OCEANOGRAFÍA FÍSICA

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Las principales corrientes oceánicas involucradas con el Gyre del Pacífico Norte.

Las corrientes de frontera son corrientes oceánicas con dinámicas determinadas por la presencia de una línea costera , y se dividen en dos categorías distintas: corrientes de frontera occidental y corrientes de frontera oriental .

Corrientes limítrofes orientales [ editar ]

Las corrientes fronterizas orientales son relativamente poco profundas, amplias y de flujo lento. Se encuentran en el lado este de las cuencas oceánicas (adyacentes a las costas occidentales de los continentes). Las corrientes del límite este subtropical fluyen hacia el ecuador, transportando agua fría desde latitudes más altas a latitudes más bajas; los ejemplos incluyen la Corriente de Benguela , la Corriente de Canarias , la Corriente de Humboldt y la Corriente de California . El afloramiento costero a menudo trae agua rica en nutrientes a las regiones de la frontera del este, lo que las convierte en áreas productivas del océano.

Corrientes limítrofes occidentales [ editar ]

Giros oceánicos más grandes del mundo

Las corrientes fronterizas occidentales son corrientes cálidas, profundas, estrechas y de flujo rápido que se forman en el lado oeste de las cuencas oceánicas debido a la intensificación occidental . Llevan agua tibia de los trópicos hacia el polo. Los ejemplos incluyen la Corriente del Golfo , la Corriente de Agulhas y el Kuroshio .

Intensificación occidental [ editar ]

La intensificación occidental es la intensificación del brazo occidental de una corriente oceánica , particularmente un giro grande en una cuenca oceánica . Los vientos alisios soplan hacia el oeste en los trópicos, y los vientos del oeste soplan hacia el este en latitudes medias. Este patrón de viento aplica una tensión a la superficie del océano subtropical con rizo negativo en el hemisferio norte y un rizo positivo en el hemisferio sur. El transporte Sverdrup resultante es hacia el ecuador en ambos casos. Por la conservación de la masa y la vorticidad potencial.la conservación, que el transporte se equilibra con una corriente estrecha e intensa hacia los polos, que fluye a lo largo del límite occidental de la cuenca oceánica, permitiendo que la vorticidad introducida por la fricción costera equilibre la entrada de vorticidad del viento. La intensificación occidental también se produce en los giros polares, donde se invierten el signo de la curva de la tensión del viento y la dirección de las corrientes resultantes. Debido a la intensificación occidental, las corrientes en el límite occidental de una cuenca (como la Corriente del Golfo , una corriente en el lado occidental del Océano Atlántico ) son más fuertes que las de la frontera oriental (como la Corriente de California , en el lado oriental del océano pacífico). La intensificación occidental fue explicada por primera vez por el oceanógrafo estadounidense Henry Stommel .

En 1948, Henry Stommel publicó un artículo en Transactions, American Geophysical Union, titulado "La intensificación hacia el oeste de las corrientes oceánicas impulsadas por el viento", ^[1] en el que utilizó un modelo oceánico simple, homogéneo y rectangular para examinar las líneas de corriente y los contornos de la altura de la superficie. para un océano en un marco no giratorio, un océano caracterizado por un parámetro de Coriolis constante y, por último, una cuenca oceánica de caso real con un parámetro de Coriolis de variación latitudinal. En esta sencilla configuración de modelado, los principales factores que influyeron en la circulación oceánica fueron la tensión del viento en la superficie, la fricción del fondo, una altura variable de la superficie que conduce a gradientes de presión horizontales y, por último, el efecto Coriolis .

En su modelo simplificado, ^[2] asumió un océano de densidad y profundidad constantes.$${\ displaystyle D + h} en presencia de corrientes oceánicas; También introdujo un término lineal y friccional para explicar los efectos disipativos que evitan que el océano real se acelere. Comienza, por lo tanto, a partir de las ecuaciones de impulso y continuidad de estado estable:

$${\ displaystyle f (D + h) vF \ cos \ left ({\ frac {\ pi y} {b}} \ right) -Ru-g (D + h) {\ frac {\ partial h} {\ partial x}} = 0 \ qquad (1)}

$${\ displaystyle \ quad -f (D + h) u-Rv-g (D + h) {\ frac {\ parcial h} {\ parcial y}} = 0 \ qquad \ qquad (2)}

$${\ displaystyle \ qquad \ qquad {\ frac {\ parcial [(D + h) u]} {\ parcial x}} + {\ frac {\ parcial [(D + h) v]} {\ parcial y}} = 0 \ qquad \ qquad \ qquad (3)}

aquí $${\ displaystyle f} es la fuerza de la fuerza de Coriolis, $${\ displaystyle R} es el coeficiente de fricción inferior, $${\ displaystyle g \, \,} es la gravedad, y $${\ displaystyle -F \ cos \ left ({\ frac {\ pi y} {b}} \ right)}Es el viento forzando. El viento sopla hacia el oeste a las$${\ displaystyle y = 0} y hacia el este en $${\ displaystyle y = b}.

