ana tesina

GRUPO DE FSICA OCEANOGRFICA Y DE COSTAS REA DE FSICA DE LA MATERIA CONDENSADA

DEPARTAMENTO DE FSICA APLICADA UNIVERSIDAD DE VIGO

CIRCULACIN GEOSTRFICA EN LA COSTA ATLNTICA DE LA PENNSULA IBRICA MEDIANTE ANLISIS DE DATOS ALTIMTRICOS DEL SATLITE

TOPEX/Poseidon

Ana Gonzlez Nieto Diciembre, 2002

Indice de contenidos 1. Introduccin 2 1.1 Historia de los satlites 2 1.2 Tipos de satlites 6 1.3 Satlites cientficos ms importantes 8 1.3.1 Meteosat 8 1.3.2 Envisat 9 1.3.3 Landsat 11 1.3.4 NOAA 12 1.3.5 ERS 14 1.3.6 TOPEX/Poseidon 15 1.3.7 Cuadro resumen 17 1.4 Historia del altmetro 18 2 TOPEX7Poseidon 23 2.1 Misin del TOPEX/Poseidon 23 2.2 Conceptos bsicos 23 2.3 El satlite 25 2.3.1 Sensores operacionales 25 2.3.2 Sensores experimentales 26 2.3.2 rbita 27 2.4 Calidad de las medidas 28 2.4.1 Errores instrumentales 28 2.4.2 Errores de entorno 28 3 Asimilacin de datos 35

3.1 Datos de presin 35 3.2 Datos de altimetra 36 3.2.1 Lectura de datos 36 3.2.2 Realizacin de la malla 38 3.2.3 Clculo de velocidades geostrficas 40 3.2.4 Realizacin punto a punto entre la presin

y la altimetra 43

4 Aplicaciones a la Pennsula Ibrica 47

4.1 Descripcin del rea 47 4.2 Variabilidad de la superficie marina 49 4.3 Circulacin mensual sobre la costa atlntica 50

5 Conclusiones 61 6 Bibliografa 63

RESUMEN La tecnologa de medida de satlites ha avanzado tanto que las medidas geofsicas obtenidas representan un gran avance en el mundo de la oceanografa y de la meteorologa. En este trabajo se ha utilizado el satlite TOPEX/Poseidon; que es un satlite de observacin oceanogrfica desarrollado conjuntamente por la NASA y el CNES. Este satlite fue puesto en rbita en 1992 y ha generado, a parte de otras medidas, datos de altimetra desde esa fecha, con una resolucin espacial de 11 y una resolucin temporal de alrededor de 10 das. El protocolo que se ha seguido para la realizacin de este trabajo es el siguiente: se utiliz una base de datos altimtricos generados por AVISO, acotando estos a nuestra regin de estudio que es la zona comprendida entre 0-24 W y 35-48 N. Esta regin incluye la costa atlntica de la Pennsula Ibrica. Se ha realizado una comparacin entre la variabilidad a lo largo del tiempo de la altura media superficial del mar entre la regin de estudio y una mucho ms amplia, pudindose observar claramente los ciclos estacionales. Se ha calculado la correlacin entre la presin superficial y la altura superficial media del mar nos proporciona el valor mximo cuando el desfase es cero entre ambas seales. A partir de los datos de altimetra se obtuvieron las velocidades geostrficas asumiendo para ello una serie de condiciones iniciales. Con estos datos se ha generado los patrones mensuales de altura geopotencial promediados desde 1992 hasta 2002, mostrndonos unos patrones estacionales bien definidos.

Captulo 1:

Introduccin

CAPITULO 1: INTRODUCCIN 2

1 INTRODUCCIN

1.1 HISTORIA DE LOS SATLITES

La idea de los satlites de Telecomunicaciones apareci poco despus de la II Guerra Mundial. En 1945 en el nmero de octubre de la revista Wireless World se public un artculo titulado "Rels extraterrestres" cuyo autor era un oficial de radar de la RAF llamado Arthur C. Clarke, que ms tarde sera conocido principalmente por sus libros de ciencia-ficcin y de divulgacin. Propona en su artculo la colocacin en rbita de tres repetidores separados entre s 120 grados a 36,000 Km sobre la superficie de la tierra en una rbita situada en un plano coincidente con el que pasa por el ecuador terrestre. Este sistema podra abastecer de comunicaciones Radio y Televisin a todo el globo. Si bien Clarke fue el primero que expuso la idea del empleo de la rbita geoestacionaria para las comunicaciones, sta ya rondaba por la cabeza de muchos otros.

Al poco tiempo de terminar la guerra no existan medios para colocar satlites en rbita terrestre baja ni mucho menos geoestacionaria, los primeros experimentos de utilizacin del espacio para propagacin de radiocomunicaciones lo realiz el ejercito americano en 1951 y en 1955 utilizando nuestro satlite natural, la luna, como reflector pasivo.

Fig 1.1 Satlites

El primer satlite espacial, el Sputnik 1, llevaba a bordo un radiofaro el cual emita una seal en las frecuencias de 20 y 40 Mhz. Esta seal poda ser recibida por simples


receptores y as lo hicieron muchos radioaficionados a lo largo del mundo realizndose la primera prueba de transmisin y recepcin de seales desde el espacio. La primera voz humana retransmitida desde el espacio fue la del presidente norteamericano Dwight D. Eisenhower, cuando en 1958 en el contexto del proyecto SCORE se puso en rbita un misil ICBM Atlas liberado de su cohete acelerador con un mensaje de Navidad grabado por el dirigente, quien opinaba que el espacio tena poca utilidad prctica. La grabadora poda tambin almacenar mensajes para retransmitirlos ms tarde, lo que dio origen a los llamados satlites de retransmisin diferida.

Un Satlite posterior de este tipo fue el Courier 1B, lanzado el 4 de Octubre de 1960. Este satlite militar poda almacenar y retransmitir hasta 68,000 palabras por minuto, y empleaba clulas solares en lugar de los acumuladores limitados del SCORE.

Los sistemas pasivos, que imitaban la utilizacin primitiva de la Luna por el ejrcito norteamericano, se probaron durante un tiempo. Los Echo 1 y 2 eran grandes globos reflectores de mylar iluminado. Su uso se limitaba a parejas de estaciones terrestres desde las cuales poda verse el globo al mismo tiempo. Los cientficos descubrieron que eran ms tiles como balizas para el trazado de mapas desde el exterior de la Tierra. Los ingenieros concluyeron que era necesario un sistema de transmisin activo, por ejemplo una versin orbital de las torres de retransmisin por microondas utilizadas en los sistemas telefnicos. Durante algn tiempo discutieron la conveniencia de colocar varios satlites en rbita geoestacionaria (lo que comporta costes de lanzamiento ms elevados) o bien una multitud de satlites en rbitas ms bajas (con el consiguiente aumento en el coste de los satlites). La polmica concluy en favor de la solucin geoestacionaria ya que dichos satlites seran de seguimiento mucho ms fcil. El primer satlite de comunicaciones verdadero, el Telstar 1, fue lanzado a una rbita terrestre baja, de 952 x 5632 Km. Era tambin el primer satlite de financiacin comercial, a cargo de la American Telephone and Telegraph. El Telstar 1 se lanz el 10 de julio de 1962, y le sigui casi un ao despus el Telstar 2. Las estaciones terrestres estaban situadas en Andover, Maine (Estados Unidos), Goonhilly Downs (Reino Unido) y Pleumeur-Bodou (Francia). La primera retransmisin mostraba la bandera norteamericana ondeando en la brisa de Nueva Inglaterra, con la estacin de Andover al fondo. Esta imagen se retransmiti a Gran Bretaa, Francia y a una estacin norteamericana de New Jersey, casi quince horas despus del lanzamiento. Dos semanas ms tarde millones de europeos y americanos seguan por televisin una conversacin entre interlocutores de ambos lados del Atlntico. No slo podan conversar, sino tambin verse en directo va satlite. Al Telstar 1 le siguieron el Relay 1, otro satlite de rbita baja, lanzado el 13 de diciembre de 1962, y el Relay 2, el 21 de enero de 1964. Se trataba de vehculos espaciales experimentales, como el Telstar, diseados para descubrir las limitaciones de


