Curso de oleaje ‘031 Modelos Operacionales de Oleaje R. Padilla Hernandez BIO Francisco Ocampo Torres CICESE Curso de oleaje. CICESE ‘03

Curso de oleaje ‘03 Curso de oleaje ‘03 1

Modelos Operacionales de Oleaje

R. Padilla Hernandez BIO

Francisco Ocampo Torres CICESE

Curso de oleaje. CICESE ‘03


CONTENIDO

1. Introducción.

2. Modelos numéricos del oleaje.

3. La ecuación de balance de acción.

4. Términos fuente

5. Modelación numérica

6. WAM y SWAN

7. Sistema Entradas/Salidas

8. GoMOOS: Sistema de predicción de oleaje

9. Batimetría y campos de viento.

10. Simulaciones.


Las olas tienen un impacto muy importante sobre todos los procesos en la interacción océano atmósfera y también en la mayoría de los procesos costeros.

Impacto del oleaje sobre diferentes procesos oceImpacto del oleaje sobre diferentes procesos oceáánicos y costerosnicos y costeros

1. Introducción1. Introducción

•Físicos: Mareas (interacciones olas-corrientes)

Apilamiento de agua (surge)

Interacciones océano-atmósfera, intercambio de gases, calor, momentum, . . . .

•Geológicos: Transporte de sedimento, configuración de la costa (erosion, depositación), ondulitas, . . .

•Biológicos: Alta productividad orgánica en arrecifes y su distribución, Eclosión de larvas, . . .


Importancia de contar con predicciones de oleaje confiables:Importancia de contar con predicciones de oleaje confiables:

1. Introducción1. Introducción

•Predicción del estado del mar :operaciones marítimas, explotación de gas y petroleo,. ..•Criterios de diseño (costero y oceánico) (Hindcasting)•Busqueda y rescate •Transporte y dispersion de materia disuelta y en suspension•Estimación de la erosión costera•Rutas de navegación•Diseño y protección de puertos•Seguridad de asentamientos costeros.•..•..


2. Modelos numéricos2. Modelos numéricos

Modelos numéricos del oleajeModelos numéricos del oleaje

Resueltos en faseResueltos en faseDescripción de la Descripción de la

superficie del mar en superficie del mar en tiempo y espaciotiempo y espacio

Promediados en fasePromediados en faseDescripcion de la superficie del Descripcion de la superficie del

mar en funcion de la densidad de mar en funcion de la densidad de energia espectralenergia espectral

Aprox. HamiltonianosAprox. HamiltonianosAprox. BousinesqAprox. BousinesqEcuacion de pendiente suaveEcuacion de pendiente suave

Aprox. LagrangianaAprox. LagrangianaAprox. EulerianaAprox. EulerianaCombinacion Combinacion




Energía en frecuencia y dirección, . . . no hay información acerca de la fase . . .


Modelos EulerianosModelos Eulerianos


Modelos numéricos del oleajeModelos numéricos del oleaje

WAMWAMWave WatchWave WatchSWANSWAN......

HISWAHISWA......

Paramétricos (Hs, Paramétricos (Hs, ffmm))Espectrales F(Espectrales F(ff,θ),θ)


Modelos EspectralesModelos Espectrales

SWANSWANWAMWAM

Escalas OceanicasEscalas OceanicasGlobal - 10’s kmsGlobal - 10’s kms

Escalas PequeEscalas Pequeñasas100’s km~10’ metros100’s km~10’ metros

Esquema Explicito

CFL-Criterio

Esquema Implicito

No CFL-Criterio



inStotS 4nlS

..... bkS

wcS

bfS 3nlS

Aguas profundas

Aguas someras

3. Ecuación de balance de acción

Equation de Balance Acción

t

N

)( Ncx x

)( Ncy y

Nc

)( Nc

totS


4. Términos fuente

Entrada de energía debida al viento: Sin

Phillips’ (1957) Teoría de crecimento lineal

Miles’ (1957) Teoría de crecimento exponencial

Interacciones no-lineales (quadrupletas): Snl4

Hasselman (1962, 1963a, 1963b) Integrales de Boltzmann

Rompimiento en aguas profundas: Swc

Hasselman (1974) “Pulsos de presión”


Fricción con el fondo: Sbf

Collins (1972)

Hasselman et al. (1974) JONSWAP model

Madsen et al (1988) Viscosidad turbulenta (VT)

Weber (1989, 1991) VT

Christoffersen et al (1985) VT

. . . . .