Actuando en (1) con $${\ displaystyle {\ frac {\ partial} {\ partial y}}} y en (2) con $${\ displaystyle {\ frac {\ partial} {\ partial x}}}, restando, y luego usando (3), da

$${\ displaystyle v (D + h) \ left ({\ frac {\ partial f} {\ partial y}} \ right) + {\ frac {\ pi F} {b}} \ sin \ left ({\ frac {\ pi y} {b}} \ derecha) + R \ izquierda ({\ frac {\ parcial v} {\ parcial x}} - {\ frac {\ parcial u} {\ parcial y}} \ derecha) = 0 \ quad (4)}

Si introducimos una función Stream $${\ displaystyle \ psi} y linealizar asumiendo que {\ displaystyle D >> h}, la ecuación (4) se reduce a

$${\ displaystyle \ nabla ^ {2} \ psi + \ alpha \ left ({\ frac {\ partial \ psi} {\ partial x}} \ right) = \ gamma \ sin \ left ({\ frac {\ pi y } {b}} \ derecha) \ qquad (5)}

aquí

$${\ displaystyle \ alpha = \ left ({\ frac {D} {R}} \ right) \ left ({\ frac {\ partial f} {\ partial y}} \ right)}

y

$${\ displaystyle \ gamma = {\ frac {\ pi F} {Rb}}}

Las soluciones de (5) con condición límite que $${\ displaystyle \ psi} ser constantes en las costas, y por diferentes valores de $${\ displaystyle \ alpha}, enfatizar el papel de la variación del parámetro de Coriolis con la latitud para incitar al fortalecimiento de las corrientes de los límites occidentales. Se observa que estas corrientes son mucho más rápidas, más profundas, más estrechas y más cálidas que sus contrapartes orientales.

Para un estado no giratorio (parámetro de Coriolis cero) así como un estado del océano en el que el parámetro de Coriolis es una constante, la circulación del océano no demuestra ninguna preferencia hacia la intensificación / aceleración cerca del límite occidental. Las líneas de corriente exhiben un comportamiento simétrico en todas las direcciones, con los contornos de altura que demuestran una relación casi paralela a las líneas de corriente, en el caso del océano de rotación homogénea. Finalmente, para el caso de interés - en el que el Coriolis fuerzaes una variante latitudinal: se observa una clara tendencia hacia un diagrama de línea de flujo asimétrico, con un intenso agrupamiento observado hacia la parte occidental del océano modelado. Un buen conjunto de figuras que representan la distribución de líneas de corriente y contornos de altura para los casos de un océano de rotación uniforme y un océano donde la fuerza de Coriolis depende linealmente de la latitud se puede encontrar en el documento de Stommel de 1948.

Balance de Sverdrup y física de la intensificación occidental [ editar ]

La física de la intensificación occidental se puede entender a través de un mecanismo que ayuda a mantener el equilibrio vórtice a lo largo de un giro oceánico. Harald Sverdrup fue el primero, precediendo a Henry StommelPara intentar explicar el equilibrio de vorticidad del océano medio observando la relación entre los forzamientos del viento en la superficie y el transporte masivo dentro de la capa superior del océano. Asumió un flujo interior geostrófico, mientras descuidaba cualquier efecto de fricción o viscosidad y suponía que la circulación desaparece a cierta profundidad en el océano. Esto prohibió la aplicación de su teoría a las corrientes fronterizas occidentales, ya que más tarde se demostraría que es necesaria alguna forma de efecto disipativo (capa inferior de Ekman) para predecir una circulación cerrada para toda una cuenca oceánica y para contrarrestar el flujo impulsado por el viento.

Sverdrup introdujo un posible argumento de vorticidad para conectar la red, el flujo interior de los océanos al estrés del viento en la superficie y las perturbaciones de la vorticidad planetaria incitada. Por ejemplo, se sugirió que la convergencia de Ekman en los subtrópicos (relacionada con la existencia de los vientos alisios en los trópicos y los vientos del oeste en las latitudes medias) conduzca a una velocidad vertical hacia abajo y, por lo tanto, un aplastamiento de las columnas de agua. que posteriormente obliga al giro del océano a girar más lentamente (a través de la conservación del momento angular). Esto se logra a través de una disminución en la vorticidad planetaria (ya que las variaciones de vorticidad relativa no son significativas en las grandes circulaciones oceánicas), un fenómeno que se puede lograr a través de un flujo interior dirigido por el ecuador que caracteriza al giro subtropical. ^[3]Lo contrario es aplicable cuando se induce la divergencia de Ekman, lo que lleva a la absorción (succión) de Ekman y un posterior estiramiento de la columna de agua y flujo de retorno hacia el polo, una característica de los giros subpolares.

Este flujo de retorno, como lo muestra Stommel, ^[1] ocurre en una corriente meridional , concentrada cerca del límite occidental de una cuenca oceánica. Para equilibrar la fuente de vorticidad inducida por el forzamiento de la tensión del viento, Stommel introdujo un término de fricción lineal en la ecuación de Sverdrup, que funciona como el sumidero de vorticidad. En este océano de fondo, la fricción del flujo horizontal permitió a Stommel predecir teóricamente una circulación cerrada en toda la cuenca, mientras demostraba la intensificación hacia el oeste de los giros impulsados ​​por el viento y su atribución a la variación de Coriolis con la latitud (efecto beta). Walter Munk (1950) implementó aún más la teoría de Stommel sobre la intensificación occidental utilizando un término de fricción más realista, al tiempo que enfatiza "la disipación lateral de la energía de Foucault".^[4] De esta manera, no solo reproducía los resultados de Stommel, recreando así la circulación de una corriente fronteriza occidental de un giro oceánico que se asemejaba a la corriente del Golfo, sino que también mostró que los giros sub-polares deberían desarrollarse hacia el norte de los subtropicales, Girando en la dirección opuesta.

