Origen y definición [ editar ]
La definición original resultó del trabajo del oceanógrafo Walter Munk durante la Segunda Guerra Mundial. [2] [3]La altura de onda significativa fue pensada para expresar matemáticamente la altura estimada por un "observador entrenado". Se usa comúnmente como una medida de la altura de las olas del océano.
Distribución estadística de las alturas de las olas individuales [ editar ]
La altura de onda significativa, representada científicamente como H s o H sig , es un parámetro importante para la distribución estadística de las olas del océano. Las olas más comunes son más bajas en altura que H s. Esto implica que encontrarse con la ola significativa no es demasiado frecuente. Sin embargo, estadísticamente, es posible encontrar una onda que es mucho más alta que la onda significativa.
En general, la distribución estadística de las alturas de las olas individuales está bien aproximada por una distribución de Rayleigh . [4] Por ejemplo, dado que H s es 10 metros (33 pies), estadísticamente:
- 1 en 10 será más grande que 10.7 metros (35 pies)
- 1 en 100 será más grande que 15.1 metros (50 pies)
- 1 en 1000 será más grande que 18.6 metros (61 pies)
Esto implica que uno podría encontrar una ola que es aproximadamente el doble de la altura significativa de la ola. Sin embargo, en condiciones que cambian rápidamente, la disparidad entre la altura significativa de la ola y las olas individuales más grandes podría ser aún mayor.
Otras estadísticas [ editar ]
También se usan ampliamente otras medidas estadísticas de la altura de la ola. La altura de onda RMS , que se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de todas las alturas de onda, es aproximadamente igual a H s dividida por 1.4. [1] [5]
Por ejemplo, según el Irish Marine Institute: [6]
- "... a la medianoche del 12/12/2007 se registró una altura de ola significativa récord de 17.2m con [sic] un período de 14 segundos".
Medición [ editar ]
Aunque la mayoría de los dispositivos de medición estiman la altura de onda significativa de un espectro de onda, los altímetros de radar satelital son únicos para medir directamente la altura de onda significativa gracias al diferente tiempo de retorno desde las crestas y valles de onda dentro del área iluminada por el radar. La altura máxima de ola medida desde un satélite es de 20.1 m durante una tormenta en el Atlántico Norte en 2011. [7]
Previsiones del tiempo [ editar ]
La Organización Meteorológica Mundial estipula que ciertos países son responsables de proporcionar pronósticos meteorológicos para los océanos del mundo. Las oficinas meteorológicas de estos respectivos países se denominan Centros Meteorológicos Especializados Regionales, o CMRE. En sus productos climáticos, proporcionan pronósticos de la altura de las olas oceánicas en altura significativa de las olas. En los Estados Unidos, el Servicio Meteorológico Nacional de NOAA es el CMRE para una parte del Atlántico Norte y una parte del Pacífico Norte. El Centro de Predicción Oceánica y la Subdivisión de Análisis y Pronósticos Tropicales (TAFB) del Centro de Predicción Tropical emiten estos pronósticos.
Los CMRE utilizan modelos de ondas de viento como herramientas para ayudar a predecir las condiciones del mar. En los EE.UU., WAVEWATCH III de la NOAA (R) modelo se utiliza en gran medida.
Generalización a Wave Systems [ editar ]
Una altura de ola significativa también se define de manera similar, a partir del espectro de olas , para los diferentes sistemas que forman el mar. Entonces tenemos una altura de ola significativa para el viento-mar o para un oleaje particular.
La bajada es el proceso de acumulación y hundimiento de material de mayor densidad debajo de material de baja densidad, como agua fría o salina debajo de agua más caliente o más fresca o aire frío debajo de aire caliente. Es la extremidad que se hunde de una célula de convección . El surgimiento es el proceso opuesto y juntas estas dos fuerzas son responsables en los océanos por la circulación termohalina . El hundimiento de la litosfera fría en las zonas de subducción es otro ejemplo de downwelling en la tectónica de placas .
