simulación del oleaje durante huracanes y su impacto...
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SimulaciSimulacióón del oleaje durante huracanes n del oleaje durante huracanes y su impacto costeroy su impacto costero
Dr. Omar G. Dr. Omar G. LizanoLizano
Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI), Centro de Investigación en Ciencias del Mar y Limnología (CIMAR), Departamento de Física Atmosférica, Oceánica y Planetaria (DFAOP), Escuela de Física, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. E-mail: [email protected]
Amenazas durante un huracán
Las principales amenazas durante un huracán son:
La marejada de tormenta o borrascamarina
Vientos de gran intensidad
Alta precipitación
Oleaje
Formación de tornados
1- La marejada de tormenta o borrasca marina
2. Viento
3- Precipitación:
Precipitaciones de 6 a 12 pulgadas son comunes El riesgo de las inundaciones depende de un número de factores:Κ La velocidad de la tormentaΚ Su interacción con otros sistemas meteorológicosΚ El tipo de terreno en el lugar Κ El grado de saturación.
Precipitación tierra adentro inundaciones repentinas. Ej: Cabeza de agua en el cause de los ríos, que junto con los deslizamientos en regiones montañosas, constituyen una de las mayores amenazas.
4- OLEAJE
El oleaje montado sobre la borrasca y el agua apilada por el viento es la que produce mayor destrucción tierra adentro.
El nivel de alcance de esta marejada depende de la pendiente de la plataforma frente al lugar donde está impactando el huracán.
Niveles del marNiveles del mar
Modelos numModelos numééricos en el ocricos en el océéanoano
•• Modelos de circulaciModelos de circulacióónn•• Modelos de mareasModelos de mareas•• Modelos de generaciModelos de generacióón de olasn de olas•• Modelos de vientoModelos de viento•• Modelos de marejada de huracModelos de marejada de huracáánn
Modelos de generaciModelos de generacióón de n de olasolas
Modelos de generaciModelos de generacióón de olasn de olas
EcuaciEcuacióón de balance de energn de balance de energíía:a:
donde: donde:
F = F (F = F (ωω,,θθ,x,t,x,t)) es el espectro de energes el espectro de energíía de ola, a de ola, ccgg = = ccgg ((ωω,,θθ)); ; velocidad de propagacivelocidad de propagacióón del grupo de olas, n del grupo de olas, SStottot= = SStottot((ωω,,θθ, , x,tx,t)) la funcila funcióón neta de todos los procesos que n neta de todos los procesos que agrupan, remueven o distribuyen energagrupan, remueven o distribuyen energíía en el espectro de olas, a en el espectro de olas, ωω ((=2=2ππff) es la frecuencia angular de ola,) es la frecuencia angular de ola, θθ es la direccies la direccióón de la ola, n de la ola, xx es el vector posicies el vector posicióón de la ola y n de la ola y tt es el tiempo.es el tiempo.
totgg SFcFctF
=∇∂∂
+⋅∇+∂∂ )).(()( θ
θ
Modelos de generaciModelos de generacióón de olasn de olas
nldsintot SSSS ++=
Términos fuente:
Sin: energía de entrada por el viento. Sds: disipación de energía de olaSnl: interacciones no lineal entre ondas
Ejemplo de aplicaciEjemplo de aplicacióón costeran costera
Modelo SWAN 40.01
Condiciones promedio de oleaje y viento (noroeste):
Condiciones promedio de oleaje y viento (oeste):
Condiciones promedio de oleaje y viento (suroeste):
Condiciones extremas de oleaje y viento (NW1: H1/3 TpA Viento=0 ):
Condiciones extremas de oleaje y viento (NW2: H1/3 TpA Viento≠0 ):
Modelos de generaciModelos de generacióón de olasn de olas
Modelos de olas mas usados:- WAM (WAve Model): aguas profundas- SWAN (Simulating WAves Nearshore): aguas
llanas, someras o poco profundas- WAVEWATCH III: aguas profundas
Modelos de vientoModelos de viento
rR
n
max
epppp−
−+= )( 00
[ ]maxonmax fRPPKV 5.0)( 2/1 −−=
Según Myer (1954):
Utilizando la expresión de viento gradiente en r = Rmax:
Donde “p es la presión atmosférica, “p0” la prisión central,“pn” la presión ambiente, “r” es la distancia al centro del huracán,“R” es el radio de viento máximo.
VVóórtice rtice RankineRankine (1947)(1947)
)()( max RrVrV =
)()( max rRVrV =
r < R
r > R
r < R
r > R
2/3max )()(
RrVrV =
2/1max )()(
rRVrV =
Modelo de Jelesniansky (1974)
Perfiles de viento de huracán
0
10
20
30
40
50
60
0 200 400 600 800 1000Distancia (Km)
Vel
ocid
ad (m
/seg
) JelesniRankine
donde donde CC11 = 3.354, = 3.354, CC22 = 1.265x10= 1.265x103 3 ((CollinsCollins andand ViehnamanViehnaman, 1971), , 1971), kk y m y m son constantes ajustados empson constantes ajustados empííricamente con datos de huracanes.ricamente con datos de huracanes.