Este artículo trata sobre olas rebeldes que son más conocidas por causar daños severos a los barcos en aguas abiertas, pero que parecen ser de naturaleza ubicua y no están limitadas a los océanos. Para losfenómenos de tsunamis y maremotos (como en el caso de las perforaciones y las razas ), consulte los artículos respectivos. Para otras aplicaciones, vea Onda pícara (desambiguación) .

La ola de Draupner , una ola gigante medida en el Día de Año Nuevo de 1995, finalmente confirmó la existencia de olas anormales, que anteriormente se habían considerado casi míticas. ^[1]

Una fotografía de 1943 de una gran ola rompiendo sobre el islote de Rockall , en el Océano Atlántico Norte. El pico de Rockall está a unos 17 m (56 pies) sobre el nivel del mar, y la altura de la pulverización se ha estimado en unos 52 m (170 pies).

Las olas gigantes (también conocidos como olas gigantes , olas gigantes , olas episódicas , olas asesinas , olas extremas y olas anormales ) son inusualmente grande, inesperado y de repente aparecen ondas superficiales que pueden ser extremadamente peligroso, incluso a grandes barcos como los transatlánticos . ^[2]

Las ondas pícaras presentan un peligro considerable por varias razones: son raras, impredecibles, pueden aparecer repentinamente o sin aviso y pueden impactar con una fuerza tremenda. Una onda de 12 metros (39 pies) en el modelo de onda "lineal" habitual tendría una presión de ruptura de 6 toneladas métricas por metro cuadrado [t / m ² ] (59  kPa ; 8.5  psi ). Aunque los barcos modernos están diseñados para tolerar una ola de ruptura de 15 t / m ² (150 kPa; 21 psi), una ola rebelde puede hacer que ambas cifras empañen con una presión de ruptura de 100 t / m ² (0.98 MPa; 140 psi) . ^[3]

En oceanografía , las olas gigantes se definen más precisamente como olas cuya altura es más del doble de la altura significativa de las olas ( H _s o SWH), que se define como la media del tercio más grande de las olas en un registro de olas. Por lo tanto, las olas rebeldes no son necesariamente las olas más grandes que se encuentran en el agua; son, más bien, olas inusualmente grandes para un estado del mar dado . Las ondas pícaras no parecen tener una causa única, pero ocurren donde factores físicos como los fuertes vientos y las fuertes corrientes hacen que las ondas se fusionen para crear una sola onda excepcionalmente grande. ^[2]

Las ondas no autorizadas pueden ocurrir en otros medios además del agua. Parecen ser de naturaleza ubicua y también se han reportado en helio líquido , en óptica no lineal y en cavidades de microondas. Las investigaciones recientes se han centrado en las ondas ópticas ópticas que facilitan el estudio del fenómeno en el laboratorio . Un artículo de 2015 estudió el comportamiento de la ola alrededor de una ola rogue, incluida la ola óptica, y la ola de Draupner , y concluyó que "los eventos rogue no necesariamente aparecen sin una advertencia, pero a menudo están precedidos por una fase corta de orden relativo". ^[4] Un estudio de 2012 confirmó la existencia de huecos oceánicos., la inversa de las olas rebeldes, donde la profundidad del agujero puede alcanzar más del doble de la altura de la ola significativa.

Fondo [ editar ]

Las ondas pícaras son un fenómeno de aguas abiertas, en el que los vientos , las corrientes , los fenómenos no lineales , como los solitones , y otras circunstancias hacen que se forme una onda brevemente que es mucho más grande que la onda grande "promedio" (la altura significativa de la onda o " SWH ') de ese tiempo y lugar. La física básica subyacente que hace posible fenómenos tales como las ondas rebeldes es que diferentes ondas pueden viajar a diferentes velocidades, y así pueden "apilarse" en ciertas circunstancias, conocidas como " interferencia constructiva ". (En el océano profundo la velocidad de una onda de gravedades proporcional a la raíz cuadrada de su longitud de onda (la distancia de pico a pico). Sin embargo, otras situaciones también pueden dar lugar a ondas rogue, en particular situaciones donde los efectos no lineales o los efectos de inestabilidad pueden hacer que la energía se mueva entre las ondas y se concentre en una o muy pocas olas extremadamente grandes antes de volver a las condiciones "normales".

