es/natural/goi/oceanography/prestige/index.htm.

En el Mediterráneo, es importante tener en cuentaque las evidencias indican que la contaminación esmayor debido a limpiezas ilegales de los tanques de losbuques que debido a vertidos puntuales asociados aaccidentes. Es un aspecto de la máxima gravedad yque muestra la necesidad de establecer sistemas devigilancia coordinados entre los distintos paísesribereños, tal y como se hizo en el Mar del Norte, conefectos muy positivos18.

El equipo del IMEDEA ha considerado oportunotrabajar en paralelo con dos modelos de circulaciónoceánica, los dos estándares del máximo nivel interna-cional. El primero de ellos, DieCAST (Dietrich CentreAir Sea Technology19) se caracteriza por unos esque-

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Figura 9. Variabilidad del transporte a través del Canal deIbiza (Fernández et al., 2004).

18 http://themes.eea.eu.int/Sectors_and_activities/transport/indicators/consequences/discharges/19 http://www.ssc.erc.msstate.edu/DieCAST/

mas numéricos muy afinados que lo hacen especial-mente adecuado para la descripción de zonas confuertes gradientes y está implementado en el IMEDEAdesde 1999. Es un modelo oceánico baroclínico en tresdimensiones que resuelve numéricamente las ecua-ciones primitivas del océano basándose en la técnicade los volúmenes de control. Entre sus principales car-acterísticas que lo diferencian de otros modelosnuméricos está su gran estabilidad con muy baja disi-pación y que las aproximaciones numéricas son decuarto orden para los principales términos. DieCASTemplea la aproximación de tapa rígida, con una formu-lación de presión superficial, y las clásicas aproxima-ciones hidrostáticas y de Boussinesq. La densidad sedetermina a partir de una ecuación de estado no linealque relaciona la densidad con la temperatura potencial,la salinidad y la presión. DieCAST ha sido empleado(implementado y validado) previamente en diferentesregiones del mundo, incluyendo el golfo de México(Dietrich, 1997; Dietrich et al., 1997); la corriente deCalifornia (Haney et al., 2001); el Mar Negro (Stanevaet al., 2001) y más recientemente en el Mar Medite-rráneo (Fernández et al., 2004; Dietrich et al., 2004).

El segundo modelo de predicción implementado enel IMEDEA es el HOPS (Harvard Ocean PredictionSystem,20) que se caracteriza por su versatilidad, fia-bilidad al haber sido empleado en múltiples estudios ysu capacidad también contrastada de asimilación dedatos en tiempo real y posibilidades de predicción.HOPS es un sistema de predicción oceánica desar-rollado por la universidad de Harvard (Robinson,1999) que permite la realización de predicciones ysimulaciones de variables oceánicas. Como condicióninicial, el HOPS requiere el mejor conjunto posible devalores iniciales sinópticos y además permite la asimi-lación de nuevos datos. Una de sus principales carac-terísticas es su estructura modular que admite unaconfiguración eficiente para aplicaciones específicasen cualquier región oceánica incluyendo tanto aguasprofundas como zonas costeras con contornos abiertoso cerrados. Asimismo, las técnicas de asimilación dedatos y observaciones (físicos, biológicos, acústicos,in situ y remotos) que puede utilizar el modelo son lainterpolación óptima y Error Subspace StatisticalEstimation. El modelo dinámico resuelve las ecua-ciones primitivas en diferencias finitas basado en el

esquema de Bryan-Cox. En la horizontal utiliza unamalla tipo Arakawa B y en la vertical tiene lasopciones de coordenada sigma, híbrida y múltiple, per-mitiendo además el anidamiento entre distintas mallas,sencillo o de doble dirección. HOPS ha sido imple-mentado y verificado en los últimos años en diversasregiones incluyendo zonas del Mediterráneo y Atlán-tico.

Durante 2004 está previsto que el grupo del IME-DEA implemente HOPS en el Mar Balear con una re-solución de 2km anidándolo tanto al ya existenteDIECAST como a los resultados del modelo delproyecto europeo MFSTEP que son dos de los están-dares europeos más aceptados. Esta nueva herramientanumérica se añadirá a la potencialidad de los resul-tados obtenidos mediante DIECAST, modelo especial-mente adecuado para resolver las corrientes estrechasque se localizan principalmente sobre los taludes con-tinentales en el Mediterráneo. HOPS presenta ademásla particularidad de que es un modelo ‘facilmente’relocalizable lo que lo hace especialmente útil en elMediterráneo donde la importancia de las subcuencasdescritas, como la del Mar de Alborán o la del MarBalear, particularmente complejas como hemos vistoen cuanto a su dinámica (Tintoré et al., 1988, 1991),hacen necesario disponer de datos y modelos de granresolución. Además HOPS dispone de una gran comu-nidad de usuarios internacionales lo que facilita sinduda la incorporación de nuevos algoritmos de asimi-lación de datos. Combinando estas nuevas herra-mientas numéricas con la adquisición, tratamiento yasimilación de los datos obtenidos tanto desde saté-lites, como a través de boyas a la deriva, XBT enbuques de oportunidad, o CTD’s en campañas oceano-gráficas específicas, constituirán el Sistema de Ocea-nografía Operacional del IMEDEA, un sistemaverdaderamente integrado (modelos/datos) de predic-ción oceánica, basado en una ciencia de calidad y alservicio de la sociedad.