actuacin de los satlites. Como tales, constituan slo el preludio de acontecimientos ms importantes. El 26 de julio de 1963 el Syncom 2 se coloc en rbita sincrnica sobre el Atlntico. El Syncom 1 se haba situado en el mismo lugar en febrero, pero su equipo de radio fall. La rbita del Syncom 2 tena una inclinacin de 28, por lo que pareca describir un ocho sobre la tierra. Se utiliz el 13 de septiembre, con el Relay 1, para enlazar Ro de Janeiro (Brasil), Lagos (Nigeria) y New Jersey en una breve conversacin entre tres continentes. El Syncom 3 se situ directamente sobre el ecuador, cerca de la lnea de cambio de fecha, el 19 de agosto de 1964, y se retransmitieron en directo las ceremonias de apertura de los juegos olmpicos en Japn. "En directo va satlite": el mundo se sobrecogi al conocer las posibilidades de los satlites de comunicaciones. Desde el principio los polticos comprendieron su potencial comercial. En 1961 el presidente de los Estados Unidos, John F. Kennedy, invitaba a todas las naciones a participar en un sistema de satlites de comunicaciones en beneficio de la paz mundial y de la fraternidad entre todos los hombres. Su llamada encontr respuesta, y en agosto de 1964 se formo el consorcio INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization = Organizacin Internacional de Telecomunicaciones por Satlite). El sistema es propiedad de los estados miembros, a prorrata segn su participacin en el trfico anual. La rama operativa del consorcio es la COMSAT (Communications Satellite Corporation = Corporacin de satlites de comunicaciones), con sede en Washington. El primer satlite lanzado por esta especialsima empresa fue el Intelsat 1, ms conocido como Early Bird. El 28 de junio de 1965 entr en servicio regular, con 240 circuitos telefnicos. Era un cilindro de 0.72 metros de anchura por 0.59 metros de altura, y su peso era tan solo de 39 Kg. Las clulas solares que lo envolvan suministraban 40 W. de energa, y para simplificar el diseo de sistemas estaba estabilizado por rotacin, como una peonza. El Early Bird estaba diseado para funcionar durante dieciocho meses, pero permaneci en servicio durante cuatro aos. Con posterioridad se lanzaron sucesivos satlites INTELSAT los cuales fueron aumentando su capacidad de retransmisin de canales telefnicos y televisivos en la actualidad la constelacin INTELSAT consta de 32 satlites cubriendo todo el globo. El INTELSAT no es el nico sistema de satlites de comunicaciones en funcionamiento. A medida que avanzaba la tecnologa y descendan los precios, la conveniencia de los satlites de comunicaciones dedicados creca. Resultaba atractivo, desde el punto de vista comercial, construir los satlites segn las necesidades de los distintos estados, firmas, compaas de navegacin y otras organizaciones con un gran volumen de trfico de comunicaciones entre puntos separados por varios centenares de kilmetros. El primer pas que cont con un sistema interior fue Canad que lanz el Anik 1 (mediante un cohete norteamericano) en noviembre de 1972. Espaa cuenta con


su propio sistema de satlites, el sistema Hispasat. Otra red muy utilizada, aunque no tan conocida, es la DSCS (Defense Satellite Communications System = Sistema militar de comunicaciones por satlite), del departamento de Defensa de los Estados Unidos con su serie de satlites DSCS. Otras redes de satlites militares aliados son el sistema naval de comunicaciones por satlite (Fleet Satellite Communications System, FLTSATCOM), el sistema areo de comunicaciones por satlite (Air Force Satellite Communication System, AFSATCOM), el sistema de comunicaciones por satlite del ejrcito (SATCOM), todos ellos norteamericanos, y la serie de la NATO. La red nacional ms extensa de satlites fue desarrollada por la Unin Sovitica a partir de abril de 1965, con una serie de satlites Molniya (relmpago) situados en rbita muy elptica con el apogeo sobre el hemisferio norte. De este modo, diversos centros del extenso territorio de la URSS quedaron unidos por programas de televisin en blanco y negro, telfono y telgrafo. La rbita de 12 horas colocaba al satlite encima de la Unin Sovitica durante los periodos fundamentales de comunicaciones, lo que supona para las estaciones de tierra un blanco con un movimiento aparente muy lento. Cada una de las dos primeras series (Molniya 1 y 2) comprende cuatro pares de cada tipo de satlite, colocados a intervalos de 90 alrededor de la rbita. La serie Molniya 3 es ms completa, pues incorpora televisin en color adems de telecomunicaciones. En combinacin con los satlites trabajan las estaciones terrestres rbita o de "toldilla", cada una de las cuales emplea una antena parablica de bajo ruido y 12 metros de dimetro sobre un soporte giratorio. La antena se orienta hacia el satlite por medio de un mecanismo elctrico de seguimiento. Los satlites Molniya tuvieron un impacto social, poltico y econmico considerable en el desarrollo del estado sovitico (a menudo, con culturas y costumbres diferentes) en contacto mas estrecho con Mosc, y al establecer conexiones, a travs de la Organizacin Intersputnik, con otros pases socialistas, desde Europa Oriental a Mongolia. La red de largo alcance se perfecciona todava ms en la actualidad. En diciembre de 1975, a la familia de satlites de comunicaciones sovitica se aadi el Raduga, cuya designacin internacional es Statsionar 1. Su misin es la misma que en la serie Molina, si bien describe una rbita geoestacionaria. Le sigui el Querrn, tambin de rbita estacionaria cuyo nombre internacional es Statsionar T. Tiene como funcin especfica la retransmisin de programas de televisin desde los estudios centrales de Mosc a zonas con estaciones terrestres ms sencillas. Lo hacen posible la potencia de los transmisores del Ekran, varias veces superior a la de los restantes satlites de comunicaciones, y sus antenas de haces dirigidos convergentes, que permiten retransmitir seales de televisin directamente a grupos de receptores de televisin a travs de antenas colectivas, e incluso directamente a los receptores de cada hogar, a travs de antenas en el tejado Los ingenieros soviticos han perfeccionado tambin una estacin terrestre mvil llamada Mars, transportable en tres contenedores. Aunque en principio se ide para la recepcin de televisin en directo, cuenta con una


antena parablica de 7 m. y funciona de modo completamente automtico. Puede utilizarse tambin para retransmisiones telefnicas y telegrficas. Los equipos especiales para la retransmisin va satlite de los juegos olmpicos de Mosc en 1980 pretendan llevar a una audiencia de 2,000 a 2,500 millones de personas lo ms cerca posible de los acontecimientos deportivos. Entre ellos se contaban nuevos satlites geoestacionarios del tipo Gorizont, con equipos de retransmisin perfeccionados. El primero se lanz en diciembre de 1978.

