Predecir con precisión las corrientes superficiales es particularmente beneficioso durante derrames de petróleo
La medición precisa de las corrientes superficiales es crucial para la vigilancia costera, la detección de corrientes de resaca y la predicción de la trayectoria de los contaminantes. Existen diversos métodos para medir las corrientes superficiales, algunos de los cuales son costosos y requieren mucho tiempo.
En un reciente artículo, investigadores de la Universidad Texas A&M compararon tres métodos para medir corrientes superficiales en áreas extensas e identificaron un método ideal que utiliza drones y mapeo de corrientes basado en olas.
La técnica se basa en breves vídeos aéreos y análisis matemático de los patrones de las olas para determinar la velocidad y la trayectoria de una corriente.
"Esto tiene el potencial de cambiar la forma en que medimos los campos de velocidad cerca de la superficie en el océano", dijo el Dr. Scott Socolofsky, profesor y presidente de la Cátedra J. Walter "Deak" Porter '22 y James W. "Bud" Porter '51 en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Zachry, y profesor afiliado en el Departamento de Ingeniería Oceánica y el Departamento de Oceanografía.
Socolofsky colaboró con el Dr. Kuang-An Chang, profesor adjunto de los departamentos de ingeniería oceánica e ingeniería civil y ambiental. También colaboraron con los exestudiantes de doctorado Dr. Soo Bum Bae y Dr. Hsing-Yu Huang, quienes desempeñaron un papel clave en este estudio de investigación.
Imagen: Investigadores pilotando el dron en la Bahía de Galveston, Texas. Crédito: Chun-Cheng Chang / Ingeniería de Texas A&M
Predecir con precisión las corrientes superficiales es particularmente beneficioso durante derrames de petróleo o fugas de sustancias químicas, cuando los servicios de emergencia necesitan datos confiables para predecir dónde viajarán los contaminantes. Los sistemas de radar costero tradicionales utilizados para medir corrientes en grandes áreas son costosos y a menudo están fijos en un solo lugar, lo que crea la necesidad de una solución móvil y de alta resolución rentable.
Los investigadores evaluaron tres técnicas alternativas, incluido el seguimiento de partículas y los métodos de flujo óptico, que intentan seguir el movimiento de las características visibles en la superficie del agua.
Estos enfoques ya se han probado anteriormente, pero los investigadores descubrieron que a menudo se veían interrumpidos por las olas rompientes, el resplandor del sol y la necesidad de utilizar trazadores (marcadores flotantes que pueden ser difíciles o inseguros de usar cerca de las costas o en aguas contaminadas).
El tercer método, y el más ideal, utiliza una técnica basada en olas para analizar los desplazamientos de las olas a medida que se mueven a favor o en contra de las corrientes oceánicas. Mediante el efecto Doppler (un cambio en la frecuencia de las olas causado por el movimiento del agua subyacente), los investigadores pueden calcular con precisión la velocidad de las corrientes superficiales únicamente a partir de imágenes de vídeo.
Los vídeos se filman con un dron de consumo que sobrevuela la zona de interés durante unos 30 segundos. El software procesa los patrones de las olas para estimar la velocidad y dirección de la corriente.
Imagen: Bahía de Galveston, captada en una foto tomada con el dron utilizado en el estudio de investigación. Crédito: Vivek Bheeroo / Texas A&M Engineering
"Este enfoque ofrece varias ventajas. No requiere contacto físico con el agua ni materiales trazadores, lo que lo hace más seguro y fácil de implementar", afirmó Chang.
"Además, funciona en la mayoría de las condiciones de iluminación y puede cubrir áreas extensas en poco tiempo", añadió Socolofsky. "Y lo más importante, reduce significativamente los costos. Con este método, se pueden obtener mediciones de corriente significativas con un dron que cuesta alrededor de $1.000".
La determinación de un método ideal para medir las corrientes podría generar beneficios nacionales. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) pronostica las corrientes para predecir el movimiento de contaminantes durante las labores de respuesta a derrames de petróleo, donde las rápidas evaluaciones pueden fundamentar las estrategias de contención y limpieza. Al implementar el método más eficaz de medición de corrientes, el seguimiento de contaminantes se vuelve más preciso.
Socolofsky y Chang están trabajando con los actuales estudiantes de posgrado Vivek Bheeroo y Mu-Jung Lee, así como con estudiantes universitarios de varias disciplinas, para promover esta investigación.
Los futuros trabajos buscan ampliar las capacidades de la técnica para incluir mediciones nocturnas con cámaras infrarrojas, la detección de petróleo en playas y el análisis de las estelas de los barcos y la estabilidad de la infraestructura costera. Los investigadores también esperan adaptar el enfoque para su uso cerca de puertos, plataformas marinas y ecosistemas sensibles.
El trabajo se publicó en el Journal of Atmospheric and Oceanic Technology: Comparison of Surface Current Measurement Techniques and Observations of Tidal Inlet Dynamics Using Unmanned Aerial Systems