Además, el grupo del IMEDEA está explorando, enel marco del proyecto europeo SOFT (Satellite basedOcean Forecasting) (financiado por el 5º ProgramaMarco de la UE, y coordinado desde el IMEDEA)nuevas vías de predicción de la variabilidad espacial ytemporal de los océanos, empleando técnicas no li-

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20 http://oceans.deas.harvard.edu/HOPS/

neales de computación evolutiva, una línea especial-mente innovadora que pretende avanzar en nuevas víasde predicción oceánica (Álvarez et al., 2000, 2002,2004). Este proyecto pretende la obtención de sistemasde predicción operacional de los datos recibidos desdesatélite. A diferencia de la predicción tradicionalbasada en modelos numéricos, los sistemas de predic-ción SOFT pueden definirse como agentes que, anali-zando la variabilidad observada en una serie espacio-temporal de los campos oceánicos observados desdesatélite, predicen el futuro estado de dichos campos. Sibien los sistemas SOFT sólo pueden predecir una partelimitada de las variables oceánicas, éstos disponen deuna gran cantidad de datos para inicializar y asimilar,evitando el cuello de botella que supone la capacidadobservacional en oceanografía operacional.

Otro de los aspectos novedosos del grupo de IMEDEAes su capacidad para cubrir ámbitos diversos en lapredicción numérica de las corrientes, que van desde lapredicción de la variabilidad espacial y temporal de lascorrientes marinas y sus efectos tanto en mar abierto(Álvarez et al., 1994, Pinot et al., 1995, Ardhouin etal., 1999, Jordi et al., 2004) como en la zona costera(Werner et al., 1993, Orfila et al., 2004) hasta lapredicción del oleaje en el litoral y la optimización de

la seguridad de bañistas en las playas (en colaboracióncon Puertos del Estado y la Universidad de Cantabria)o más recientemente aspectos directamente ligados a lacalidad de las aguas, aparición de mareas rojas, tiem-pos de residencia en puertos y bahías, etc. (Orfila et al.,2004, Basterretxea et al., 2004) o a la erosión de las

playas (Basterretxea et al., 2004). La Figura 10muestra un ejemplo de los sistemas que ya existen,implantados en la costa Este de los EEUU.

Más recientemente el grupo del IMEDEA21 ha ini-ciado el desarrollo de nuevas tecnologías de obser-vación mediante la construcción de prototipos desubmarinos autónomos de bajo coste (AUV’s) y la uti-lización de glidders, en el marco de proyectos deinvestigación financiados por el plan nacional deI+D+i y (proyecto CORMORAN) el Sexto ProgramaMarco (proyecto integrado MERSEA), Figura 11. Estees sin duda, además del reto científico ya expuesto, elreto tecnológico para los próximos 5 años.

AGRADECIMIENTOS

Los autores quieren expresar su agradecimiento atodas las personas e instituciones que colaboraron deforma decisiva en el Grupo de trabajo de OceanografíaOperacional. Este trabajo recoge los contenidos pre-sentados en la Conferencia de la Real Academia deCiencias Exactas, Físicas y Naturales en la sesión dejunio de 2003 y ha sido parcialmente financiado por el

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Figura 10. Oceanografía Operacional y gestión de la zonacostera.

21 http://www.imedea.uib.es/goifis/WEB/LINEAS/index.php?id=4&menu=lineas

Figura 11. Glidders que pondrá en servicio el IMEDEA durante2004-2005 para muestrear de forma continua y permanente elMar Balear.

MCyT, en el marco de la Acción Especial que financióel “Convenio de colaboración para la coordinacióncientífica del plan de actuación para la evaluación delimpacto del vertido de fuel provocado por el buquePrestige en las costas de Galicia”. Los autores quierenagradecer explícitamente al Prof. Emiliano Aguirre lainiciativa mostrada al organizar esta conferencia queha permitido acercar aspectos fundamentales dedinámica de fluidos y oceanografía a los miembros dela misma, una temática de evidente interés científicointernacional y gran interés socio-económico enEspaña.

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