CAMAYO M. , Rosio

Dirección de Hidrografía y Navegación

RESUMEN

Se presenta las etapas iniciales del proceso de adaptación del modelo de la Universidad de Princeton (POM) para el estudio de la circulación oceánica en la región de la costa del Perú.

Se incluye experimentos hidrodinámicos considerando la batimetría real , condiciones de frontera abiertas y grilla curvilínea ortogonal , bajo forzantes de viento climatológicos.

Es investigado el efecto del viento sobre la generación del sistema de corrientes en el dominio del mar peruano.

I. INTRODUCCION

El modelo POM utilizado en este trabajo es el Princeton Ocean Model (POM), código desarrollado en la Universidad de Princeton por Blumberg y Mellor (1983,1987), y desde entonces es usado por un número cada vez mayor de investigadores en todo el mundo.

El trabajo en su desarrollo consiste, en la implementación y adaptación del modelo numérico para el estudio de los procesos físicos, en meso-escala en la región del Oceáno Pacífico perteneciente al dominio del Mar Pêruano. La implementación del modelo consiste en condicionar y estructurar adecuadamente toda la información necesaria para el modelo, donde se usó la batimetria real y la información climatolológica de Levitus distribuída en una grilla curvilínea y en coordenadas sigma. La adaptación del modelo depende de las condiciones particulares del dominio como batimetría, campo de densidad-estructura termohalina, linea de costa, fricción lateral, etc.

Una de las formas de estudio del Fenómeno del Niño es conocer la variabilidad causada ya sea por la componente meteorológica (viento, radiación) o oceánica (estructura termohalina). En este trabajo se presenta la metodología a seguir y los primeros experimentos usando la forzante de uno de los principales componentes meteorológicos de generación de corrientes en esta parte del Pacifico Sur, como es el viento.

II. MATERIALES Y METODOS

2.1 Información

• Los campos climatológicos (grafico 1.) de las propiedades hidrográficas (temperatura y salinidad) utilizados en la inicialización de los experimentos numéricos fue extraída a partir del World Ocean Atlas 1994 - WOA94, elaborada por Levitus et. al. (1994) del "National Oceanographic Data Center".

Grafico 1. Izquierda.Distribución de temperatura de los datos de Levitus para el mes de Enero en un corte al sur del Dominio. Derecha. Ejemplo de distribución de densidad a los 10m de profundidad calculado a partir de los datos de Temperatura y Salinidad de Levitus.

• La batimetría de la región de estudio fueron obtenidos a partir del conjunto de datos de ETOPO-5 (Earth Topography at 5´ Resolution, National Geophysical Data Center, EUA) y de la batimetría de alta resolución del banco de datos del Departamento de Geomática de la Dirección de Hidrografía y Navegación.

Grafico 2. Distribución de la batimétria (combinación de las fuentes de ETOPO-5 y DHN)

• Los campos climatológicos de stress de viento del banco de datos del Southampton Oceanography Centre (SOC- GASC97 Global Air-Sea Heat and Momentum Flux Climatology.) con una resolución de 1° .

2.2 Implementación del modelo

• Resolución horizontal : Construcción de la grilla y batimetría

La resolución horizontal es una grilla con espaciamiento variable, empleando un Sistema de Coordenadas Curvilíneas Ortogonales. Al generar una grilla curvilínea se define primero el dominio a modelar, siendo un área aproximadamente que cubre parte del Pacífico Sur Oriental aproximadamente entre los 100(W-línea de costa y entre los 2(-28(S. Con esta resolución horizontal variable se especifica un mayor número de puntos de grilla en regiones que requieren mayor resolución.

Grafico 3. Distribución horizontal de la grilla curvilínea ortogonal usada .

 

La información batimétrica es obtenida de la combinación de las dos fuentes de ETOPO-5 y DHN, debido a la poca resolución de los datos provenientes de la primera fuente en la región próxima al margen continental .interpolada de una grilla regular a la grilla curvilínea (griilla base).

• Interpolación de la información termohalina y el stress de viento

Los datos climatológicos mensuales de temperatura y salinidad de 24 niveles (0.0 10. 20. 30. 50. 75. 100. 125. 150. 200. 250. 300. 400. 500. 600. 700. 800. 900. 1000. 1100. 1200. 1300. 1400. 1500.) y los datos del stress de viento son interpolados a la grilla curvilínea usando la grilla base de la batimetria.

• Resolución Vertical

  Los datos de temperatura y salinidad son interpolados según el método "cubic spline" a un sistema de coordenadas sigma con una profundidad mínima de 50 m.

2.3 Adaptación del modelo

• Condiciones iniciales

  Las condiciones termohalinas iniciales de los experimentos consistirán de la utilización de los campos climatológicos de T y S de los meses de , pero para toda la región tridimensional del dominio.

• Condiciones de Contorno

  Las condiciones de frontera usados fueron:

- Elevación de superficie : Condición radiacional Orlanski en las fronteras E y S. Condición cerrada en la frontera N.
- Velocidades : Condición radiacional Orlansky para N y S. Combinación de capa esponja y radiacional Orlansky, fue necesraio implementar para obtener un efecto de amortiguado en la frontera Este. Este amortiguado tiene el formato de una tangente hiperbólica. (Fuente. Mendoza,2001)
- Temperatura y salinidad : Condición radiacional.

• Criterio de estabilización

En este trabajo se busca analizar la dinámica de coorrientes debidas a la forzante de viento y para que estos resultados del modelo sean analizados sin la interferencia de resultados transientes, debido a la inicializacviuón del modelo y el ajustamiento del oceáno modelado, se necesita definir un criterio de "estabilización". En este caso, adoptamos como tal criterio el cálculo de la energia cinética media propuesto por Miller (1995).