1.2 TIPOS DE SATLITE

Los satlites artificiales inician su singladura en 1957 con el lanzamiento del Sputnik 1. En la actualidad la variedad de satlites artificiales que rodean la tierra es sorprendente. El siguiente esquema puede ayudar a ver su inmensa variedad:

Por su rbita: o Satlites de rbita geoestacionaria: son aquellos satlites que se

encuentran a una altura aproximada de 35,816 Km. en las llamadas rbitas geostacionarias. Los satlites geostacionarios circundan la tierra sobre rbitas circulares, las cuales coinciden con el plano ecuatorial con una rapidez igual a la de la rotacin terrestre, es decir, tiene un periodo de 24 h. Esto permite mantenerse continuamente en una posicin de la superficie, dando un efecto desde la tierra, de mantenerse estacionario o inmvil en el cielo.

o Satlites de rbita de transferencia geostacionaria: Es una rbita provisional. Todos los satlites geostacionarios lanzados pasan primero por esta rbita de transferencia, una rbita muy elptica (apogeo del satlite a 36,000 Km. de altitud y perigeo alrededor de 200 Km.). Esta rbita comienza con una inyeccin por parte del lanzador. Este lanza el satlite a baja altitud (alrededor de 200 Km.) a una velocidad suficiente para obtener su ascensin hasta la altitud geostacionaria, o sea 36,000 Km. A continuacin, una maniobra propulsiva del satlite con la ayuda de un motor, la sita sobre la rbita geoestacionaria. Esta maniobra es realizada generalmente entre las 10 h y las 24 h que siguen al lanzamiento.

o Satlites de rbita polar o heliosncrona: Se trata de una rbita baja (entre 600 y 800 Km.) en la cual el plano est sincronizado con el sol, es decir, que la direccin del sol hace siempre un ngulo constante con el plano orbital. As, la zona sobrevolada por el satlite es siempre observada a la misma hora del da. El plazo de revisita el paso por encima del


mismo punto es de 10h 30m de media. Es una rbita privilegiada para la observacin terrestre de alta resolucin.

o Satlites de rbita elptica excntrica: Es una rbita elptica, muy excntrica (7,000Km/1,000Km) e inclinada (alrededor de 63). El satlite sobrevuela muy rpidamente (a cerca de 33,000 Km./h) una misma regin extendida, durante alrededor de 8h sobre 24h, sobre un ngulo prximo a la vertical.

Con una red de 3 satlites simtricamente repartidos, para volver a pasar sobre la misma marca terrestre, se asegura la cobertura de dos continentes del planeta

o Satlites de rbita baja: Es una rbita baja (de 200 a 2000 Km. de altitud), generalmente circular y en un plano inclinado en relacin al ecuador (de 50 a ms de 90). El satlite sobrevuela toda la tierra en un da. Esta posicin es elegida para la observacin, la meteorologa, y las telecomunicaciones.

Por su finalidad: o Satlites de Telecomunicaciones (Radio y Televisin) o Satlites Meteorolgicos. o Satlites de Navegacin. o Satlites Militares y espas. o Satlites de Observacin de la tierra. o Satlites Cientficos y de propsitos experimentales. o Satlites de Radioaficionado

BANDAS DE FRECUENCIAS UTILIZADAS POR LOS SATELITES.

Banda P 200-400 Mhz.

Banda L 1530-2700 Mhz.

Banda S 2700-3500 Mhz.

Banda C 3700-4200 Mhz.4400-4700 Mhz.5725-6425 Mhz.

Banda X 7900-8400 Mhz.

Banda Ku1 (Banda PSS) 10.7-11.75 Ghz.


Banda Ku2 (Banda DBS) 11.75-12.5 Ghz.

Banda Ku3 (Banda Telecom) 12.5-12.75 Ghz.

Banda Ka 17.7-21.2 Ghz.

Banda K 27.5-31.0 Ghz.

1 Mhz.= 1000.000 Hz.1 Ghz.= 1000.000.000 Hz.

1.3 SATLITES CIENTFICOS MS IMPORTANTES 1.3.1 METEOSAT El proyecto Meteosat es llevado a cabo por EUMESAT, el primero de ellos, Meteosat 1, fue lanzado el 23 de noviembre de 1977 desde Florida, se trataba de un satlite geoestacionario.

La principal carga til de Meteosat es el "radimetro" que es un instrumento sensible a las radiaciones trmicas y visibles en distintas bandas espectrales. El radimetro explora la superficie de la tierra lnea a lnea; cada lnea consiste en una serie de dibujos de elementos individuales o pxeles. Para cada pxel el radimetro mide la energa radiada de las diferentes bandas espectrales y esta medida es codificada digitalmente y transmitido a la estacin terrestre. La radiacin incidente se refleja en una serie de espejos que hay entre el radimetro y finalmente alcanza los detectores donde se convierte en una seal elctrica. Mientras que los detectores de luz visible funcionan correctamente a temperaturas ambiente, los de infrarrojos tiene que ser enfriados a unos -183 C.

Las transmisiones a la tierra de imgenes se hacen en banda S. Una antena de banda S se coloca en la parte superior del satlite para la transmisin de las seales de telemetra y telecomando, as como maniobras de control.


Fig. 1.2 Meteosat

Despus de la recepcin en la tierra y el procesado de las imgenes, estos datos son retransmitidos va Meteosat y pueden ser recibidos por estaciones de usuarios especiales. Muchos pronosticadores del tiempo dependen totalmente de la recepcin en tiempo real de estas imgenes.

Otros canales de comunicacin a bordo de Meteosat son usados para la transmisin de datos meteorolgicos como por ejemplo mapas del tiempo (MDD). Las plataformas de recogida de datos (DCP) son usadas en zonas remotas o desiertas para recoger datos importantes del tiempo o medioambientales o bien datos oceanogrficos. Los datos son transmitidos va Meteosat de forma que el satlite recoge mensajes DCP de un mximo de 60 s de duracin en un total de 66 canales. Todas las imgenes difieren en algo de las imgenes reales o de referencia, pero esta diferencia se calcula para cada imagen usando un modelo de datos dinmicos del satlite y otros datos orbitales.

1.3.2 ENVISAT

La misin Envisat 1 utiliza la plataforma polar que transporta instrumentos para la observacin del ncleo terrestre.

Los instrumentos desarrollados son:

Espectrmetro de resolucin media de imgenes (MERIS) Interfermetro para seguimiento atmosfrico pasivo (MIPAS) Radar altmetro avanzado(RA-2) Radares de aperturas (ASAR) capaces de operar en ambas imgenes y modos de

onda.


Radimetro de microondas (MWR) Monitorizacin de ozono por ocultacin de estrellas (GOMOS) Lser retro reflector (LRR)

Se lanz el 28 de Marzo del 2002 a bordo de Ariane 5 y tendr una duracin operacional de 5 aos y medio aproximadamente. Sus datos orbitales son:

Altitud 800 Km Excentricidad 0.001 Inclinacin en orbita 98.5 heliocntrica Periodo orbital 100.59 minutos

Las caractersticas en cuanto a transmisin y grabacin de datos son:

2 enlaces Banda Ka va DRS hasta alcanzar los 100 Mbps 2 enlaces directos en Banda X a la tierra hasta alcanzar los 100 Mbps Enlace ascendente y descendente directo en Banda S de telemetra y

telecomando 4 grabadoras de cintas Grabacin a 4.6 Mbps y reproduccin a 50 Mbps Almacenamiento de 30 Gb en cada una de las 4 grabadoras

Fig 2.3 Envisat


Las tareas que deben implementarse por el segmento de operaciones de vuelos (FOS) incluyen:

Facilidades de control de ENVISAT 1 (incluyendo un modulo de servicio y otro de carga til)

Sistema de planificacin de la misin Simulador del satlite Facilidad de telemetra y telecomando y estacin de control Interfaces con el segmento terrestre de Artemis /DRS Interfaces con el centro de coordinacin de datos de carga til (PDCC)

1.3.3 LANDSAT

El Landsat7 es el satlite operacional ms reciente del programa Landsat, financiado por el gobierno de los Estados Unidos.

Fig. 1.4 Landsat

El ltimo satlite fue lanzado en abril de 1999 con un nuevo sensor denominado ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). Su operacin es administrada por la NASA y la produccin y comercializacin de imgenes depende de la USGS (United Sates Geological Survey).

Una imagen LANDSAT 7 ETM+ est compuesta por 8 bandas espectrales que pueden ser combinadas de distintas formas para obtener variadas composiciones de color u


opciones de procesamiento. Entre las principales mejoras tcnicas respecto de su antecesor, el satlite Landsat 5, se destaca la adicin de una banda espectral (Banda Pancromtica) con resolucin de 15 metros. Tambin cuenta con mejoras en las caractersticas geomtricas y radio mtricas y una mayor resolucin espacial de la banda trmica para 60 m. Estos avances tecnolgicos permite calificar al LANDSAT 7 como el satlite ms interesante para la generacin de imgenes con aplicaciones directas hasta una escala de 1:25,000, principalmente en reas rurales o territorios de grandes extensiones.

