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Estudio sobre el crecimiento del oleaje limitado por el fetch en presencia de swell utilizando radares de alta frecuencia
Study on the fetch-limited wave growth at the presence of swell using high-frequency radars 
Vladimir Giovanni Toro Valencia
FRANCISCO JAVIER OCAMPO TORRES
Acceso Abierto
Atribución
Oleaje
Conocer y entender el crecimiento del oleaje provee información valiosa sobre la evolución de este fenómeno en general. El crecimiento del oleaje puede estar influenciado por la presencia del swell, las interacciones ola-corriente, la variabilidad del viento y la estabilidad atmosférica. Comúnmente en el análisis del crecimiento del oleaje se usan mediciones in situ y/o de sensores remotos. De manera particular, utilizando mediciones con radares de alta frecuencia (HF) es posible calcular el espectro del oleaje y realizar análisis del crecimiento del oleaje limitado por el fetch. En este trabajo, el análisis del crecimiento del oleaje se realizó en el Golfo de Tehuantepec utilizando mediciones de una boya y de un sistema de radar HF. La información obtenida de los radares HF son espectros Doppler. Se propuso una técnica de control de calidad de datos que selecciona los espectros Doppler con suficiente signal-to-noise ratio y obtiene S2N correspondiente a los ecos de segundo orden del espectro Doppler con susfrecuencias Doppler mapeadas al dominio de las frecuencias del oleaje. Se utilizaron S2N y losespectros del oleaje en función de la frecuencia (SF) medidos por la boya, en un modelo y en una ecuación lineal para calibrar un parámetro (αF) y un factor de escalamiento (ß), respectivamente, y calcular información espectral del oleaje. Las comparaciones de altura significante (Hs) medidas por la boya y las calculadas con mediciones de radares HF sugierenque los valores de Hs obtenidos a partir de αF presentan los menores errores estadísticosrespecto a los Hs calculados con ß. Las posibles fuentes de error en el cálculo de HS están relacionadas con la obtención de SF y con las características del conjunto de datos utilizado. El crecimiento del oleaje, representado por la energía adimensional (ESEA) y la frecuencia asociada al pico espectral adimensional (FSEA), se determinó por medio de los SF calculados con información de radares HF. Se utilizó información medida por la boya con el fin de comparar los valores medidos y calculados de ESEA y FSEA y con curvas de crecimiento propuestas en la literatura. Se encontró una concordancia aceptable de ESEA y FSEA calculados con información de radares HF y las curvas empíricas de crecimiento, aunque se observó una dispersión de sus valores alrededor de estas curvas. Las causas probables de la dispersión están asociadas conla obtención de SF, la suposición de condiciones de viento homogéneo y las aproximaciones en el cálculo del fetch. Se propuso un método para el cálculo de la energía del oleaje local a partir de mediciones de altímetros que incorpora información calculada por un modelo numérico de oleaje e información de viento obtenida de una base de datos de re-análisis. Se encontró que ESEA es sobreestimada debido a que los valores de la variable wind-sea-fraction del modelo numérico presentaron errores significativos con respecto a los valores obtenidos de las mediciones. Con el análisis realizado no fue posible determinar alguna influencia del swell en el crecimiento del oleaje, sin embargo es posible que mediciones con radares HF y altímetros en periodos con mayor variación de la altura del swell permitan determinar de una mejor manera esta influencia.
Understanding wave growth provides valuable information about the evolution of this phenomenon in general. The wave growth can be influenced by the presence of swell, wave- current interactions, wind variability, and atmospheric stability. In the study of the wave growth it is common to use in situ and/or remote sensing measurements. In particular, through the use of high frequency radar (HF) measurements it is possible to calculate the wave spectrum, which allows us to analyze fetch-limited wave growth. In this work, wave growth analysis was conducted in the Gulf of Tehuantepec using buoy and HF radar measurements. Doppler spectrum information is obtained via HF radar observations. In this work, was proposed a data quality control technique that selects the Doppler spectra with sufficient signal-to-noise ratio and resolves S2N corresponding to second order echoes from the Doppler spectrum with Doppler frequencies mapped onto the wave frequency domain. S2N and wave frequency spectra (SF) measured at a buoy were used in a model and a linear equation to calibrate a parameter (αF) and a scaling factor (ß), as well as to calculate the wave spectral information. Comparisons of significant wave height (Hs) observations at the buoy and those calculated using HF radar observations, suggest that the values obtained using αF have smaller statistical errors than the Hs values calculated using ß. Possible error sources in the Hs calculation are due to the SF calculations and the characteristics of the used data set. Wave growth represented by the dimensionless energy (ESEA) and the dimensionless peak frequency (FSEA) was determined using the SF calculated with the HF radar observations. Information obtained at the buoy was used to compare the measured and calculated values of ESEA and FSEA and wave growth curves proposed in the literature. Acceptable agreement between the ESEA and FSEA calculated with HF radar observations and wave growth curves was achieved, although a scatter of values around these curves was also observed. The probable causes of the dispersion are associated with SF calculations, the assumption of uniform wind conditions, and used approximations in the fetch calculation. A method for calculating the wind-sea energy was proposed using altimeter observations, incorporating information obtained from a numerical wave model, and wind information from a re-analysis database. In this work, was found that ESEA is overestimated because the wind-sea-fraction from the numerical wave model presented significant errors with respect to the values obtained from observations. Through the analyses presented, was not determined a swell influence on the wave growth. It is possible, however, that HF radar and altimeter observations at periods with larger variations in the swell height may be able to resolve the potential influence of swell on wave growth.   
CICESE
2014
Tesis de doctorado
Español
Toro Valencia, V. G. 2014.Estudio sobre el crecimiento del oleaje limitado por el fetch en presencia de swell utilizando radares de alta frecuencia. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 153 pp.
OCEANOGRAFÍA
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