Hidrodinámica mareal y submareal de una laguna costera tropical

La oceanografía estuarina de diversas escalas ha avanzado considerablemente en lo que va del presente siglo. Este desarrollo se ha basado principalmente en investigaciones sobre cuerpos de agua costeros de latitudes medias. Sin embargo,  los tropicales han sido poco estudiados tanto a escala mareal...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Leonardo Tenorio Fernández
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2015
País:México
Institución:Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada
Repositorio:Repositorio Institucional CICESE
Idioma:español
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description La oceanografía estuarina de diversas escalas ha avanzado considerablemente en lo que va del presente siglo. Este desarrollo se ha basado principalmente en investigaciones sobre cuerpos de agua costeros de latitudes medias. Sin embargo,  los tropicales han sido poco estudiados tanto a escala mareal como submareal, las típicas de la dinámica estuarina. Este trabajo examina la hidrodinámica de las lagunas costeras tropicales a estas escalas. La dinámica de propagación de la marea dentro de este tipo de cuerpos de agua, se analiza usando observaciones oceanográficas espaciotemporales y un modelo analítico de las ecuaciones de agua somera propuesto para un amplio espectro de sistemas alongados, pero sólo probado para casos de golfos y estuarios largos. La importancia relativa de las fuerzas que controlan la hidrodinámica submareal en una laguna tropical poco profunda, se determina usando las mismas observaciones oceanográficas, mediciones meteorológicas, y la aplicación de números adimensionales. Para ambos estudios se examinaron las variaciones durante 60 días de la elevación de la superficie del mar, de la temperatura y de la salinidad dentro de la laguna de Chelem, así como de los perfiles en el eje vertical de la velocidad en la boca del sistema. La laguna de Chelem es una laguna tropical ramificada que se localiza en la península de Yucatán en el Golfo de México. Las mareas fueron predominantemente diurnas, con una longitud de onda de por lo menos 20 veces más largas que la longitud del embalse. Las variaciones espaciales de la elevación de la superficie del mar y del transporte longitudinal en cada rama, fueron descritas por medio de la implementación de un modelo analítico lineal, y comparadas con las observaciones. La aplicación del modelo analítico en este cuerpo de agua evidenció lo versátil que es el modelo, ya que puede ser aplicado desde sistemas grandes (golfos), como fue concebido, hasta lagunas costeras tropicales, como en este trabajo. Los resultados mostraron que la laguna es altamente friccional, las componentes principales de la marea astronómica se atenuaron entre 30% y 40% hacia las cabezas del embalse derivado del balance entre el gradiente de presión y las fuerzas friccionales. Otra consecuencia de este balance fue el establecimiento de una oscilación catorcenal declinacional. El paso de una carretera sobre el sistema, estranguló el flujo natural de la laguna, y si bien la propagación de la señal diurna hacia la cabeza al Oeste de la cuenca, amortiguo la señal semidiurna. La carretera actuó como un filtro pasa-bajas, el cual es típico de sistemas estrangulados, el efecto filtrador de la carretera se consideró en el modelo por medio de la optimización del parámetro friccional. La hidrodinámica submareal en una laguna costera tropical determinada por la competencia entre: la marea, el esfuerzo del viento y el gradiente de densidad, se examinó en la laguna de Chelem. Las observaciones motivaron a realizar un análisis dimensional y la hidrodinámica a esta escala se asoció a la transición estacional de la época de secas a la de lluvias, ya que, en ésta se modificó el balance entre la evaporación, la precipitación y los aportes de agua subterránea, por lo que Chelem mostró una variación estacional y una espacial de densidad. Para diagnosticar la importancia relativa de las fuerzas que dominan la hidrodinámica submareal, el forzamiento por marea se comparó con el causado por el  gradiente baroclínico longitudinal a través del número de Froude mareal (Fro   ). El flujo residual fue controlado por la aceleración advectiva durante mareas vivas (Log(Fro)>>0) y por la baroclínicidad en mareas muertas (Log(Fro)<<0). Los valores máximos de Log(Fro) fueron cercanos al periodo catorcenal declinacional (13.6 días). Chelem tiene tres zonas: la del canal principal, la Este y la Oeste, éstas responden de forma diferente a la razón del esfuerzo por marea y el gradiente baroclínico longitudinal, el que a su vez dependió del ciclo de mareas vivas a muertas en cada zona y al aporte de agua subterránea que existe en éstas. Adicionalmente, el esfuerzo del viento se comparó con la baroclínicidad a través del número de Wedderburn y se propuso una combinación entre  éste y el Froude mareal.