Descenso oceánico [ editar ]
La bajada se produce en lugares anti-ciclónicos dentro del océano donde los anillos cálidos giran en el sentido de las agujas del reloj creando una convergencia de la superficie. Cuando estas aguas superficiales convergen, empujan el agua superficial hacia abajo. Otra forma en que puede ocurrir una bajada es por el viento que conduce el mar hacia la costa. Las regiones que tienen una bajada tienen baja productividad debido a que los nutrientes en la columna de agua se utilizan, pero el agua fría y rica en nutrientes no los reabastece continuamente de debajo de la superficie. [1]
Ventilación [ editar ]
La bajada también permite que se produzca ventilación en el océano profundo porque estas aguas pueden llevar el oxígeno disuelto desde la superficie para ayudar a facilitar la respiración aeróbica en los organismos a lo largo de la columna de agua. Sin esta renovación, los procesos biológicos agotarán rápidamente el oxígeno disuelto en el sedimento y dentro de la columna de agua. En el caso de la descomposición, las bacterias anaeróbicas se harían cargo de la descomposición, lo que llevaría a una acumulación de sulfuro de hidrógeno.. En estas condiciones tóxicas, hay muy pocos animales bentónicos que sobrevivirían. En los casos más extremos, la falta de downwelling podría conducir a la extinción masiva. Los paleontólogos han sugerido que hace 250 millones de años, la ventilación del océano profundo se frenó casi hasta detenerse, y el océano se estancó. Las aguas ricas en sulfuro y metano con poco oxígeno llenaron las profundidades del océano y avanzaron hacia las plataformas continentales, eliminando el 95% de todas las especies marinas en el evento de mayor extinción en la historia de la Tierra, la extinción Pérmica . [2]
Ubicaciones [ editar ]
Hundimiento se produce en áreas tales como en el giro subpolar del Atlántico Norte, donde varias corrientes superficiales se encuentran. También encontramos una bajada a lo largo del límite exterior del Océano Austral,donde el agua fría de la Antártida se hunde debajo de las cálidas aguas del Pacífico Sur y del Atlántico Sur. También hay una bajada en algunas costas donde el viento sopla en una dirección tal que hace que el transporte de Ekman mueva el agua hacia la costa, lo que hace que el agua se acumule y se empuje hacia abajo.
remolino es el remolino de un fluido y la corriente inversa creada cuando el fluido se encuentra en un régimen de flujo turbulento. [2] El fluido en movimiento crea un espacio libre de fluido que fluye aguas abajo en el lado corriente abajo del objeto. El fluido detrás del obstáculo fluye hacia el vacío creando un remolino de fluido en cada borde del obstáculo, seguido por un corto flujo inverso de fluido detrás del obstáculo que fluye corriente arriba, hacia la parte posterior del obstáculo. Este fenómeno se observa naturalmente detrás de grandes rocas emergentes en ríos de flujo rápido.
Remolino y remolinos en ingeniería [ editar ]
La propensión de un fluido a agitar se utiliza para promover una buena mezcla de combustible y aire en los motores de combustión interna.
En la mecánica de fluidos y los fenómenos de transporte , un remolino no es una propiedad del fluido, sino un movimiento violento de remolino causado por la posición y la dirección del flujo turbulento. [3]
Número de Reynolds y turbulencia [ editar ]
En 1883, el científico Osborne Reynolds realizó un experimento de dinámica de fluidos con agua y tinte, donde ajustó las velocidades de los fluidos y observó la transición del flujo laminar al turbulento, caracterizado por la formación de remolinos y vórtices. [4] El flujo turbulento se define como el flujo en el cual las fuerzas de inercia del sistema son dominantes sobre las fuerzas viscosas. Este fenómeno se describe mediante el número de Reynolds , un número sin unidades utilizado para determinar cuándo se producirá un flujo turbulento. Conceptualmente, el número de Reynolds es la relación entre fuerzas inerciales y fuerzas viscosas. [5]
La forma general para el número de Reynolds que fluye a través de un tubo de radio r (o diámetro d):
dónde:
La transición del flujo laminar al flujo turbulento en un fluido se define por el número crítico de Reynolds:
En términos del número crítico de Reynolds, la velocidad crítica se representa como:
Investigación y desarrollo [ editar ]
Hemodinámica [ editar ]
La hemodinámica es el estudio del flujo sanguíneo en el sistema circulatorio. El flujo sanguíneo en secciones rectas del árbol arterial suele ser laminar (tensión alta en la pared, dirigida), pero las ramas y curvaturas en el sistema causan un flujo turbulento. [2] El flujo turbulento en el árbol arterial puede causar una serie de efectos preocupantes, que incluyen lesiones ateroscleróticas, hiperplasia neointimal posquirúrgica, reestenosis intra stent, fracaso del injerto de derivación venosa, vasculopatía por trasplante y calcificación de la válvula aórtica.