CollinsCollins y y ViehnamanViehnaman (1971):(1971):
r > Rr > R
R > r > R/3R > r > R/3
R/3 > rR/3 > r
)()()(21mk
max
rCRLog
rCVrV ∗=
)3/1(5.1)( −=RrVrV max
0)( =rV
Modelo del Modelo del NationalNational WeatherWeather ServiceService (1979):(1979):
r < Rr < R
r > Rr > R
Donde A, a y b son coeficientes ajustados con datos de huracanesDonde A, a y b son coeficientes ajustados con datos de huracanes..
El Modelo de El Modelo de HollandHolland (1980):(1980):
)2
()(RrsinVrV A
max∏
=
[ ] )*3.11()(1
)/)((−
−−−=bRRra
max eVrV
2422)/exp()(
)(5.0rffr
rrAppAB
rUg B
bon −
+
−−=
ρ
Modelo de Combinado (Modelo de Combinado (LizanoLizano , 1990):, 1990):
r > Rr > R
r < R r < R
Con:Con:
)2()( 22 rRRrVrV max +
=
)()()(21
maxmk rCRLog
rCVrV ∗=
[ ] fonmax VRfPPV 5.025.0)(364.63885.0 2/1 +−−=
DistribuciDistribucióón espacial del viento en n espacial del viento en caso de un huraccaso de un huracáánn
Perfiles de viento verticales en un huracán
05
1015202530354045
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85Distancia (Km)*5
Vel
ocid
ad (m
/seg
)
CombinadoHolland
Perfiles de viento horizontales para un hurcán
0
10
20
30
40
50
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103
Distancia (Km)*5
Vel
ocid
ad (m
/seg
) CombinadoHolland
Combinado Holland
Algunas aplicaciones con huracanesAlgunas aplicaciones con huracanes
Huracán George - Boya 42040
02468
10121416
25 26 27 28 29Día
Altu
ra (m
)
BoyaCombinadoHolland
A Huracán George - Boya 42039
0
2
4
6
8
10
25 26 27 28 29Día
Altu
ra (m
)
BoyaCombinadoHolland
B
Huracán George - Boya 42001
0
1
2
3
4
5
25 26 27 28 29
Día
Altu
ra (m
)
BoyaCombinadoHolland
C Huracán George - Boya 42036
0
1
2
3
4
5
6
25 26 27 28 29Día
Altu
ra (m
)
BoyaCombinadoHolland
D
Huracanes en el PacHuracanes en el Pacíífico Tropical fico Tropical EsteEste
Frecuencia mensual de huracanes
Dos aplicaciones de interDos aplicaciones de interééss
H. Lane set., 2006 H. John, ago.-set., 2006
BatimetrBatimetrííaa
SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n LaneLane
SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n LaneLane
SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n LaneLane
SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n LaneLane
SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n LaneLane
SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n LaneLane
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SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n JohnJohn
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SimulaciSimulacióón de oleaje para el n de oleaje para el HuracHuracáán n JohnJohn
Procesos costerosProcesos costeros
Datos de entradaDatos de entrada
Rejilla Topografía y batimetría
ImplementaciImplementacióón de modelo n de modelo numnumééricorico
Un ejercicio para AcapulcoUn ejercicio para Acapulco
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
SimulaciSimulacióón de viento y oleajen de viento y oleaje
Viento Oleaje
Modelo de marejada de huracanesModelo de marejada de huracanes
gDU
dxdS 2)cos( φζ=
donde: donde:
•• S es la altura de la marejada, S es la altura de la marejada, •• x es la distancia, x es la distancia, •• ζζ eses una constante, una constante, •• U la velocidad delU la velocidad del viento, viento, •• D la nueva profundidad d + S D la nueva profundidad d + S •• φφ es el es el áángulo entre el viento y la direccingulo entre el viento y la direccióón x.n x.
Perfiles batimPerfiles batiméétricostricos
Modelo de marejada de huracanesModelo de marejada de huracanes
)()cos( 2
1n
nn SdgUxSS
+∆+=+
φ
donde: donde:
•• S es la altura de la marejada, S es la altura de la marejada, •• x es la distancia, x es la distancia, •• ζζ eses una constante, una constante, •• U la velocidad delU la velocidad del viento, viento, •• d la profundidadd la profundidad•• φφ es el es el áángulo entre el viento y la direccingulo entre el viento y la direccióón x.n x.
Solución de Euler de primer orden:
Altura de marejada sobre AcapulcoAltura de marejada sobre Acapulco
Marejada de tormenta para Huracán John sobre Acapulco
05
1015202530354045
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Puntos a lo largo de perfil
Altu
ra (c
m)
Hora 48Hora 42Hora 36
Marea en Acapulco el 30 ago, 06Marea en Acapulco el 30 ago, 06