El Landsat7 puede adquirir imgenes en un rea que se extiende desde los 81 de latitud norte hasta los 81 de latitud sur y obviamente, en todas las longitudes del globo terrestre. El Landsat7 completa una rbita en aproximadamente 99 minutos, permitiendo al satlite dar 14 vueltas a la Tierra por da, y cubrir la totalidad del planeta en 16 das. La rbita es descendente, o sea de norte a sur, el satlite cruza la lnea del Ecuador entre las 10:00 y 10:15 (hora local) en cada pasaje. El Landsat7 est "helio sincronizado", o sea que siempre pasa a la misma hora por un determinado lugar.

Un factor importante es que el perodo de revolucin del LANDSAT 7 es igual a 16 das, y una imagen cubre 185 x 185 Km. por escena. La conservacin de estos parmetros tcnicos facilita que el proceso de captura de imgenes se pueda realizar con la misma malla de referencia (WRS2) lo que permite una perfecta integracin entre el procesamiento de las imgenes del LANDSAT 7 con datos histricos del LANDSAT 5 existentes desde 1984. Esto es especialmente til cuando es necesario utilizar los dos tipos de datos de un mismo lugar en forma simultnea por ejemplo para un estudio multitemporal.

Perfeccionamiento de la geometra de captura, lo que brinda una mayor precisin en imgenes corregidas slo a partir de datos de efemrides de satlite generadas por el GPS de abordo, muy prxima a la precisin obtenida con imgenes georeferenciadas con pontos de control cartogrficos.

Las bandas del espectro visible y del infrarrojo mantienen la resolucin espacial de 30 m del Landsat 5 (canales 1,2,3,4,5 y 7)

1.3.4 NOAA

El satlite NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) orbita la tierra cerca de los polos cada doce horas puede captar imgenes de las latitudes medias.


Actualmente existen dos satlites en ejercicio, que operan sincronizados con un desfase de 6 horas y en este lapso el satlite puede captar imgenes de la Tierra.

El satlite NOAA tiene una altura de rbita de aproximadamente 850 Km, cada rbita dura un perodo de 102 minutos haciendo 14 en cada da de 24 horas. Actualmente estn operando los satlites NOAA-9, NOAA-10, NOAA-11, NOAA-12, NOAA-13, NOAA-14 y NOAA-15.

Fig 1.5 NOAA

Los sensores son instrumentos que estn diseados para captar energa electromagntica emitida o reflejada por la Tierra. Es equivalente al ojo en los animales.

Al igual que el ojo, los sensores estn diseados para trabajar con cierta longitud de onda y tipo de energa, y de esto depende lo que puedan observar. El satlite NOAA lleva a bordo un sensor que es un radimetro avanzado de muy alta resolucin (AVHRR) que permite captar la temperatura que emiten la superficie de los objetos en la Tierra.

El sensor AVHRR del satlite NOAA provee de imgenes de 4 Km de resolucin (sistema APT) e imgenes alta resolucin de 1 Km (sistema HRPT). Km. En un sistema receptor HRPT se pueden adquirir simultneamente para un rea de inters los cinco canales de datos de rbita polar. Estos datos incluyen los canales visibles, infrarrojo cercano (reflejado), y tres canales del infrarrojo termal (emitido).


1.3.5 ERS

El ERS-1 fue lanzado a una rbita polar desde la estacin europea de Kourou, el 17 de julio de 1991. El ERS-1 es nico en muchos aspectos: es el primer satlite de teledeteccin de Europa equipado con cuatro instrumentos distintos y complementarios. Sus instrumentos de radar funcionan da y noche, sea cual sea la cobertura nubosa y las condiciones climticas. Adems, el ERS-1 abarca toda la Tierra de polo a polo: sus instrumentos suministran datos sobre los ocanos, que ocupan el 70% de la superficie del planeta, y sobre las zonas costeras donde vive ms de la mitad de la poblacin mundial. La cobertura del satlite abarca desde las superficies terrestres hasta los casquetes de hielo en los polos que junto con los ocanos desempean un papel fundamental en nuestro clima y en los cambios climticos.

El ERS orbita a una altitud de 780 Km, mide 12 x 12 x 25 m y pesa 2.400 Kg (ESA, 1992). Su carga til se compone bsicamente de dos sensores radar y un explorador de infrarrojo trmico. El equipo ms importante, sin duda, es el instrumento activo de micro-ondas (AMI, Active Microwave Instrument), que incluye un radar de imgenes y un dispersmetro de vientos. El primero puede utilizarse en modo imagen, trabajando en banda C (5,3 Ghz), polarizacin vertical semejante, con una resolucin espacial de 26 m en profundidad y entre 6 y 30 m en azimut, y un rea cubierta de 102 Km el ngulo medio de incidencia es de 23.

Fig 1.6 ERS


El ERS-1 lleva funcionando por encima del 300% de su vida tcnica prevista y todava sigue en perfecto estado, pero la ESA ya ha lanzado su sucesor, el ERS-2. El ERS-2 asegura la continuidad de la obtencin de datos por teledeteccin para satisfacer las necesidades de un gran nmero de comunidades de usuarios ERS. Al mismo tiempo, el funcionamiento en serie de ambos satlites, mientras el primero se mantenga en buen estado de funcionamiento, ofrece unas posibilidades adicionales a la ciencia y unas aplicaciones comerciales que un solo ERS no puede proporcionar. Prcticamente, el ERS-2 es una copia casi exacta del ERS-1, con tres diferencias importantes: en primer lugar, est equipado con un instrumento especialmente diseado para medir los niveles de la capa de ozono en todo el planeta; en segundo lugar, el radimetro de infrarrojos del ERS-2 tiene tres bandas suplementarias en la parte visible del espectro, adaptadas para el control de la vegetacin; por ltimo lleva una versin mejorada del instrumento PRARE que suministra medidas ms precisas de la rbita espacial del satlite, con lo cual se consigue datos ms precisos de los dems instrumentos a bordo.

1.3.6. TOPEX/POSEIDN

La NASA ide a principios de los ochenta un nuevo satlite llamado TOPEX (acrnimo de "Experimento Topogrfico sobre la Circulacin Ocenica"). Con un coste aproximado de unos 270 millones de dlares y un lanzamiento previsto para 1989, el TOPEX consistira bsicamente en un altmetro-radar descendiente del usado en el Seasat, capaz de definir la altura de los mares con una precisin de pocos centmetros. Los primeros estudios sobre el satlite y la carga til se realizaron a partir de abril de 1984, pero ante las dificultades de financiacin del nuevo proyecto, en 1985 se plante su fusin con una misin francesa de anlogos objetivos, la entonces llamada POSEIDON.

El CNES francs contemplaba la satelizacin de las dos cargas tiles en una misma plataforma, lo cual abaratara los costes de operacin y lanzamiento. Esta plataforma sera construida en los Estados Unidos.

Durante 1991, tanto los sensores como la plataforma quedaron listos para su integracin. La carga til principal estaba constituida por dos altmetros que deberan actuar por separado. El altmetro-radar americano utilizara un canal principal en banda Ku (13.6 Ghz) y otro secundario en banda C (5.3 GHz). Esta dualidad permitira corregir ciertos efectos de perturbacin ionosfrica. Para funcionar, el sistema usara una antena parablica de 1,5 metros de dimetro. Actuando como elemento auxiliar, se empleara un radimetro de microondas, el cual corregira la informacin altimtrica en


funcin de los efectos producidos por el vapor de agua de la troposfera. El paquete americano TOPEX, en su conjunto, pesara unos 206 Kg

En cuanto al altmetro francs, su funcionamiento se llevara a cabo a travs de la misma antena utilizada por el sistema americano, de modo que slo se empleara cuando ste estuviese inactivo. Por lo dems, el altmetro-radar POSEIDON consistira en un instrumento de estado slido muy avanzado, funcionado slo en la frecuencia de los 13.65 GHz. Su masa total sera muy inferior a la del TOPEX (unos 25 Kg), con un consumo energtico equivalente a un 21% respecto del americano y una precisin final muy semejante.