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La dinámica de propagación de la marea dentro de este tipo de cuerpos de agua, se analiza usando observaciones oceanográficas espaciotemporales y un modelo analítico de las ecuaciones de agua somera propuesto para un amplio espectro de sistemas alongados, pero sólo probado para casos de golfos y estuarios largos. La importancia relativa de las fuerzas que controlan la hidrodinámica submareal en una laguna tropical poco profunda, se determina usando las mismas observaciones oceanográficas, mediciones meteorológicas, y la aplicación de números adimensionales. Para ambos estudios se examinaron las variaciones durante 60 días de la elevación de la superficie del mar, de la temperatura y de la salinidad dentro de la laguna de Chelem, así como de los perfiles en el eje vertical de la velocidad en la boca del sistema. La laguna de Chelem es una laguna tropical ramificada que se localiza en la península de Yucatán en el Golfo de México. Las mareas fueron predominantemente diurnas, con una longitud de onda de por lo menos 20 veces más largas que la longitud del embalse. Las variaciones espaciales de la elevación de la superficie del mar y del transporte longitudinal en cada rama, fueron descritas por medio de la implementación de un modelo analítico lineal, y comparadas con las observaciones. La aplicación del modelo analítico en este cuerpo de agua evidenció lo versátil que es el modelo, ya que puede ser aplicado desde sistemas grandes (golfos), como fue concebido, hasta lagunas costeras tropicales, como en este trabajo. Los resultados mostraron que la laguna es altamente friccional, las componentes principales de la marea astronómica se atenuaron entre 30% y 40% hacia las cabezas del embalse derivado del balance entre el gradiente de presión y las fuerzas friccionales. Otra consecuencia de este balance fue el establecimiento de una oscilación catorcenal declinacional. El paso de una carretera sobre el sistema, estranguló el flujo natural de la laguna, y si bien la propagación de la señal diurna hacia la cabeza al Oeste de la cuenca, amortiguo la señal semidiurna. La carretera actuó como un filtro pasa-bajas, el cual es típico de sistemas estrangulados, el efecto filtrador de la carretera se consideró en el modelo por medio de la optimización del parámetro friccional. La hidrodinámica submareal en una laguna costera tropical determinada por la competencia entre: la marea, el esfuerzo del viento y el gradiente de densidad, se examinó en la laguna de Chelem. Las observaciones motivaron a realizar un análisis dimensional y la hidrodinámica a esta escala se asoció a la transición estacional de la época de secas a la de lluvias, ya que, en ésta se modificó el balance entre la evaporación, la precipitación y los aportes de agua subterránea, por lo que Chelem mostró una variación estacional y una espacial de densidad. Para diagnosticar la importancia relativa de las fuerzas que dominan la hidrodinámica submareal, el forzamiento por marea se comparó con el causado por el  gradiente baroclínico longitudinal a través del número de Froude mareal (Fro   ). El flujo residual fue controlado por la aceleración advectiva durante mareas vivas (Log(Fro)>>0) y por la baroclínicidad en mareas muertas (Log(Fro)<<0). Los valores máximos de Log(Fro) fueron cercanos al periodo catorcenal declinacional (13.6 días). Chelem tiene tres zonas: la del canal principal, la Este y la Oeste, éstas responden de forma diferente a la razón del esfuerzo por marea y el gradiente baroclínico longitudinal, el que a su vez dependió del ciclo de mareas vivas a muertas en cada zona y al aporte de agua subterránea que existe en éstas. Adicionalmente, el esfuerzo del viento se comparó con la baroclínicidad a través del número de Wedderburn y se propuso una combinación entre  éste y el Froude mareal.Estuarine oceanography at several scales has moved forward in the present century, mainly based on studies of shallow water bodies in temperate regions.  