III. EXPERIMENTOS Y DISCUSIONES

EXPERIMENTOS FORZADOS POR EL VIENTO

Se realizó una corrida con condiciones iniciales de estructura termohalina fija para todos los experimentos. Esto porque al variar la estructura termohalina de un mes promedio a otro, no se observó variaciones significativas de la solución.

La mayor parte del trabajo se concentró en la búsqueda adecuada de las condiciones de frontera para las variables de elevacion de superficie, las velocidades tanto barotrópica como baroclínicas, la temperatura y la salinidad. El tipo de condiciones de frontera implementadas fueron las OBC (open Boundary Condition). Se encontró que para la región del mar peruano la condición de no gradiente causa inestabilidad, que puede estar presentandose reflexiones o oscilaciones expurias que contaminan la solución pudiendo llegar a inestabilizar el modelo. (Kowalik & Murty,1993). La condición radiacional parece ser "transparente" permitiendo pasar las oscilaciones generadas. Con excepción de la frontera Norte para la elevación de superficie fue necesario utilizar una condición cerrada, que puede estar contribuyendo a un desbalance del transporte a través de los contornos Este y Sur.

El alto gradiente batimétrico de esta región y el uso de las coordenadas sigma limita la solución del modelo a una determinada profundidad máxima y mínima, esto puede tener un mayor efecto para modelar la capa Ekman en profundidades menores a lo limitado.

Se optó por utilizar un parámetro de viscosidad cinemática horizontal constante (valor de 200 m2/s) por el cálculo de la viscosidad por el Método de Smagorinsky . Esto para controlar efectivamente el efecto de la fricción lateral. (Calado,2001).

3.1 EXP1-Junio/Invierno

Se realizó un experimento (Diagnóstico baroclínico) sólo bajo la influencia de la forzante meteorológica, stress de viento climatológico para el mes de Junio, dejando de lado la forzante oceanográfica (estructura 3-D tridimensional); esto con la finalidad de evaluar la solucíon del modelo implementado a esta región y con un segundo fin, de evaluar la generación del sistema de corrientes superficiales para esta región.
La energía cinética média se estabilizó a los primeros 5 dias de simulación, luego ésta presenta un comportamiento notoriamente estable ante el efecto del viento.
Bajo las condiciones de los experimentos sólo se evaluará la circulación en superficie.

Se nota claramente en los campos horizontales superficiales a partir del día de estabilización, que sólo bajo la forzante del viento en condiciones de invierno se forma el Sistema de la Corriente Peruana que se extiende frente a la costa Peruana y Norte de Chile, con intensidades entre 0.1 a 1.1 m/s, se nota claramente una orientación predominante de sur a norte. Según lo mencionado por Zutta (1970), en los trabajos de Wyrtki se considera que la CCP (Corriente Costera Peruana) sólo llega hasta los 10°S y en los trabajos de Wooster muestran que existe una intensificación de este flujo hacia el Norte y con valores entre 15-80 cm/s , con respecto a esto se puede mencionar que por efecto del viento la Corriente Peruana en su conjunto de Sistema sufre una ligera desviación hacia el Oeste y lo más notorio un alejamiento de la costa alrededor de los 15°S. Al Norte de los 15 °S se muestra claramente la generación de la Corriente Sur Ecuatorial con intensidades entre los 0.4 a 0.9 m/s.

3.2 EXP2-Enero/Verano

En un segundo experimento(Diagnóstico baroclínico) de evaluó la forzante de stress de viento en condiciones de verano -mes de enero.
La energía cinética se estabilizó casi en el mismo periodo que el experimento 1, pero luego presentando una oscilación de pequeña amplitud pero notoria.

Se generan el mismo sistema de Corrientes presentado en el experimento de invierno pero la Corriente Peruana se presenta más alejada de la costa en condiciones de verano, lo que es de esperarse en esta temporada.

La zona de mayor intensidad de la Corriente Peruana en el Sur presenta un menor área de expansión que en el caso de invierno.

En la zona costera del centro y norte peruano se puede estar presentando una serie de meandreamientos de la corriente del Norte.

IV. CONCLUSIONES

• Aislando toda influencia, y sólo bajo la forzante del stress de viento, el modelo generó el Sistema de Corrientes Superficiales en el dominio Peruano tanto para el mes de verano como para invierno.

• Se muestra que la zona de la Corriente Peruana de mayor intensidad en verano tiene una menor área de expansión que en invierno.

• El modelo POM es capaz de modelar la circulación oceánica del mar peruano, siendo uno de sus principales problemas las condiciones de frontera, el notorio gradiente de densidad (por variación de temperatura) y el gradiente batimétrico presentado cerca a areas costeras peruanas.

• El comportamiento de la condición de frontera radiacional fue optima en aplicado en esta región. Pero es necesario ser evaluado en otros experimentos diferentes.
  

Grafico 4. Simulación a los 20 dias. Izquierda, Junio. Derecha, Enero.

V. REFERENCIAS

Miller,J.L. and T.N.Lee, Gulf Stream meanders in the South Atlantic Bight, Part: Scaling and Energetics. J. Geophys. Res,100,6687-6704,1995.

Mendoça,F., Estudo numerico da influencia da descarga fluvial e dos ventos sobre a dinámica da pluma do Rio da Prata.Tesis do Instituto Oceanográfico,USP,60-65,2001.

Calado,L., Dinamica da formação dos meandros e vórtices da Corrente do Brasil ao largo do Sueste Brasileiro., Tesis do Instituto Oceanográfico,USP,25-35,2001.

Kowalik,Z. Y T.S. Murty, Numerical Modelling of Ocean Dynamics, Word Scentific,449pp,1993.