Modelado numérico tridimensional de la dinámica de marea m2 en la Bahía de Algeciras y el Estrecho de Gibraltar

  1. González Mejías, Carlos José
Supervised by:
  1. Alfredo Izquierdo González Director
  2. Oscar Alvarez Esteban Director

Defence university: Universidad de Cádiz

Fecha de defensa: 16 July 2014

Committee:
  1. Jesús García Lafuente Chair
  2. Miguel Bruno Mejías Secretary
  3. Uwe Mikolajewicz Committee member
Department:
  1. Física Aplicada

Type: Thesis

Teseo: 367132 DIALNET lock_openRODIN editor

Abstract

Se ha desarrollado un modelo hidrodinámico tridimensional, no-lineal, baroclino y no-hidrostático que se ha revelado capaz de reproducir, en concordancia con la información experimental disponible, los procesos principales ligados a la dinámica de marea M2 en el estrecho de Gibraltar y la bahía de Algeciras. Las descripciones proporcionadas para este último ambiente constituyen los primeros trabajos de detalle que se han llevado a cabo a este efecto. La dinámica de marea M2 derivada de los resultados del modelo para el ambiente general del estrecho de Gibraltar muestra el conocido patrón estacionario descrito para esta constituyente con anterioridad, con amplitudes en descenso desde el extremo occidental hacia el oriental, como corresponde a la transición entre los regímenes mesomareal y micromareal del océano Atlántico y el mar Mediterráneo, y una propagación en sentido sudoeste de la onda de marea, con un retardo asociado de una media hora entre ambos extremos del Estrecho. Las corrientes de marea M2 asociadas se muestran principalmente orientadas a lo largo del eje longitudinal del Estrecho, siguiendo en general las isobatas, y presentan amplitudes máximas, de más de un metro por segundo, sobre el área del umbral de Camarinal. El sistema obtenido con el modelo es similar al descrito en investigaciones anteriores, tanto de campo como mediante modelado numérico. Las características detalladas de la elevación de la marea M2 proporcionadas por el modelo en el dominio específico de la bahía de Algeciras muestran una situación bastante homogénea, con un ligero descenso de las amplitudes hacia la cabeza de la Bahía (en torno a un centímetro) y un suave aumento de las fases en este sentido (con un retardo de marea asociado de seis a siete minutos). El sistema de corrientes de marea M2 en el área general del Estrecho proporcionado por el modelo muestra un patrón predominantemente barotrópico, con una alta homogeneidad vertical en las amplitudes, fases e inclinaciones de las elipses de corriente, en consonancia con los perfiles experimentales disponibles y la adecuada caracterización a este respecto que han alcanzado modelos barotrópicos con anterioridad en este ambiente. Sin embargo, la situación descrita por el modelo para el ambiente concreto de la bahía de Algeciras, apoyado por el análisis de los registros experimentales en esta zona, muestra importantes diferencias respecto a la situación en el Estrecho. En la bahía de Algeciras, el patrón de las corrientes de marea M2 es mayoritariamente baroclino, merced de tres factores fundamentales que se dan en este dominio: su carácter de cuerpo de agua semicerrado, la fuerte estratificación de la columna de agua, y la presencia del profundo Cañón central que favorece el completo desarrollo de esta última. La consecuencia principal de todo ello es la existencia de un sistema de contra-corrientes de marea M2 entre las capas de agua atlántica (superior) y mediterránea (inferior), de forma que el flujo de marea de entrada en una de ellas coincide aproximadamente en el tiempo con el de salida en la otra, estando las corrientes de marea atlántica y mediterránea en situación antifase mutua, y en cuadratura con la elevación de la superficie y la profundidad de la interfaz entre ambas capas. Los resultados del modelo muestran concordancia con los perfiles experimentales de corriente registrados en distintas estaciones. El sistema de contracorrientes de marea M2 anterior muestra cierta variabilidad lateral debida a los gradientes transversales a la bahía de Algeciras que se producen en las amplitudes y fases de la corriente M2, a causa del descenso batimétrico hacia la plataforma continental, donde el sistema bicapa tiende a desaparecer y predomina la capa superior atlántica. En la zona de la bocana de la Bahía, a esto se le añade la influencia de las corrientes longitudinales al estrecho de Gibraltar, lo que provoca una considerable disminución de la excentricidad de las elipses de corriente en el área de conexión entre ambos ambientes. Esto provoca que tanto en la capa de agua atlántica como en la mediterránea se den flujos simultáneos de entrada/salida a través de la bocana de la Bahía. Lo anteriormente descrito implica unas tasas de intercambio hídrico entre la bahía de Algeciras y el estrecho de Gibraltar unas veinte veces mayores que las que se esperarían desde un punto de vista barotrópico, atendiendo sólo al pequeño rango mareal propio de esta zona. Los resultados del modelo implican pues que la dinámica baroclina resulta determinante en cuanto a la caracterización del sistema de corrientes de marea en la Bahía. Las tasas de renovación asociadas al sistema descrito explican también la relativamente alta calidad del agua que se observa en la bahía de Algeciras, a pesar de ser un ambiente sometido a una alta densidad poblacional, tráfico marítimo y actividad industrial. El modelo hidrodinámico también se ha revelado capaz de simular la generación de ondas internas baroclinas de corto período sobre la zona del umbral de Camarinal, así como su propagación hacia ambos sentidos del Estrecho, reproduciendo los procesos de disgregación del frente de onda principal en trenes de menor longitud y período, y de difracción y refracción de acuerdo a la batimetría y a los contornos costeros. Adicionalmente, gracias a la precisión en el cálculo de las elevaciones superficiales por parte del modo bidimensional del modelo, se han podido reproducir los efectos de las ondas internas sobre la superficie del agua, permitiendo el análisis comparativo directo de su evolución espacio-temporal a partir de imágenes de radar de apertura sintética y fotografías tomadas desde el espacio. A este respecto, se estableció que la consideración de los términos no-hidrostáticos apenas implica diferencias respecto a la naturaleza de las ondas internas baroclinas reproducidas por la versión hidrostática del modelo numérico. 9. Los resultados del modelo muestran además la penetración de estos frentes de onda interna baroclina hacia el interior de la bahía de Algeciras, lo que se hace patente mediante el análisis espectral de los registros de elevación de la superficie libre, adquiridos mediante sensores de presión en las estaciones experimentales disponibles. Durante el curso de estos estudios, se confirmó la capacidad de los modernos sensores de presión para detectar el paso de ondas internas baroclinas por sus efectos sobre la superficie libre del agua, mediante el filtrado de las series registradas con técnicas convencionales de análisis espectral de Fourier. El relativamente bajo coste de estos dispositivos, comparados con los perfiladores de corriente de efecto Doppler habitualmente usados al efecto, los posiciona como instrumentos idóneos para la monitorización de estas ondas internas baroclinas en el Estrecho y ambientes similares. El análisis de los resultados del modelo llevado a cabo en el transcurso de los estudios anteriores revelaron que éste reproduce los procesos de resonancia ligados a la dinámica de marea M2 en el seno de la bahía de Algeciras, tanto para la componente barotrópica como baroclina de la misma. Esto se vio además apoyado por los datos experimentales disponibles. Por último, se han analizado los resultados del modelo desde una perspectiva de las tasas variación de energía potencial baroclina asociados a las ondas internas de corto período, estableciendo un mecanismo de discriminación entre la producción in situ y los flujos de transporte de energía. Esto ha permitido profundizar en el conocimiento de los mecanismos de generación y propagación de estas perturbaciones baroclinas, permitiendo identificar de forma preliminar posibles zonas de generación de ondas internas.