However, the tropical shallow water bodies have been barely studied at tidal and subtidal scales, which are typical scales in estuarine dynamics. This study examines the tidal and subtidal dynamics in a tropical lagoon. The tidal propagation inside of the lagoon is examined using spatiotemporal oceanographic observations and a analytical tidal model designed for a wide-spectrum of water bodies, but only tested in gulfs and large estuaries. The relative importance of the forces that control the subtidal flows in a shallow tropical coastal lagoon, is examined using spatiotemporal oceanographic observations, meteorological measurements and dimensional analysis. In the tidal analysis, sea surface elevation and current profiles are examined over 60 days at the Chelem lagoon, in the subtidal analysis, in addition of the mentioned data, temperature, salinity, and meteorological data are examined in the same elapsed time. Chelem lagoon is a branched tropical lagoon located in the northern Yucatan Peninsula. Tides were predominantly diurnal with a wavelength at least 20 times longer than the total length of the basin. Spatial variations of sea surface elevation and the longitudinal transport were described in each branch by applying a linear analytical model and the results were compared to observations. Results showed that the coastal lagoon was highly frictional. Results also showed the versatility of the analytical model, since it might be applied from gulfs to small-elongated coastal body of waters. The tidal signal was attenuated between 30% and 40% toward the lagoon heads, a result of the balance between pressure gradient and frictional forces. A causeway that chokes the western side of the lagoon allowed the propagation of the diurnal signal toward the west head of the basin but damped the semidiurnal signal. The causeway acted as a hydraulic lowpass filter, as in natural choked systems. The causeway’s filter effect was included in the analytical model by optimizing the frictional parameters. The subtidal hydrodynamics in a tropical costal lagoon determined by the tides, the wind stress and density gradients competition was examined. A dimensional analysis was motivated by observations in Chelem lagoon, a tropical system in the Yucatan peninsula. The subtidal hydrodynamics was associated with transition from dry to wet season, which modifies the evaporation, precipitation and groundwater system, thus the Chelem lagoon exhibited seasonal and spatial density variations. To diagnose the relative importance of the dominant subtidal driving forces, tidal forcing was compared to baroclinic forcing through the ratio of tidal stress to longitudinal baroclinic pressure gradient, known as the tidal Froude number (Fro). Subtidal flows were driven mainly by advective accelerations during spring tides (Log(Fro)>>0), and by baroclinicity during neap tides (Log(Fro)<<0). The maximum value of Log(Fro) was around the fortnightly declinational period (13.6 days). Chelem lagoon had 3 different zones: main channel, west channel and east channel. Each zone exhibited a different subtidal response to the ratio of tidal stress and to the longitudinal baroclinic pressure gradient, which depended on the zone’s spring-neap cycle tide, the location in the system and the freshwater inflows into it. In addition, wind stress was compared to baroclinicity, through the Wedderburn number. Furthermore, a combination of the Froude and Wedderburn numbers was proposed.CICESEJOSE GOMEZ VALDES2015info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1245reponame:Repositorio Institucional CICESEinstname:Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenadainstacron:CICESEspacitation:Tenorio Fernández, L.2015.Hidrodinámica mareal y submareal de una laguna costera tropical. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 83 pp.info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0oai:cicese.repositorioinstitucional.mx:1007/12452024-08-28T03:49:49Z
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