Procesos industriales [ editar ]
Las propiedades de elevación y arrastre de las pelotas de golf se personalizan mediante la manipulación de hoyuelos a lo largo de la superficie de la pelota, lo que permite que la pelota de golf viaje más lejos y más rápido en el aire. [6] [7]
Los datos de los fenómenos de flujo turbulento se han utilizado para modelar diferentes transiciones en los regímenes de flujo de fluidos, que se utilizan para mezclar fluidos y aumentar las velocidades de reacción dentro de los procesos industriales. [8]
Corrientes de fluidos y control de la contaminación [ editar ]
Las corrientes oceánicas y atmosféricas transfieren partículas, escombros y organismos en todo el mundo. Si bien el transporte de organismos, como el fitoplancton , es esencial para la preservación de los ecosistemas, el petróleo y otros contaminantes también se mezclan en el flujo actual y pueden transportar la contaminación lejos de su origen. [9] [10] Las formaciones de remolinos circulan basura y otros contaminantes en áreas concentradas que los investigadores están rastreando para mejorar la limpieza y la prevención de la contaminación.
Los remolinos oceánicos de mesoescala desempeñan un papel crucial en la transferencia del polo térmico, así como en el mantenimiento de gradientes de calor a diferentes profundidades. [11]
Dinámica de fluidos computacional [ editar ]
Estos son modelos de turbulencia en los que los esfuerzos de Reynolds, obtenidos a partir de un promedio de Reynolds de las ecuaciones de Navier-Stokes , se modelan mediante una relación constitutiva lineal con el campo de esfuerzo promedio, como:
dónde
- es el coeficiente denominado "viscosidad" de turbulencia (también llamado viscosidad de Foucault)
- es la energía cinética turbulenta media
- es la tasa de deformación media
- Tenga en cuenta que esa inclusión de en la relación constitutiva lineal se requiere para fines de álgebra tensorial cuando se resuelven modelos de turbulencia de dos ecuaciones (o cualquier otro modelo de turbulencia que resuelva una ecuación de transporte para . [12]
Ediciones del océano de mesoescala [ editar ]
Los remolinos son comunes en el océano, y varían en diámetro desde centímetros hasta cientos de kilómetros. Los remolinos de menor escala pueden durar unos segundos, mientras que las funciones más grandes pueden persistir durante meses o años.
Los eddies que tienen un diámetro de entre 10 y 500 km (6.2 y 310.7 millas) y persisten durante días o meses se conocen en oceanografía como remolinos de mesoescala. [13]
Los remolinos de mesoescala se pueden dividir en dos categorías: remolinos estáticos, causados por el flujo alrededor de un obstáculo (ver animación), y remolinos transitorios, causados por inestabilidad baroclínica.
Cuando el océano contiene un gradiente de altura de la superficie del mar, se crea un chorro o una corriente, como la Corriente Circumpolar Antártica. Esta corriente como parte de un sistema baroclínicamente inestable serpentea y crea remolinos (de la misma manera que un río serpenteante forma un lago de proa de buey). Estos tipos de remolinos de mesoescala se han observado en muchas de las principales corrientes oceánicas, incluidas la Corriente del Golfo, la Corriente de Agulhas, la Corriente de Kuroshio y la Corriente Circumpolar Antártica, entre otras.
Los remolinos oceánicos de mesoescala se caracterizan por corrientes que fluyen en un movimiento aproximadamente circular alrededor del centro del remolino. El sentido de rotación de estas corrientes puede ser ciclónico o anticiclónico (como Haida Eddies ). Los remolinos oceánicos también suelen estar formados por masas de agua que son diferentes de las que se encuentran fuera del remolino. Es decir, el agua dentro de un remolino generalmente tiene diferentes características de temperatura y salinidad al agua fuera del remolino. Existe un vínculo directo entre las propiedades de la masa de agua de un remolino y su rotación. Los remolinos calientes giran de forma anticíclica, mientras que los remolinos fríos giran de manera ciclónica.
Debido a que los remolinos pueden tener una circulación vigorosa asociada a ellos, son una preocupación para las operaciones navales y comerciales en el mar. Además, debido a que los remolinos transportan el agua anormalmente caliente o fría a medida que se mueven, tienen una influencia importante en el transporte de calor en ciertas partes del océano.
No hay comentarios:
Publicar un comentario