Externamente, el satlite completo TOPEX/Poseidon, de aspecto rectangular, mide unos 5.5 metros de largo, 11.5 metros de envergadura (con el panel solar desplegado) y 6.6 metros de altura. Pes unos 2,700 Kg en el momento del despegue (2,380 Kg en rbita).

La rbita final, inclinada 66.05 grados respecto al ecuador, qued situada entre los 1,331 y los 1,332 Km de altitud, es decir, prcticamente circular. La trayectoria de la nave sobrevolara as de forma peridica una instalacin de calibracin americana situada en una plataforma petrolfera cerca de California, y otra francesa emplazada en Lampione Rock, en el Mediterrneo.

Para que las medidas tuvieran validez, el satlite deba conocer en todo momento las caractersticas de su rbita. En este sentido, los dos altmetros utilizaran sistemas autnomos de determinacin orbital, basados respectivamente en reflectores lser y satlites TDRS/GPS, y efecto Doppler.

Estabilizado constantemente en sus tres ejes y siempre orientado hacia un punto determinado de la superficie terrestre, el TOPEX/Poseidon puede "sobrevolar" esa misma posicin cada diez das (127 revoluciones), lo que permite una repeticin peridica y sistemtica de las mediciones.

En general es posible la realizacin de mapas muy precisos del nivel del mar a escala mundial. La rugosidad de la superficie viene determinada por las propias corrientes marinas, la influencia de la gravedad, la presencia de simas o fondos irregulares, etc. Conociendo exactamente la altura de las olas, la direccin en la que circulan las corrientes, la temperatura superficial o el ndice de evaporacin, se puede aprender mucho sobre el clima e incluso predecirlo a largo plazo. Se consigui as el primer modelo tridimensional de la circulacin de los ocanos a escala global


Fig 1.7 TOPEX/Poseidon

1.3.7. CUADRO RESUMEN

A continuacin se resume brevemente las caractersticas ms importantes de los satlites antes mencionados:


SATLITE TIPO DE RBITA

PERIODICIDAD PRINCIPAL USO

METEOSAT Geostacionaria Orbital : 24 horas Satlite de

prediccin metereolgica

ENVISAT Polar Orbital: 100.59 minutos

Satlite de observacin

terrestre

LANDSAT Polar Orbital: 101 minutos Obtencin de

imgenes para la prediccin

meteorolgica NOAA Polar Orbital: 102 minutos Captacin de

imgenes terrestres ERS Polar Orbital: 100 minutos Satlite de

teledeteccin climtica

TOPEX/POSEIDON Polar Orbital: 112.42 minutos

Satlite de observacin

ocenica

1.4. HISTORIA DEL ALTMETRO

Ha habido una gran cantidad de satlites altimtricos en el pasado. El primer satlite altimtrico fue usado por el Apollo 14 para escanear la Luna (Kaula et al., 1974). El siguiente altmetro fue montado en el Skylab y se us para medidas terrestres (McGoogan et al., 1974). Las precisiones en el rango de las medidas son aproximadamente de unos 0.5 m que se requieren para la investigacin oceanogrfica (Stewart et al., 1986), pero el rango de precisin del altmetro del Skylab es aproximadamente de 1 m y de ah que no sea muy utilizado. El primer altmetro en un satlite sin tripulacin fue el GEOS-3 (Geodynamics Experimental Ocean Satellite 3) lanzado en Abril de 1975 (Stanley 1979). Tiene un rango de precisin de aproximadamente 0.5 m, pero debido a la falta de una grabacin de los datos, la cobertura est restringida a reas cercanas a las estaciones receptoras cercanas a EEUU.


El satelite Seasat fue lanzado en 1978 y su altmetro tiene un rango de precisin de aproximadamente 10 cm (Bernstein et al., 1979). Desafortunadamente su vida fue solo de 3 meses, pero produjo una de las principales bases de datos para la investigacin oceanogrfica (Lame and Borne, 1982). Para los dos primeros meses la trayectoria del Saesat se repeta cada 17 das. Para el ltimo mes de la misin la trayectoria se repeta cada 3 das. Fue el primer altmetro que suministro una informacin global de la variabilidad ocenica (Cheney et al., 1983; Fu, 1983).

La marina americana lanz en Marzo de 1986 el altmetro Geosat. Pero el Geosat no tuvo una rbita repititiva hasta Septiembre, 1986. El Geosat fue instalado en Septiembre de 1986 en una rbita con un patrn que se repeta cada 17 das. Trabaj hasta la primavera de 1989 y dio una gran oportunidad a la comunidad cientfica de estudiar la circulacin global (Douglas and Cheney, 1990). Su rango de precisin es de 5-8 cm y el error de la rbita de aproximadamente 2 cm. Estudios de la topografa de la superficie marina usando el Geosat produce alentadores resultados considerando los grandes errores implicados. Para mejorar estos errores dos nuevos satlites altimtricos fueron lanzados en los aos 90.

El satlite ERS-1 fue lanzado en Julio de 1991 con un nuevo sistema para precisar la determinacin de la rbita, PRARE. El PRARE es un sistema de microondas para cualquier tiempo designado para trabajar con precisin en la determinacin de la rbita y aplicaciones geodsicas. Este altmetro fue designado para obtener las orbitas con una precisin mejor que 10 cm. Desafortunadamente el PRARE fall, y como resultado de esto la precisin del ERS-1 fue de aproximadamente 50 cm. El ERS-1 estuvo en varias rbitas y suministr datos hasta Junio de 1996 cuando fue remplazado por el ERS-2.

El satlite TOPEX/Poseidon fue lanzado el 10 de agosto de 1992. La misin era llevada conjuntamente entre la NASA (National Aeronautics and Space Administration of the United States) y el CNES (Centre National dEtudes Spatials) para estudiar la circulacin global del ocano desde el espacio. Est suministrando una gran cantidad de informacin de la circulacin de los ocanos, la marea de los ocanos, la dinmica de las olas y de los patrones globales de los ciclos estacionales. Estas observaciones sirven para comprobar teoras sobre la circulacin ocenica y modelos informticos sobre la circulacin general del ocano. La asimilacin de los datos del TOPEX/Poseidon en modelos ha mostrado mejoras en la simulacin del flujo medio y de la distribucin de los eddies de energa cintica, as como de los campos de corrientes profundas (Blayo et al., 1994).

Los prerrequisitos para el altmetro TOPEX/Poseidon eran que tuviese una gran precisin en la medida de la altura superficial del mar (SSH), medidas de 13 cm y con una precisin relativa de 5 cm (TOPEX/Poseidon Science Investigation plan, 1991). Esto se ha logrado implementando varias mejoras:

(1) El satlite est posicionado en una rbita relativamente alta ~1300 km, para reducir el arrastre atmosfrico y permitirle una mayor precisin en la rbita.

(2) Los sistemas DORIS y GPS a bordo del satlite consiguen una mayor precisin en la rbita,

(3) El rango de medidas fue mejorado por las medidas de los efectos de la intervencin del vapor de agua atmosfrico e ionosfrico, los cuales reducen la velocidad de la seal del altmetro.


El altmetro TOPEX/Poseidon ha revolucionado el campo de la altimetra haciendo medidas de la altura de la superficie del mar

El 10 de Febrero de 1998 se lanz la misin Navys Geosat Follow-On (GFO) que es una de las ltimas series de satlites altimtricos las cuales incluyen el Seasat, Geosat, ERS serie, y el TOPEX/Poseidon. Tambin se ha lanzado el Jasn desarrollado por la NASA.

Captulo 2

TOPEX/Poseidon

CAPITULO 2: TOPEX/POSEIDON 23

2- TOPEX/POSEIDON 2.1- MISIN DEL TOPEX/Poseidon El satlite TOPEX/Poseidon fue lanzado el 10 de agosto de 1992, a unos 1336 Km. sobre la superficie terrestre aunque no empez a estar operativo hasta septiembre de ese mismo ao. Es un proyecto compartido de la NASA, agencia espacial americana, y el CNES, agencia espacial francesa, para desarrollar y operar con un avanzado sistema tal que se pueden obtener medidas del nivel del mar con una asombrosa precisin. Los datos del nivel del mar del TOPEX/Poseidon son usados principalmente para determinar la circulacin global del ocano e incrementar el conocimiento de la interaccin de los ocanos con la atmsfera (AVISO,1996).

