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Estudio numérico sobre la estructura del campo de olas en condiciones de huracán
A numerical study of the wave field structure on hurricane conditions
Rodney Eduardo Mora Escalante
José Pedro Osuna Cañedo
Acceso Abierto
Atribución
Olas de huracán
Enestetrabajoseinvestiganlascaracterísticasdelcampodeolasencondicionesdeviento extremo, específicamente durante condiciones de huracán, usando un modelo numérico avanzado para la predicción del oleaje. Se llevaron a cabo experimentos numéricos utilizando 3 formulaciones diferentes para el suministro (Sin) y la disipación (Sds) de energía incluidas en el modelo WAVEWATCH III. Se utilizaron campos de vientos con alta resolución espacial y temporal simulados con el modelo para huracanes HWRF. La física incluida en el modelo de oleaje y su capacidad para representar adecuadamente la estructura observada del campo de oleaje en un huracán es evaluada a partir de la comparación de los resultados numéricos con observaciones reportadas en la literatura. El objetivo principal de esta investigación es estudiar los procesos fundamentales que determinan el crecimiento y la evolución de la energía de las olas en escenarios de viento intenso. Los resultados numéricos muestran que los espectros direccionales calculados por el modelo poseen características similares a los reportados en la literatura. La fracción deenergíalocal(esdecir,larazóndeenergíalocalsobrelaenergíatotalenelespectro)en el segundo cuadrante del huracán indica predominancia de oleaje local, mientras que en el tercer y cuarto cuadrante indica predominancia de oleaje remoto. Cerca del centro de la tormenta (menos de tres veces el radio de vientos máximos) el espectro de energía tiende a ser unimodal. En distancias lejanas, por delante del huracán, los espectros de energía se caracterizan por la presencia de dos o más sistemas de olas. Los términos fuente Sin y Sds están aproximadamente en balance en el lado izquierdo de la tormenta. En el lado derecho del huracán se observa una mayor actividad de Sin, Sds y la transferencia no lineal entre componentes del espectro, con valores promedio de Sin ligeramente mayores a los de Sds. En general, el campo de olas es dominado por el oleaje de origen remoto, excepto en el segundo cuadrante donde el oleaje es predominantemente local. Tanto la formulación de Ardhuin et al. (2010) como la del modelo WAM ciclo 4 logran reproducir de manera adecuada el campo de oleaje observado en huracanes.
The characteristics of the wind-wave field during extreme wind conditions, specifically during hurricane, are investigated using an advanced numerical wave model. Numerical experiments using 3 different formulations for the wind input (Sin) and whitecapping (Sds) included in the spectral model WAVEWATCH III were carried out. Hurricane wind fields with high spatial and temporal resolution were computed with the Hurricane Weather Research and Forecasting model (HWRF). The physics included in the wave model and its capacity to adequately represent the observed structure of the wave field is evaluated by comparing the numerical results with observations reported in the literature. The main aim of this research is to study the fundamental processes that determine the growth and evolution of the wave field in high wind scenarios. The numerical results show that the directional spectra computed by the wave model have similar characteristics to those reported in the literature. The computed wind sea fraction (i.e. the ratio of local energy over the total energy in the spectrum) in the second quadrant indicates a predominance of wind-sea, while in the third and fourth quadrant indicates a predominance of swell. Near the center of the storm (less than three times the radius of maximum winds) the energy spectrum tends to be unimodal. At greater distances, in the forward quadrants of the storm, energy spectra are characterized by the presence of two or more waves systems. On the left side of the storm, the source functions Sin and Sds tend to be approximately in balance. On the right side of hurricane, Sin, Sds and the nonlinear quadruplet interactions term show a greater activity, with values of Sin slightly higher than Sds, on average. In general, the wave field in the hurricane is dominated by remotely generated swell, except in the second quadrant where a predominance of local wind-sea is observed. Both, Ardhuin et al. (2010) and WAM Cycle 4 formulations are able to adequately reproduce the observed wave field in hurricanes.
CICESE
2015
Tesis de maestría
Español
Mora Escalante, R. E.2015.Estudio numérico sobre la estructura del campo de olas en condiciones de huracán. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 94 pp.
OCEANOGRAFÍA
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