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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2646| Estructura del espectro direccional del oleaje generado por huracanes Structure of Directional Wave Spectra duiring Hurricane conditions | |
| Bernardo Esquivel Trava | |
| Francisco Javier Ocampo Torres | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Oleaje | |
| Se estudia la estructura espacial del campo de olas durante condiciones de huracán usando la base de datos de las boyas direccionales del Centro Nacional de Datos de Boyas (NDBC) del mar Caribe y el Golfo de México. La información recopilada consiste en espectros direccionales del oleaje durante el paso de 14 huracanes y se analiza una vez referenciada con respecto al centro del huracán, la dirección de avance y el radio de vientos máximos. Se identificaron las principales componentes del espectro direccional con el fin de cuantificar la energía generada localmente . Los resultados son consistentes con aquellos encontrados utilizando datos obtenidos por sensores remotos (por ejemplo, datos de altimetría del radar de barrido). En los cuadrantes derechos (con respecto a la dirección de avance del huracán), cerca de la región de vientos máximos, la energía dominante es generada localmente y la forma del espectro tiende a ser unimodal mientras que en los cuadrantes izquierdos la energía dominante es generada en otras regiones del huracán. Del lado izquierdo, y en regiones alejadas enfrente y atrás del centro del huracán, se observan espectros con una estructura más compleja llegando a ser bimodales y trimodales. Las olas dominantes generalmente se propagan a la derecha de la dirección del viento, excepto en la región de vientos máximos de los cuadrantes derechos donde la diferencia con la dirección del viento es mínima. El mismo análisis fue hecho diferenciando entre huracanes menores (categorías 1 y 2) y mayores (categorías 3 a 5). En ambos casos la direccionalidad de la energía es similar en todos los cuadrantes. La diferencia radica en la presencia y la forma de la porción correspondiente alswell en cada cuadrante. Se encontraron evidencias de olas generadas por vientos máximos secundarios asociados a paredes concéntricas al ojo del huracán, las cuales también alcanzan un máximo desarrollo. Los espectros en frecuencia presentan características del espectro tipo JONSWAP formulado por Young (2006)sin embargo es notable la similitud con el espectro tipo Pierson-Moskowitz característico de mares completamente desarrollados. Usando el modelo espectral de predicción del oleaje SWAN se analizó el efecto que tienen la velocidad de avance del huracán y la presencia de paredes concéntricas en la evolución y el desarrollo del campo de olas y en la forma del espectro direccional. Para esto se utilizó un campo de vientos de HRD del huracán Dean del 20 de agosto a las 7:30 (UTC), el cual se propagó con dos velocidades diferentes (5 y 10 m/s). También se impuso en el campo de vientos una pared concéntrica idealizada (que consiste en una función Gaussiana que evolucionan en el tiempo a lo largo de un trayectoria en forma de una espiral de Arquímedes). El modelo representa adecuadamente la direccionalidad de la energía y la forma de los espectros direccionales en el dominio del huracán. Los resultados del modelo indican que tanto el avance de la tormenta como la presencia de paredes concéntricas influyen en el desarrollo de las olas, lo que es consistente con las observaciones. The spatial structure of the wave field during hurricane conditions is studied using the National Data Buoy Center directional wave buoy data set in the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico. The buoy information, comprising the directional wave spectra during the passage of several hurricanes, was referenced to the center of the hurricane using the path of the hurricane, the propagation velocity, and the radius of the maximum winds. The directional wave spectra were partitioned into their main components to quantify the energy corresponding to the observed waves systems, and to distinguish between wind-sea and swell. The findings are consistent with those found using remote sensing data (e.g., Scanning Radar Altimeter data). Based on previous work, the highest waves are found in the right forward quadrant of the hurricane, where the spectral shape tends to become uni-modal, in the vicinity of the region of maximum winds. More complex spectral shapes are observed in distant regions at the front of and in the rear quadrants of the hurricane, where there is atendency of the spectrato be come bi-and tri-modal.The dominant waves generally propagate at significant angles to the wind direction, except in the regions next to the maximum winds of the right quadrants. The same analysis was made for two hurricane conditions: minor hurricanes (categories 1 and 2) and major hurricanes (categories 3,4and5).In both cases the directionality of the energy is similar in all quadrants.The difference lies in the presence and the shape of swell energy in each quadrant. Evidence of waves generated by concentric eyewalls associated with secondary maximum winds was also found. The frequency spectra display some of the characteristics of the JONSWAP spectrum adjusted by Young (2006); however, at the spectral peak the similarity with the Pierson-Moskowitz spectrum is clear. These results establish the basis for assessing the ability of numerical models to simulate the wave field in hurricanes.Thre enumerical experiments using the spectral wave prediction model SWAN were carried out to gain insight into the mechanism that controls the directional and frequency distributions of hurricane wave energy. The aim of the experiments is to evaluate the effect of the translation speed of the hurricane and the presence of concentric eye walls, on both the wave growth process and the shape of the directional wave spectrum. The HRD wind field of Hurricane Dean on August 20 at 7:30 was propagated at two different velocities (5 and 10 m/s). An idealized concentric eye wall (a Gaussian function that evolve in time along a path in the form of an Archimedean spiral) was imposed to the wind field. The white-capping formulation of Westhuysen et al. (2007) was selected for the wave model implementation. The wave model represents fairly well the directionality of the energy and the shape of the directional spectra in the hurricane domain. The model results indicate that the forward movement of the storm influences the development of the waves, consistent with field observations. | |
| CICESE | |
| 2015 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Esquivel Trava, B.2015.Estructura del espectro direccional del oleaje generado por huracanes.Tesis de Doctorado en Ciencias.Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.151 pp. | |
| OCEANOGRAFÍA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Oceanografía Física |
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