Fig 2.1 TOPEX/Poseidon 2.2- CONCEPTOS BSICOS Existe una serie de conceptos que es preciso definir en la utilizacin de los datos de satlite como los del TOPEX/Poseidon


Fig 2.2 Conceptos bsicos del TOPEX/Poseidon

- Distancia o longitud: son trminos genricos sin un punto de referencia especial o significado

- Rango: es la distancia desde el centro de masas del satlite a la superficie

terrestre. Las medidas del satlite estn referidas al rango no a la altura

- Altitud: se refiere a la distancia del centro de masas del satlite sobre el punto de referencia. El punto de referencia suele ser el elipsoide de referencia o en su defecto el centro de la tierra

- Altimetra: se refiere a la distancia de la superficie del mar sobre el elipsoide de

referencia. La altura de la superficie del mar se calcula por el rango del altmetro y la altitud del satlite sobre el elipsoide de referencia

- Revolucin: es una vuelta a la tierra por el satlite

- Pasada del satlite: es media revolucin. El nmero de pasadas aumenta con el

tiempo. Pasadas con nmeros impares se corresponden con rbitas ascendentes, de mnima a mxima latitud. Pasadas con nmeros pares se corresponden con rbitas descendentes, de mxima a mnima latitud


- Elipsoide de referencia: tiene un radio en el ecuador de 6378.1363 Km. y una excentricidad de 1/298.257. Esto es especfico de la misin TOPEX/Poseidon

- Geoide: se denominar geoide a la superficie isogeopotencial obtenida del ajuste

del geopotencial desarrollado a orden 360 de datos gravimtricos obtenidos en diversos puntos del globo terrqueo. Este modelo que usa el desarrollo a orden 360 del geopotencial es el usado por la NASA para el clculo de la rbita del satlite y se denomina JGM3. Este geoide ser un refinamiento del elipsoide de referencia, que tiene unas ondulaciones de aproximadamente 50 m de amplitud

La toma de datos por el satlite se realiza siguiendo los siguientes pasos, el satlite enva una seal de microondas que se refleja en la superficie ocenica, midiendo el tiempo que tarda en hacer el camino de ida y vuelta se obtiene el denominado rango, la altura del satlite sobre la superficie del ocano. Adems a travs de los sistemas de posicionamiento se conocer la altitud del satlite respecto de un elipsoide de referencia, que se puede tomar como superficie geopotencial en primer orden de aproximacin Restando a la altitud del satlite el rango se obtendr la altimetra, altitud de la superficie del ocano respecto al elipsoide de referencia:

Altimetra = altitud rango 2.3- EL SATLITE El TOPEX/Poseidon es una adaptacin del existente Multimission Modular Spacecraft (MMS) por Fairchild Space. El satlite est equipado con seis sensores dos de ellos experimentales. 2.3.1- SENSORES OPERACIONALES

ALTMETRO NRA El NRA es el altmetro implementado por la NASA, opera a 13.6 GHz (en la banda del Ku) y 5.3 GHz (en la banda del C) simultneamente, es el sensor primario de la misin TOPEX/Poseidon. Las medidas hechas a las dos frecuencias se combinan para obtener el rango del satlite, la velocidad del viento, la altura de ola y la correccin de la ionosfera. ste instrumento es el primer altmetro que usa dos canales de medida para calcular la correccin debida a la difusin por electrones libres en al ionosfera.


RADIMETRO DE MICROONDAS (TMR) El TMR es de la NASA y obtiene la temperatura de brillo en el rango de microondas de la superficie del ocano en 3 frecuencias (18 GHz, 21 GHz y 37 GHz) que nos proporciona el contenido total de vapor de agua en la troposfera a lo largo del rango del altmetro. El canal de 21 GHz es el canal primario para la medicin de vapor de agua. Los canales de 18 GHz y 37 GHz son usados para obtener los efectos de la velocidad del viento y de la cubierta de nubes respecto con las medidas de vapor de agua. Los datos de TMR son compartidos con el CNES ya que es el nico sensor dedicado a esto en el satlite.

LASER RETRORREFLECTOR ARRAY (LRA) Este dispositivo es el sistema de posicionamiento del satlite que usa la NASA. Sirve tanto para un clculo preciso de la rbita como para la calibracin del NRA.

DUAL-FREQUENCY DOPPLER TACKING SYSTEM RECEIVER (DORIS) El sistema DORIS es el sistema de posicionamiento del CNES. Utiliza dos canales receptores (401.25 MHz y 2036.25 MHz) en el satlite para observar las seales Doppler de una red de estaciones transmisoras, esto sirve para obtener la correccin ionosfrica a los datos del SALT. 2.3.2- SENSORES EXPERIMENTALES

ALTMETRO SALT Es el altmetro experimental del CNES. Opera solamente en una frecuencia de 13.65 GHz, que se corresponde con la banda del Ku. Comparte la antena con el NRA, por lo que los dos altmetros no pueden usarse simultneamente. Las medidas proporcionan la misma informacin que el NRA. Sin embargo y desde que este sensor usa una nica frecuencia, se debe aplicar una correccin externa para la ionosfera.

GLOBAL POSITIONING SYSTEM DEMONSTRATION RECEIVER (GPSDR)

Este es un sistema de posicionamiento experimental de la NASA. El GPSDR opera a 1227.6 MHz y 1575.4 MHz. Este sistema permite determinar la rbita mediante tcnicas GPS diferencial.


2.3.3- LA RBITA El TOPEX/Poseidon es un satlite de rbita baja, 1300 Km de altitud aproximadamente. Esto se traduce en que es un satlite con un periodo de revolucin pequeo, menos de dos horas. Adems la relacin entre el periodo del satlite y el de la Tierra es tal que el satlite no vuelve a la referencia inicial respecto a la superficie terrestre hasta haber realizado 127 vueltas, lo cual permite una mayor resolucin espacial en detrimento de la resolucin temporal. La rbita tiene las siguientes caractersticas: Semieje mayor 7714.43 Km. Excentricidad 0.000095 Velocidad orbital 7.2 Km./s Inclinacin respecto al plano ecuatorial 66.04 Periodo de cada revolucin 6745.72 s Periodo de cada ciclo 9.9156 das Nmero de revoluciones de cada ciclo 127

Fig 2.3 Trazado de la rbita del TOPEX/Poseidon


2.4- CALIDAD DE LAS MEDIDAS Los errores en las medidas del satlite se pueden dividir en errores instrumentales y errores de entorno 2.4.1- ERRORES INSTRUMENTALES Los errores instrumentales tienen su origen en fallos tcnicos, malas calibraciones... Estos errores son corregidos en el momento en el que se detectan en los datos distribuidos por el CNES. 2.4.2- ERRORES DE ENTORNO Son errores que se deben a diversas circunstancias La atmsfera y la ionosfera ralentizan la velocidad de los pulsos, la cual es proporcional a la masa total de la atmsfera (influencia de la troposfera seca) y a la masa de vapor de agua (influencia de la troposfera hmeda). Los pulsos no se reflejan en el nivel medio del mar pero a niveles ms altos esto depende de la altura de ola.

- Influencia de la troposfera (seca y hmeda) La velocidad de propagacin del pulso se hace ms lenta debido a los gases y a la cantidad de vapor del agua de la troposfera terrestre.

1- La ralentizacin debido a los gases es predecible y produce errores de altura 2.3 m aproximadamente. Los gases en la troposfera contribuyen al ndice de refraccin de la atmsfera terrestre. Esta contribucin depende de la densidad y la temperatura. Cuando se asume equilibrio hidroesttico y la ley de los gases ideales, el rango vertical es solo funcin de la presin superficial. La correccin metereolgca del rango de la troposfera seca es igual a la presin superficial multiplicada por 2.27 mm/mb. sta no es la forma estricta de medir la presin superficial en el nadir desde el satlite, as que ser determinada por modelo numricos con salidas cada 6 horas. La incertidumbre en la correccin de la troposfera seca es de 0.7 cm en una escala de 1000-3000 Km.

