La predicción del tiempo de superficie en el mar siempre ha sido una desafiante tarea con mucho en juego
Un investigador de Skoltech ha desarrollado un modelo teórico de formación de olas en estrechos y canales que da cuenta de los efectos no lineales en presencia de una línea costera. Esta investigación puede mejorar la predicción de olas, haciendo que los viajes marítimos sean más seguros y protegiendo la infraestructura costera.
La predicción del tiempo de superficie en el mar siempre ha sido una desafiante tarea con mucho en juego; por ejemplo, en junio de 1944 murieron más de 4.000 personas debido a mares agitados durante la Operación Overlord en Normandía, una incursión aliada en la que una deficiente previsión alteró el curso de la operación de manera significativa.
Los modelos de pronóstico de olas actuales utilizados, por ejemplo, por la NOAA en los EE. UU., son imperfectos, pero tienen muchos parámetros ajustables para garantizar una predicción razonablemente buena.
Sin embargo, como señala en su artículo Andrei Pushkarev, científico investigador principal de Skoltech y el Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia, las costas complican la situación: escribe que, "Hoy en día, la predicción de olas en el Canal de la Mancha sigue siendo casi tan difícil como en 1944". Su investigación sugiere que el comportamiento de las olas en canales o estrechos diferirá significativamente de la de mar abierto.
"Las líneas costeras crean inhomogeneidad: un gradiente de la distribución de energía de las olas entre su valor cero en el límite y un valor distinto de cero en la costa. Este gradiente lanza la advección de las olas, y su interacción mutua con la interacción de olas no lineales crea efectos peculiares de generar olas ortogonales al viento", dice Pushkarev.
Las condiciones específicas de los canales permiten una solución precisa de la ecuación de Hasselmann que describe el comportamiento de las olas, la que los modelos actuales aproximan porque aún es imposible de resolver con las computadoras modernas. El modelado teórico de Pushkarev de la formación de olas en un estrecho similar al Canal de la Mancha mostró que el desarrollo de turbulencias no coincidía con las predicciones de los modelos convencionales, ya que la estructura de la turbulencia era significativamente diferente debido a interacciones no lineales y la advección de las olas. Dado que el fenómeno observado por los investigadores tiene algunas similitudes con la radiación láser, lo denominan amplificador de olas oceánicas no lineal, o NOWA.
"Las orillas del estrecho juegan el papel de espejos semirreflectantes para las olas generadas, lo que hace que la situación sea similar a los láseres convencionales, con los medios de ola no lineales desempeñando el papel de resonador activo, en cierto sentido similar a los láseres convencionales. La potencia de la radiación excitada ortogonalmente al viento crece significativamente con el crecimiento del coeficiente de reflexión de los límites del estrecho. En cierto sentido, estamos tratando con una especie de láser no lineal", señala Pushkarev.
"Este modelo, que aprovecha la versión exacta de la ecuación de Hasselmann, muestra que los existentes modelos de pronóstico del tiempo de olas operacionales pierden el efecto descrito, considerándolo más bien un artefacto numérico", agrega.
El investigador dice que este efecto láser de generación de olas ortogonalmente al viento se puede observar no solo en estrechos, sino también en mar abierto con vientos específicos no homogéneos, donde los puntos de inflexión espacial del viento crean condiciones similares a las observadas en presencia de costas.
La nueva investigación promete explicar la naturaleza de las seiches (arriba), olas estacionarias peculiares en masas de agua semicerradas que presentan un gran problema para los barcos en los puertos. Pero también sugiere que una descripción correcta de la turbulencia en presencia de costas permitirá olas vagabundas o asesinas, olas superficiales aparentemente impredecibles que son extremadamente peligrosas incluso para grandes embarcaciones.
El artículo fue publicado en la revista Ocean Dynamics: Laser-like wave amplification in straits