Una vez que se consideraron míticas y carecían de pruebas sólidas de su existencia, ahora se ha demostrado que existen olas gigantes y se sabe que son un fenómeno natural del océano. Los testimonios de testigos marinos de los marineros y el daño infligido a los barcos han sugerido durante mucho tiempo que ocurrieron. La primera evidencia científica de la existencia de olas gigantes llegó con la grabación de una ola gigante por la plataforma Gorm en el Mar del Norte central en 1984. Se detectó una ola sobresaliente con una altura de ola de 11 metros (36 pies) en un Estado del mar relativamente bajo. ^[5] Sin embargo, la ola que llamó la atención de la comunidad científica fue la medición digital de la " ola de Draupner ", una ola pícara en la plataforma de Draupner.en el Mar del Norte el 1 de enero de 1995, con una altura máxima de ola de 25,6 metros (84 pies) (elevación máxima de 18,5 metros [61 pies]). Durante ese evento, también se infligieron daños menores en la plataforma, muy por encima del nivel del mar, lo que confirma que la lectura era válida. ^[1]

Su existencia también ha sido confirmada por video y fotografías, imágenes satelitales y radares de la superficie del océano, ^[6] por sistemas de imágenes de onda estéreo, ^[7] por transductores de presión en el fondo del mar y en particular por buques de investigación oceanográfica. ^[8] En febrero de 2000, un barco de investigación oceanográfica británico, el RRS Discovery , navegando en el valle de Rockall Trough al oeste de Escocia encontró las olas más grandes jamás registradas por instrumentos científicos en mar abierto, con un SWH de 18.5 metros (61 pies) y Ondas individuales hasta 29.1 metros (95 ft). ^[9]"En 2004, los científicos que utilizaron tres semanas de imágenes de radar de los satélites de la Agencia Espacial Europea encontraron diez olas gigantes, cada una de 25 metros (82 pies) o más". ^[10]

Una ola rebelde es un fenómeno oceánico natural que no es causado por el movimiento de la tierra, solo dura brevemente, ocurre en un lugar limitado y la mayoría de las veces ocurre en alta mar. ^[2] Las olas pícaras se consideran raras pero potencialmente muy peligrosas, ya que pueden implicar la formación espontánea de olas masivas que superan las expectativas habituales de los diseñadores de barcos , y pueden abrumar las capacidades habituales de los barcos oceánicos que no están diseñados para tales encuentros. . Las olas de pícaro son distintas de los tsunamis . ^[2] Los tsunamis son causados ​​por el desplazamiento masivo de agua, a menudo como resultado del movimiento repentino del fondo del océano., después de lo cual se propagan a alta velocidad en un área amplia. Son casi imperceptibles en aguas profundas y solo se vuelven peligrosos cuando se acercan a la costa y el fondo del océano se vuelve más plano; ^[11] por lo tanto, los tsunamis no representan una amenaza para el transporte marítimo (los únicos barcos perdidos en el tsunami asiático de 2004 fueron en el puerto). También son distintos de los megatsunamis , que son olas masivas únicas causadas por un impacto repentino, como el impacto de un meteorito o deslizamientos de tierra dentro de cuerpos de agua cerrados o limitados. También son diferentes de las olas descritas como " olas de cien años ", que es puramente estadística.la predicción de la ola más alta es probable que ocurra en un período de cien años en un cuerpo de agua en particular.

Ahora se ha comprobado que las olas maliciosas son la causa de la pérdida repentina de algunos buques oceánicos. Los casos bien documentados incluyen el carguero MS München , perdido en 1978 ^[12] y el MV Derbyshire perdido en 1980, el mayor barco británico perdido en el mar. ^[13] [14] Se ha implicado una ola rebelde en la pérdida de otros barcos, incluido el Ocean Ranger, que era una unidad de perforación marina semi-sumergible móvil que se hundió en aguas canadienses el 15 de febrero de 1982. ^[15]En 2007, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos compiló un catálogo de más de 50 incidentes históricos probablemente asociados con olas gigantes. ^[dieciséis]

Historia del conocimiento ola gigante [ editar ]

Los buques mercantes que trabajan en los mares pesados ​​mientras una enorme ola se avecina, ca. 1940. Las olas enormes son comunes cerca de la línea de 100 pies en el Golfo de Vizcaya .

Ondas míticas [ editar ]

En 1826, el científico francés y oficial naval, el capitán Jules Dumont d'Urville, reportó olas de hasta 108 pies (33 m) en el Océano Índico con tres colegas como testigos, pero fue ridiculizado públicamente por su compañero científico François Arago . En esa época se sostuvo ampliamente que ninguna ola podría superar los 30 pies (9 m). ^{[17] [18] La} autora Susan Casey escribió que gran parte de esa incredulidad se debía a que había muy pocas personas que habían visto una ola rebelde, y hasta la llegada de los barcos de acero de doble casco del siglo XX "personas que se encontraron con 100 pies las olas rebeldes generalmente no regresaban para contárselo a la gente ". ^[19]

Durante casi 100 años, los oceanógrafos, meteorólogos, ingenieros y diseñadores de barcos han utilizado un sistema matemático comúnmente denominado función gaussiana (o Mar de Gauss o modelo lineal estándar) para predecir la altura de las olas. ^[20]Este modelo asume que las ondas varían de manera regular alrededor de la altura de onda promedio (llamada "significativa"). En un mar de tormenta con una altura de ola significativa de 12 metros (39 pies), el modelo sugiere que casi nunca habrá olas de más de 15 metros (49 pies). De hecho, podría ocurrir uno de 30 metros (98 pies), pero solo una vez en diez mil años (de una altura de ola de 12 metros [39 pies]). Este supuesto básico fue bien aceptado (y se reconoció como una aproximación). El uso de una forma gaussiana para modelar ondas ha sido la única base de prácticamente todos los textos sobre ese tema durante los últimos 100 años. ^[20] [21]

