Mejoran la previsión de protección contra inundaciones costeras
Científicos del laboratorio Alfred C. Glassell Jr. SUrge-STructure-Atmosphere INteraction (SUrge-STructure-Atmosphere INteraction, SUSTAIN) de la Universidad de Miami realizaron un estudio pionero en su tipo sobre cómo se forman y aumentan las olas en condiciones de viento y huracanes.
La investigación, que reconstruye el perfil bidimensional de la presión y el flujo de aire sobre superficies onduladas, proporciona nuevos conocimientos para comprender el crecimiento de las olas oceánicas y sus implicaciones más amplias para la previsión meteorológica y la resiliencia costera.
El equipo de investigación midió simultáneamente la presión del aire, el flujo de aire y la elevación del agua en un entorno controlado, recogiendo hasta 1.000 puntos de datos por segundo. Al analizar estos datos, estudiaron cómo diferentes factores (como la altura de las olas, la frecuencia de las olas y la fuerza del viento) afectan el movimiento del aire y la transferencia de momento entre el aire y la superficie del océano.
El objetivo del estudio era comprender cómo se desarrollan las olas y cómo interactúan los vientos con el océano en condiciones climáticas extremas.
Basándose en estas mediciones de alta resolución, los investigadores utilizaron las capacidades avanzadas del tanque de olas de viento SUSTAIN, que es capaz de simular vientos con fuerza de huracán de categoría 5, para reconstruir los patrones de flujo de aire que impulsan el crecimiento de las olas con vientos fuertes.
Al emplear la anemometría de temperatura constante para recoger rápidos cambios en el flujo de aire, la velocimetría de imágenes de partículas para rastrear el movimiento del aire y el agua, y la imagen multihaz para mapear las estructuras de las olas, obtuvieron conocimientos más profundos de las interacciones dinámicas que dan forma a las olas del océano.
"La presión del viento actúa como combustible para las olas del océano: una mayor presión empuja el frente de una ola, haciéndola crecer y moverse más rápido", dijo Peisen Tan, autor principal del estudio y reciente graduado de doctorado de la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra de la Universidad de Miami.
Medir la presión en alta mar es extremadamente difícil. La investigación en SUSTAIN permitió a los científicos documentar que puede utilizarse la velocidad del viento por sí sola para estimar esta presión y predecir el crecimiento de las olas.
Imagen: Configuración del experimento en el tanque SUSTAIN. Crédito: Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra
Los investigadores descubrieron que los modelos tradicionales (donde el flujo de aire se adhiere al agua) predicen correctamente más del 90% de la transferencia de momento en el flujo de aire sobre el agua hasta que ocurre la separación. Sin embargo, cuando el flujo de aire se separa en el lado de sotavento de las olas (bloqueado por el viento), estos modelos subestiman la transferencia de momento en más del 30%.
"Este estudio marca un paso significativo en la comprensión de la transferencia de momento entre el aire y el mar", afirmó Brian Haus, profesor del Departamento de Ciencias Oceánicas de la Escuela Rosenstiel y coautor del estudio.
"Nuestro enfoque experimental reconstruyó el perfil bidimensional de la presión y el flujo de aire sobre superficies onduladas, un logro que, hasta donde sabemos, constituye un avance pionero. Estos conocimientos pueden ayudar a refinar los modelos numéricos de olas al incorporar efectos de separación del flujo de aire".
El estudio se ha publicado en el Journal of Geophysical Research: Oceans: Wind-Wave Momentum Flux in Steep, Strongly Forced, Surface Gravity Wave Conditions