2- La ralentizacin debido a la cantidad de vapor de agua es difcil de obtener ya que es ms variable y produce errores en la altura de entre 6 y 20 cm. La cantidad de vapor de agua a lo largo de la rbita contribuye al ndice de refraccin de la atmsfera terrestre. Su contribucin puede ser estimada por la


medida de la radiacin natural, que emerge del tope de la atmsfera a frecuencias localizadas alrededor de la lnea de vapor de agua a 22.2356 Hz. TMR mide las temperaturas brillantes en el camino del nadir a 18, 21 y 37 GHz, la seal de vapor de agua es sentida en el canal de 21 GHz, mientras que el de 18 GHz se usa para la extraccin de la emisin superficial (influencia de la velocidad del viento), y la de 37 GHz extrae otras contribuciones atmosfricas (influencia de la cubierta de nubes). Las medidas se combinan para obtener el error en la medida del rango del satlite debido al efecto del vapor de agua. La incertidumbre es sobre 1.2 cm para una escala de 100-200 Km.

- Influencia de la ionosfera A las frecuencias usadas por el TOPEX/Poseidon, la velocidad de propagacin de un pulso se hace ms lenta por una cantidad proporcional al nmero de electrones libres de la ionosfera terrestre e inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia del altmetro. Esto causa una ligera sobreestimacin del rango de la superficie marina de unos 0.20-20 cm en 13.6 GHz. La cantidad vara del da a la noche (siendo mayor por la noche), del verano al invierno (siendo mayor durante el verano), y en funcin del ciclo solar (mayor durante el mnimo solar). Debido a que este efecto es dispersivo, puede ser estimado por medidas a dos frecuencias en cualquier campo. Esto es calculado con las medidas del TOPEX y del Doris. La primera estimacin es solamente vlida para los datos del TOPEX, las siguientes para los datos del TOPEX/Poseidon. Se espera que la correccin ionosfrica para el TOPEX sea negativa, pero se permiten valores positivos hasta 40 mm para paliar los efectos de ruido de los instrumentos. La comparacin entre la correccin del Doris y la correccin de doble frecuencia del TOPEX lleva a una diferencia del orden de 1 cm. La sorprendente pequea diferencia es estable de un ciclo a otro y puede ser atribuido a la precisin de calibracin de la banda del C. Regionalmente hablando, dos reas son las que presentan mayores discrepancias. Debido a la carencia de datos del Doris, el oeste del Pacfico es la primera preocupacin, la situacin empieza gradualmente a mejorar con la instalacin de nuevas balizas en esta rea. El Atlntico ecuatorial es otra zona problemtica debido a la insuficiente modelacin del campo geomagntico, el cual empieza a mejorar desde el ciclo 41. Tpicas figuras de precisin son 0.5 cm sobre una escala de 150-200 Km. para la estimacin bifrecuencial del TOPEX.

- Influencias del oleaje (SSB) Debido a las grandes huellas de medida de radar, los elementos de scattering de la superficie marina no contribuyen al retorno del radar. As los valles de las olas tienden a reflejar los pulsos del atmetro mejor que las crestas.


El centroide de la superficie reflectante media es cambiado por el nivel medio del mar hacia los valles de las olas. Este cambio causa al altmetro una sobreestimacin de la altura del satlite sobre la superficie. El SSB (sea state bias) es la diferencia entre el nivel del mar aparente medido por el altmetro y el nivel medio del mar verdadero. La naturaleza del SSB ha sido investigada usando radares aerotransportados y lseres capaces de determinar, para varios estados de potencia, la seal de reflejo vertical como una funcin del desplazamiento del rea reflejada del nivel medio del mar. Este es dado como una funcin de la velocidad del viento, de la desviacin y kurtosis de la probabilidad de distribucin de la elevacin de la superficie del mar debido a las olas en superficie. El SSB est compuesto por dos componentes:

1- Electromagnetic Bias (EMB) El EMB es la diferencia entre la altura media de la faceta especular de la superficie del mar y el nivel medio del mar, es un efecto puramente fsico relacionado con propiedades electromagnticas de la superficie del mar. La seccin cruzada de la superficie del mar del radar por unidad de rea vara con el desplazamiento del valor medio del nivel del agua, el cual es pequeo frente a las crestas y grande frente a los valles de las olas (Yaplee et al, 1971), en otras palabras, los valles de las olas son mejores reflectores que las crestas. Como resultado la altura media de la rea especular de la superficie del mar est por debajo del valor medio del nivel del mar. El EMB es una funcin de la altura significativa de ola y otros parmetros relacionados con el estado del mar. Desde que el TOPEX y el Poseidon operan en la misma frecuencia tienen el mismo EMB

2- Instrumental Bias (INB) El INB es un error en la rbita de la altura media de las facetas especulares, depende del diseo del radar y de los algoritmos usados para las rbitas. Las rbitas de los altmetros tienden a suministrar una ligera sobrestimacin de la altura media de las reas especulares de la superficie del mar. Este efecto instrumental es generalmente proporcional a la altura significativa de ola. Formalmente, el efecto instrumental puede ser expresado como la suma de los llamados efectos de desviacin y el efecto de rbita, pero esa distincin no se usa aqu. El INB del TOPEX y el Poseidon pueden ser diferentes, causando diferentes SSB.

a) La mayor precisin estimada del SSB ha sido obtenida usando modelos empricos derivados de anlisis de datos altimtricos suyos. El modelo BM4 es usado para estimar SSB en el TOPEX/Poseidon, en la banda de Ku, [Gaspar et al., 1994, Chelton, 1994]. Este modelo es de la forma:

[ ] [ ] [ ])/( 42321 KuKuKu SWHaUaUaaSWHSSB +++=


donde SSB es el efecto del estado del mar (m), U es la intensidad del viento (m/s) y SWH es la altura significativa de la ola (m). Los parmetros han sido calculados por Gaspar et al., 1996.

b) Adems de la estimacin de SSB calculada por los datos del TOPEX/Poseidon, el proyecto TOPEX de la NASA eligi informar sobre la segunda estimacin de la banda de C y Ku del efecto del estado del mar calculado, usando una serie general de segundo orden, viendo la dependencia sobre varias posibles observaciones del altmetro. Este modelo es de la forma:

[ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ]225.02 )/((

KuKuKuKuKuKuKu

KuKuKuKuKuKuKu

UfSWHeSWHrUd

UcSWHbaSWHSSB

+++++=

[ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ] [ ]225.02 )/((

CCCCCCC

CCCCCCC

UfSWHeSWHrUd

UcSWHbaSWHSSB

+++++=

donde SSB es el efecto del estado del mar (m), SWH es la altura significante de ola (m), U es la velocidad del viento (m/s para la banda del C o del Ku) y r es una constante proporcional r=0.026. representa la altura significante de ola que la velocidad del viento es capaz de generar (Mognard et al., 1982)

2rU

- El efecto del barmetro inverso As como la presin atmosfrica crece y decrece, la superficie del mar tiende a responder hidroestticamente. La altura del ocano crece y decrece, esto es, un incremento de 1 mb en la presin atmosfrica baja la superficie del mar 1 cm. La correccin se calcula usando presiones atmosfricas de superficie (P_atm, mb) la cual est disponible indirectamente por la correccin de la troposfera seca obtenida en meteorologa.

( ) ( )( )( ){ }180/1012cos0026.01227.2/__ 6+= latitudcorrDryatmP La correccin del barmetro invertido es entonces ( )3.1013_948.9_ = atmPbarInv


- Modelos de mareas Las mareas son, claramente, una contribucin a la altura de la superficie del mar observada. Estas seales ocenicas deben ser borradas del nivel del mar observado por los altmetros como una correccin para ver otras seales ocenicas. Hay varias contribuciones para el efecto de marea: la marea elstica ocenica, la marea de tierra slida y la marea del polo. La marea elstica del ocano es la suma de la marea ocenica (en equilibrio y en no equilibrio) y la marea de carga.