El primer artículo científico conocido sobre "Ondas anormales" fue escrito por el profesor Laurence Draper en 1964. En ese artículo que se describió como un "artículo seminal", documentó los esfuerzos del Instituto Nacional de Oceanografía a principios de la década de 1960 para registrar la altura de las olas. y la ola más alta registrada en ese momento, que era de unos 20 m (67 pies). Draper también describió orificios de onda freak . ^{[22] [23] [24] [25]}

Onda de Draupner [ editar ]

Es interesante que, lejos de ridiculizar las historias de marineros antiguos sobre olas enormes, la investigación moderna haya confirmado que tales monstruos pueden ocurrir y que las alturas de las olas pueden superar en una cantidad apreciable los valores máximos aceptados en los círculos responsables.

Profesor Laurence Draper (1971) ^[25]

En 1995, la sólida evidencia científica de la existencia de olas rebeldes se produjo con la grabación de lo que se conoce como la onda de Draupner . El Draupner E es una estructura en un complejo de soporte de gasoducto operado por Statoil a unos 160 kilómetros (100 mi) ^{58 ° 11′19.30 ″ N 2 ° 28′0.00 ″ E}costa afuera y al oeste por el sudoeste desde el extremo sur de Noruega. ^{[26] [27] [28]} La plataforma Draupner E es la primera plataforma petrolera principal del tipo de camisa unida al fondo marino con una base de cubo en lugar de pilotes y un sistema de anclaje de succión. ^[28] Como medida de precaución, el operador (Statoil) ajustó la plataforma con una amplia gama de instrumentos. Los instrumentos verifican continuamente los movimientos de la plataforma, en particular cualquier movimiento de los cimientos durante las tormentas. La instrumentación de vanguardia instalada en la plataforma pudo medir continuamente siete parámetros clave: ^[28]

• altura de las olas,
• pendiente de la ola,
• ola,
• Presión de los cimientos del cubo,
• Tensión en los pilares de la plataforma.
• Aceleración en cubierta y cimientos.

La plataforma se construyó para soportar una ola calculada de 1 en 10,000 años con una altura prevista de 20 m (64 pies) y también se equipó con un grabador de ondas láser de última generación en la parte inferior de la plataforma. A las 3 pm del 1 de enero de 1995, registró una ola roma de 26 m (85 pies) (es decir, 6 m [21 pies] más alta que la ola predicha de 10,000 años) que alcanzó la plataforma a 72 km / h (45 mph). Esta fue la primera medición confirmada de una ola anormal, más del doble de alta y empinada que sus vecinos con características que quedaron fuera de cualquier modelo de ola conocido. La ola fue registrada por todos los sensores instalados en la plataforma ^[28] y causó un enorme interés en la comunidad científica. ^[26] [28]

Conocimiento moderno [ editar ]

Los investigadores de Statoil presentaron un documento en el 2000 que recopilaba pruebas de que las ondas anormales no eran las realizaciones raras de una población de la superficie del mar típica o ligeramente no gaussiana ( olas extremas clásicas ), sino que eran las realizaciones típicas de un mar raro y fuertemente no gaussiano. Población de la superficie de las olas ( Freak extreme waves). ^[29] Un taller de investigadores líderes en el mundo asistió al primer taller de Rogue Waves 2000 celebrado en Brest en noviembre de 2000. ^[30]

En 2000, el barco oceanográfico británico RRS Discovery registró una ola de 29 metros (95 pies) frente a la costa de Escocia, cerca de Rockall . Este era un buque de investigación científica y estaba equipado con instrumentos de alta calidad. El análisis posterior determinó que bajo condiciones de fuerza de vendaval severas con velocidades de viento que promedian 21 metros por segundo (68.9 pies / s), un registrador de olas transmitidas por barcos medía ondas individuales de hasta 29.1 metros (95.5 pies) desde la cresta hasta el canal, y un máximo significativo Altura de las olas de 18.5 metros (60.7 pies). Estas fueron algunas de las olas más grandes registradas por instrumentos científicos hasta ese momento. Los autores señalaron que los modelos modernos de predicción de olas son "conocidos" por predecir significativamente los estados extremos del mar para olas con una altura "significativa" (H _s) por encima de los 12 metros (39.4 pies). El análisis de este evento tomó varios años y observó que "ninguno de los pronósticos meteorológicos y los modelos de olas más modernos, la información en la que se basan todos los barcos, plataformas petrolíferas, pesquerías y barcos de pasajeros" estos gigantes ". En pocas palabras, no existía un modelo científico (y también el método de diseño de barcos) para describir las olas encontradas. Este hallazgo se informó ampliamente en la prensa, que informó que "de acuerdo con todos los modelos teóricos en el momento bajo este conjunto particular de condiciones climáticas, no deberían haber existido olas de este tamaño". ^{[2] [9] [26] [31] [32]}

