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