4. Términos fuente

Interacciones no-lineales (triadas): Snl3

Eldeberky y Battjes (1995)


Rompimiento inducido por la profundidad: Sbk

Eldeberky y Battjes (1996)

4. Términos fuente

Otros

Dispersión de la energía del oleaje inducidad por irregularidades en el fondo

Disipación de la energía de oleaje debido a la percolación

. . . .


6. WAM y SWAN

WAMC4-PROMISE1

Modelo de olaje usado principalmente para la simulación del oleaje en aguas profundas e intermedias. (Esquema Explicito)

SWAN2

Simulación del oleaje en intermedias y someras con alta resolución. (Esquema Implicito)

x- espacio geografico

tiem

po

Esquema Explícito

to

t1

CFL limit.

SWAN es, computacionalmente, más barato

x- espacio geografico

tiem

po

Esquema Implícito

to

t1

NO CFL limit.


6. WAM y SWAN

x

y

Dispersión y Difusion numerica

to t1 t2

θ1

θ2

θ3

f3

f2

f1

Explícito

Implícito

f1, f2 ,f3,

f1 < f2 < f3,


6. WAM y SWAN

x

y

Dispersión y Difusion numerica

to t1 t2

θ1

θ2

θ3

f3

f2

f1

Explícito

Implícito

f1, f2 ,f3,

f1 < f2 < f3,


6. WAM y SWAN

WAM

SWAN

Win

d S

pee

d [

m/s

]

Wind Speed at BIO Loc.

JAN ‘02


SWANSWAN

Limitaciones Limitaciones factores internos y factores internos y

externosexternos

WAMWAM

DifracciónDifracción

Campos de viento y batimetríaCampos de viento y batimetría

Corrientes inducidas por el Corrientes inducidas por el oleajeoleaje

6. WAM y SWAN

Aproximacion de Interacciones Aproximacion de Interacciones discretas (DIA)discretas (DIA)


7. Sistema entradas/salidas 7. Sistema entradas/salidas

Modelo Numérico de Oleaje

Batimetría

Mareas (η, u)

Surge Viento

F(f,θ), Hs, Tp,m,1,2,... ub, τb, θm,p, . . . ,

Boun. Cond.

u*, zo, Setup, Coef. friccion.

Interacciones océano-atmósfera (temperatura, intercambio de gases, . . .) , Transporte de sedimento, etc. etc., esfuerzos sobre

estructuras,


8. -GoMOOS

2 Sistemas de anidamiento

(a) WAM-P in WAM-P.

(b) SWAN(fine-grid) in WAM (interm-grid)

Comparaciones entre modelos

Espacio geográfico

Comparacion Modelos-mediciones in situ : DWR y ADCP

Series de tiempo


8. GoMOOS Depth

GRID-RES [deg] N N t [sec] WIND FIELDS [deg] t [hrs]

COARSE 1.0o 84 56 2400 NOGAPS 1.0o 6

INTERM 0.2 o 191 176 600 COAMPS 0.2 o 6

FINE 0.1 o 91 61 240 COAMPS 0.2 o 6

Jan 10-16, 2002


8. GoMOOS

Aparato Δt Medic. in situ wamnear ww3 swan

ADCP 2 h. 19 46 43 43

DWR 0.5 h. 19 46 43 43

Profundidad [m]

BIO Location (-66.99, 43.31)

ADCP: Perfilador Acustico Doppler• Propiedades del olejae por medio de la medición

de velocidades orbitales• 3 mediciones independientes:Presion, velocidad

orbital y localizacion de la superficie por medio de eco

DWR: Boya direccional

• Propiedades del olejae por medio del movimiento de la boya

• 3 mediciones independientes : balanceo e-o y n-s, aceleraciones en z.


9. Campos de viento. Bomba atmosférica. Enero - 2002Bomba atmosférica. Enero - 2002


10. Simulaciones

Sistema de directorios, subdirectorios y archivos

bin: Archivos de mandos,

exe: Ejecutables

$HOME/../coarse/ inp: Archivos de entrada

/interm/ work: Dir. auxiliar de trabajo (compilar y ligar).

/fine/ output: Resultados.

work: Directorio principal de trabajo.

/tmp/

temp: Directorio temporal (cond. de frontera)

coarse; interm;fine

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