La mayoría de los textos populares sobre oceanografía hasta mediados de la década de 1990, como el de Pirie, no mencionaban las olas rebeldes o anormales. ^[33] El texto popular en Oceanography by Gross (1996) solo hizo mención de las ondas de los pícaros y afirmó que "En circunstancias extraordinarias, se pueden formar ondas inusualmente grandes, llamadas ondas de los rogue", sin proporcionar más detalles. ^[34] Desde aproximadamente 1997, la mayoría de los autores principales reconocieron la existencia de olas rebeldes con la advertencia de que los modelos de onda no habían podido replicar las ondas rebeldes. ^[17] La primera investigación científica que demostró ampliamente que existen ondas que están claramente fuera del rango de las ondas gaussianas se publicó en 1997. ^[35]Algunas investigaciones confirman que la distribución observada de la altura de la ola en general sigue bien la distribución de Rayleigh , pero en aguas poco profundas durante eventos de alta energía, las olas extremadamente altas son más raras de lo que predice este modelo en particular. ^[10]

Ahora se ha demostrado mediante estudios de radar satelital que las olas con crestas hasta alturas de 20 metros (66 pies) a 30 metros (98 pies), ocurren con mucha más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente. ^[36]Ahora se sabe que muchas veces al día se producen olas gigantes en todos los océanos del mundo. En 2004, el proyecto de la ESA MaxWave identificó más de diez olas gigantes individuales de más de 25 metros (82 pies) de altura durante un breve período de estudio de tres semanas en un área limitada del Atlántico Sur. Los satélites ERS de la ESA han ayudado a establecer la existencia generalizada de estas ondas "rebeldes". ^[37] [38]

Por lo tanto, el reconocimiento de la existencia de olas rebeldes (a pesar del hecho de que no pueden explicarse de manera plausible ni siquiera mediante estadísticas de olas modernas) es un paradigma científico muy moderno. ^[39] Ahora está bien aceptado que las olas rebeldes son un fenómeno común. El profesor Akhmediev, de la Universidad Nacional de Australia , uno de los investigadores más importantes del mundo en este campo, ha declarado que existen alrededor de 10 olas gigantes en los océanos del mundo en cualquier momento. ^[40]Algunos investigadores han especulado que aproximadamente tres de cada 10,000 olas en los océanos alcanzan un estatus de pícaro, pero en ciertos lugares, como las entradas costeras y las bocas de los ríos, estas olas extremas pueden formar tres de cada 1,000 olas porque la energía de las olas puede ser enfocado ^[41]

Ondas pícaras también pueden ocurrir en los lagos . Se dice que un fenómeno conocido como las "Tres Hermanas" ocurre en el Lago Superior cuando se forma una serie de tres olas grandes. La segunda ola golpea la cubierta del barco antes de que se despeje la primera ola. La tercera ola entrante se suma a los dos contralavados acumulados y de repente sobrecarga la cubierta del barco con toneladas de agua. El fenómeno es una de varias teorías sobre la causa del hundimiento del SS Edmund Fitzgerald en el Lago Superior en noviembre de 1975. ^[42]

En referencia a eventos extremos, olas rebeldes y teoría de solitones.

Estos son considerados como los descubrimientos más importantes en la física matemática y experimental de los siglos veinte y veinte del primer siglo.

Grupo de ciencias ópticas, Universidad Nacional de Australia ^[43]

Los estudios serios sobre el fenómeno de las olas rebeldes solo comenzaron hace unos 20 a 30 años y se han intensificado desde aproximadamente el 2005. Una de las características notables de las olas rebeldes es que siempre aparecen de la nada y desaparecen rápidamente sin dejar rastro. Investigaciones recientes han sugerido que también podría haber "olas súper rebeldes" que son hasta cinco veces más altas que el promedio del estado del mar. Las ondas pícaras ahora se han convertido en un término casi universal dado por los científicos para describir ondas de gran amplitud aisladas, que ocurren con más frecuencia de lo esperado para eventos estadísticos normales, distribuidos en Gauss. Las ondas de pícaro parecen ser ubicuas en la naturaleza y no se limitan a los océanos. Aparecen en otros contextos y se han publicado recientemente en helio líquido, en óptica no lineal y en cavidades de microondas.^{[44] [45] [46] [47]}

Investigadores de la Universidad Nacional de Australia también han demostrado recientemente (2012) la existencia de orificios de olas rogue , un perfil invertido de una ola rogue. En la tradición marítima, las historias de los agujeros de los delincuentes son tan comunes como las historias de las olas de los pícaros. Siguen a partir del análisis teórico, pero nunca habían sido probados experimentalmente. En 2012, la ANU publicó una investigación que confirma la existencia de orificios de ola en la superficie del agua observados en un tanque de olas de agua. ^[48]

Esfuerzos de investigación [ editar ]

Hay una serie de programas de investigación actualmente en curso centrados en olas rebeldes que incluyen:

• En el curso del Proyecto MaxWave, los investigadores del Centro de Investigación GKSS, utilizando los datos recopilados por los satélites de la ESA , identificaron una gran cantidad de firmas de radar que se han presentado como evidencia de olas rebeldes. Se están realizando más investigaciones para desarrollar mejores métodos para traducir los ecos de radar en la elevación de la superficie del mar, pero en la actualidad esta técnica no está probada. ^[37] [49]
• La Universidad Nacional de Australia , en colaboración con la Universidad de Tecnología de Hamburgo y la Universidad de Turín , ha estado realizando experimentos en dinámicas no lineales para tratar de explicar las llamadas olas deshonestas o asesinas. El video "Lego Pirate" se ha usado y citado ampliamente para describir lo que ellos llaman "olas súper pícaras" que, según su investigación, pueden ser hasta cinco veces más grandes que las otras olas a su alrededor. ^{[50] [51] [52] [52]}
• La Agencia Espacial Europea continúa investigando en ondas de rogue por satélite de radar. ^[53]
• El Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU., El brazo científico de la Armada y la Infantería de Marina, publicó los resultados de su trabajo de modelado en 2015. ^{[53] [54] [55]}
• Instituto de Tecnología de Massachusetts . La investigación en este campo está en curso. Dos investigadores en el Instituto de Tecnología de Massachusetts apoyados parcialmente por el Consorcio de Educación de Ingeniería Naval (NEEC) consideraron el problema de la predicción a corto plazo de ondas de agua raras y extremas, y desarrollaron y publicaron sus investigaciones sobre una herramienta predictiva efectiva de aproximadamente 25 olas. periodos Esta herramienta puede dar a los barcos y sus tripulaciones una advertencia de dos a tres minutos de un impacto potencialmente catastrófico, lo que permite a la tripulación un tiempo para cerrar las operaciones esenciales en un barco (o plataforma marítima). Los autores citan el aterrizaje en un portaaviones como un buen ejemplo. ^{[55] [56] [57]}
• Universidad de Colorado y la Universidad de Stellenbosch . ^[53] [58]
• Universidad de Kyoto . ^[59]
• La Universidad de Tecnología de Swinburne en Australia publicó recientemente un trabajo sobre las probabilidades de olas rebeldes. ^[60]
• Universidad de Oxford . El Departamento de Ciencias de la Ingeniería publicó una revisión exhaustiva de la ciencia de las olas rebeldes en 2014. ^[61] [62] En 2019, un equipo de las Universidades de Oxford y Edimburgo recrearon la ola de Draupner en un laboratorio. ^[63]
• Universidad de Australia Occidental . ^[61]
• Universidad de Tecnología de Tallin en Estonia. ^[64]
• Proyecto de mares extremos financiado por la UE. ^[64] [65]
• Universidad de Umeå . Un grupo de investigación en la Universidad de Umeå en Suecia en agosto de 2006 mostró que las ondas estocásticas normales impulsadas por el viento pueden dar lugar repentinamente a olas monstruosas. La evolución no lineal de las inestabilidades se investigó mediante simulaciones directas del sistema dependiente del tiempo de ecuaciones no lineales. ^[66]
• Laboratorio de Investigación Ambiental de los Grandes Lagos . GLERL realizó una investigación en 2002 que disipó las afirmaciones de larga data de que las oleadas rebeldes eran poco frecuentes. ^[8]
• Universidad de Oslo . Ha llevado a cabo la investigación en: Cruzar el estado del mar y la probabilidad de olas gigantes durante el accidente del Prestige ; Ondas de viento no lineales, su modificación por corrientes de marea y su aplicación a las aguas costeras de Noruega; Análisis general de olas oceánicas realistas (GROW); Modelado de corrientes y olas para estructuras marinas y eventos de olas extremas; Cálculos rápidos de ondas superficiales empinadas en tres dimensiones y comparación con experimentos; Y muy grandes olas internas en el océano. ^[67]
• Centro Nacional de Oceanografía en el Reino Unido. ^[68]
• Instituto Scripps de Oceanografía en los Estados Unidos. ^[69]
• Proyecto Ritmare en Italia. ^[70]

Causas [ editar ]

Demostración experimental de la generación de ondas rogue a través de procesos no lineales (a pequeña escala) en un tanque de olas .

La solución de la parte lineal de la ecuación de Schrödinger no lineal que describe la evolución de una envoltura de onda compleja en aguas profundas.

Debido a que el fenómeno de las olas rebeldes es todavía una cuestión de investigación activa, es prematuro establecer claramente cuáles son las causas más comunes o si varían de un lugar a otro. Las áreas de mayor riesgo predecible parecen estar donde una corriente fuerte corre en contra de la dirección primaria de desplazamiento de las olas; el área cerca del cabo Agulhas, en el extremo sur de África, es una de esas áreas; la corriente cálida de Agulhas corre hacia el sudoeste, mientras que los vientos dominantes son vientos del oeste . Sin embargo, dado que esta tesis no explica la existencia de todas las ondas que se han detectado, es probable que existan varios mecanismos diferentes, con variación localizada. Los mecanismos sugeridos para las ondas anormales incluyen los siguientes:

Enfoque difractivo

De acuerdo con esta hipótesis, la forma de la costa o la forma del fondo marino dirige varias pequeñas olas para que se encuentren en fase. Sus alturas de cresta se combinan para crear una ola anormal. ^[71]

Enfoque por corrientes.

Las ondas de una corriente son conducidas a una corriente opuesta. Esto da como resultado un acortamiento de la longitud de onda, lo que ocasiona la acumulación de olas (es decir, un aumento de la altura de las olas), y los trenes de ondas que se aproximan se comprimen juntos en una onda rogue. ^[71] Esto sucede en la costa sudafricana, donde la corriente de Agulhases contrarrestada por vientos del oeste . ^[62]

Efectos no lineales ( inestabilidad modulativa ).

Parece posible que se produzca una onda pícara por procesos naturales, no lineales, de un fondo aleatorio de ondas más pequeñas. ^[12] En tal caso, se hipotetiza, se puede formar un tipo de onda inusual e inestable que "chupa" la energía de otras ondas, y se convierte en un monstruo casi vertical, antes de volverse demasiado inestable y colapsar poco después. Un modelo simple para esto es una ecuación de onda conocida como la ecuación de Schrödinger no lineal (NLS), en la cual una onda normal y perfectamente responsable (según el modelo lineal estándar) comienza a "absorber" la energía de las ondas inmediatamente antes y después, reduciéndolas. a pequeñas ondulaciones en comparación con otras olas. El NLS se puede utilizar en condiciones de aguas profundas. En aguas poco profundas, las ondas se describen mediante la ecuación de Korteweg – de Vries o laEcuación de Boussinesq . Estas ecuaciones también tienen contribuciones no lineales y muestran soluciones de onda solitaria. En 2011, se produjo una ola rogue a pequeña escala compatible con la ecuación no lineal de Schrödinger (la Solución Peregrina) en un tanque de agua de laboratorio. ^[72] En particular, el estudio de solitones , y especialmente solitones de Peregrino , ha apoyado la idea de que Podrían surgir efectos lineales en cuerpos de agua. ^{[62] [73] [74] [75]}

Parte normal del espectro de onda.

Las ondas pícaras no son monstruos en absoluto, sino que son parte del proceso normal de generación de ondas, aunque sea una extremidad rara. ^[71]

Interferencia constructiva de ondas elementales.

Las ondas no autorizadas pueden resultar de la interferencia constructiva (enfoque dispersivo y direccional) de las ondas 3D elementales mejoradas por los efectos no lineales. ^[7] [76]

Interacciones de la onda del viento

Si bien es poco probable que el viento por sí solo pueda generar una ola pícara, su efecto combinado con otros mecanismos puede proporcionar una explicación más completa de los fenómenos de ondas anormales. A medida que el viento sopla sobre el océano, la energía se transfiere a la superficie del mar. Cuando los fuertes vientos de una tormenta soplan en la dirección opuesta de la corriente oceánica, las fuerzas pueden ser lo suficientemente fuertes como para generar aleatoriamente olas gigantes. Phillips ^[77] y Miles proporcionan las teorías de los mecanismos de inestabilidad para la generación y el crecimiento de las ondas de viento, aunque no sobre las causas de las ondas rebeldes. ^[62] [78]

Expansión térmica

Cuando un grupo de ondas estables en una columna de agua caliente se traslada a una columna de agua fría, el tamaño de las ondas debe cambiar porque la energía debe conservarse en el sistema. Por lo tanto, cada onda en el grupo de ondas se vuelve más pequeña porque el agua fría contiene más energía de onda en función de la densidad. Las ondas ahora están más separadas y, debido a la gravedad, se propagarán en más ondas para llenar el espacio y convertirse en un grupo de ondas estable. Si existe un grupo de ondas estables en agua fría y se mueve hacia una columna de agua tibia, las ondas se harán más grandes y la longitud de onda será más corta. Las ondas buscarán el equilibrio intentando desplazar la amplitud de las ondas debido a la gravedad. Sin embargo, al comenzar con un grupo de ondas estables, la energía de la onda puede desplazarse hacia el centro del grupo. Si tanto el frente como la parte posterior del grupo de ondas están desplazando la energía hacia el centro, puede convertirse en una onda rebelde. Esto sucedería solo si el grupo de olas es muy grande.^{[ cita requerida ]}

El enfoque espacio-temporal visto en la ecuación NLS también puede ocurrir cuando se elimina la no linealidad. En este caso, el enfoque se debe principalmente a que diferentes ondas entran en fase, en lugar de cualquier proceso de transferencia de energía. El análisis adicional de las ondas rebeldes utilizando un modelo totalmente no lineal de RH Gibbs (2005) cuestiona este modo, ya que se muestra que un grupo de ondas típico se enfoca de tal manera que produce una pared significativa de agua, a costa de una reducción altura.

Una ola rebelde, y la vaguada profunda que se ve comúnmente antes y después de ella, pueden durar solo unos minutos antes de romperse o volver a reducir su tamaño. Aparte de una sola ola rogue, la ola rogue puede ser parte de un paquete de olas que consiste en unas pocas olas rogue. Tales grupos de olas rebeldes se han observado en la naturaleza. ^[79]

Hay tres categorías de olas anormales:

• "Muros de agua" que viajan hasta 10 km (6 millas) a través del océano ^{[ citación necesaria ]}
• "Tres hermanas", grupos de tres olas ^[80]
• Olas de tormenta individuales y gigantes, que aumentan hasta cuatro veces la altura de las olas de la tormenta y se colapsan después de unos segundos