1) La marea elstica del ocano Aunque predecibles, los modelos de las mareas continan mejorndose con los ordenadores y con ms datos. Estos modelos incluyen modelos semi-empricos y empricos. Hay una contribucin significante de la precisin de los modelos de las mareas ocenicas para estudiar reas relacionadas con el cambio global del clima. Mientras, el TOPEX/Poseidon crea un mapa de las mareas ocenicas profundas, la interpretacin de las mareas y sus consecuencias geofsicas todava se estn procesando, es ms, mareas cerca de regiones de costa y en cuencas continentales suponen un problema. La recomendacin del comit de mareas es la adopcin de dos modelos de marea: el CSR3.0 (disponible en ftp://ftp.csr.utexas.edu/pub/tide) y el FES95.2

2) Marea de la tierra slida La tierra slida responde a fuerzas externas gravitacionales similares a la de los ocanos. La tierra responde suficientemente rpido como para que se considere en equilibrio con la marea que genera las fuerzas, entonces, la superficie es paralela con la superficie equipotencial, y la marea de altura es proporcional al potencial. La proporcionalidad se denomina nmero Love. Se debe especificar que, aunque el nmero Love es independiente a larga frecuencia, existe una excepcin cerca de la frecuencia correspondiente a la marea K1 debido a la resonancia en el centro del lquido [Wahr, 1985, Cartwright et al.,1971, Cartwright et al., 1973].

3) Marea polar Los ejes de rotacin de la Tierra oscilan alrededor de su direccin nominal con periodos aparentes de 12 y 14 meses. Este resultado es una fuerza centrfuga adicional la cual desplaza la superficie. El efecto es indistinguible de las mareas y se llama marea polar. El periodo es lo suficientemente largo como para considerar en equilibrio tanto el ocano como la tierra slida. Si nosotros conocemos la localizacin del polo, sta informacin es complementada con la efemrides de la rbita, la marea del polo se puede calcular fcilmente con la siguiente expresin (Wahr, 1985):


( )

))sin()___()cos()___((2sin__

longitudavgpoleypoleylongitudavgpolexpolexlatitudAmpheighttidepole

+=

435.69)21arcsin(611 =+= kEAmp

Donde K2(0.302) es el segundo grado del nmero Love, x_pole_avg= 0.042 y y_pole_avg=0.293.

Captulo 3:

Asimilacin de datos

CAPITULO 3: ASIMILACIN DE DATOS 35

3 ASIMILACIN DE DATOS La asimilacin de datos constituye un importante factor para el estudio de datos de satlite. En particular, los datos de satlite TOPEX/Poseidon no se agrupan formando una malla regular y su posicin exacta vara ligeramente entre las diferentes pasadas. Por el contrario, los datos de presin provenientes de un sistema de reanlisis estn dados en una malla regular y en un instante de tiempo determinado. Para comparar ambos tipos de datos es necesario tanto agrupar los datos del satlite TOPEX/Poseidon en una malla regular como interpolar los datos de presin para obtener su valor en ciertos puntos elegidos tal como se comentar en las siguientes secciones 3.1- DATOS DE PRESIN Los datos del proyecto de reanlisis de 40 aos del NCEP/NCAR CDAS son producidos a partir de un sistema de asimilacin de datos globales fijados a una malla y un modelo global espectral. Los datos de reanlisis representan un gran nmero de variables climatolgicas obtenidas por el CRU (Climatologic Research Unit) del NOAA-CIRES centro de diagnstico climtico. Los datos de entrada, el esquema de asimilacin y el modelo estn descritos en Kalnay et al. (1996). Las variables de salida estn clasificadas en 4 categoras, de la A a la D. Los datos de la clase A estn basados en datos de observacin mientras que los datos de la clase B estn basados en datos de observacin pero con influencia de las caractersticas del modelo (Kalnay et al., 1996). Los datos de la clase C estn basados slo en el modelo mientras que los de la clase D representan los cuales son independientes del modelo. Se utilizarn los datos de presin a nivel del mar (SLP) que se corresponden con datos de la clase A. Estos datos se pueden encontrar en: www.cru.uea.ac.uk/cru/data/ncep/window1/daily/surface/slp Los datos de presin utilizados tienen una periodicidad de un da. Los ficheros de datos de presin se presentan comprimidos y con la siguiente estructura: cada lnea del fichero representa un paso de latitud y cada columna un paso de longitud, la primera lnea representa la latitud ms al norte. Como los ficheros son de un ao, los das estn escritos de forma correlativa, es decir, cuando se ponen los datos de todo un da a continuacin empieza el del da siguiente. Para poder diferenciar los datos de uno u otro da sabemos que la ventana de extraccin de los datos es 80-30 N y 60 W-70 E con un paso de 2.5 en 2.5. Se han querido utilizar estos datos para buscar una relacin entre ellos y los datos de altimetra, para ello los ficheros de datos del CRU no sirven con esa estructura por lo que se ha creado un programa FORTRAN que crea un archivo longitud, latitud y presin. Se sabe que no se tienen datos de altimetra en todos los puntos todos los das por lo que interesar, tambin, que ste programa FORTRAN hiciese una media a los das deseados de la presin en la regin de estudio y empezando en la fecha de inters.


3.2- DATOS DE ALTIMETRIA La toma de datos por satlite se realiza siguiendo el siguiente protocolo, enva una seal de microondas que refleja en la superficie ocenica, midiendo el tiempo que tarda en recorrer el camino de ida y vuelta obtiene el denominado rango, la altura del satlite sobre la superficie del ocano. Adems a travs de los sistemas de posicionamiento se conocer la altitud del satlite con respecto al elipsoide de referencia, que se puede tomar como superficie geopotencial en primer orden de aproximacin, como ya se ha comentado en el captulo anterior. Restando a la altitud del satlite el rango se obtendr la altimetra, altitud de la superficie del ocano respecto al elipsoide de referencia.

Altimetra = altitud rango Restando a la altimetra la altura del geoide se obtendr la altura geopotencial de la superficie ocenica, que es el motor de las velocidades geostrficas

Altura geopotencial = altimetra geoide

3.2.1- LECTURA DE DATOS Los datos distribuidos por el CNES estn organizados en CDs que contienen los datos obtenidos en tres ciclos del satlite, para cada ciclo hay un directorio que contiene 254 archivos correspondientes a cada pasada del ciclo. Estos archivos contienen N arrays de 288 bytes, donde N es el nmero de medidas vlidas hechas en la pasada correspondiente a las magnitudes necesarias para el estudio oceanogrfico. Entre estas magnitudes se encuentra el tiempo en el que se toma la medida, longitud y latitud de la medida y errores del entorno de medida. Adems hay unos campos de control que indican si la medida es correcta, es decir que no se ha tomado sobre tierra ni hielo, no llova intensamente, etc.. Tambin se incluyen datos geofsicos como la altura del geoide en el punto de la medida o el nivel medio de la superficie ocenica en ese punto determinado por medidas anteriores del TOPEX/Poseidon y otros satlites de observacin oceanogrfica. Para la decodificacin de estos 288 bytes el CNES distribuye junto al CD una subrutina FORTRAN que ejecuta esta operacin. El usuario introducir esta subrutina en un programa FORTRAN que lea los archivos y calcule la altimetra. En el trabajo realizado se ha implementado un programa que calcula la altimetra y organiza los datos en un archivo para cada ciclo que contiene 11 columnas correspondientes a la longitud, latitud, altimetra corregida de cada medida, la altura del geoide, tiempo, correccin de la inversin baromtrica, la altura significante de ola, la velocidad del viento, la profundidad ocenica, la altura media del ocano en superficie y la correccin de la troposfera seca al tiempo de medir. Estos archivos se graban en formato binario. Se dispone de otro programa FORTRAN que crea un archivo en formato ASCII con siete columnas correspondientes a las magnitudes de estudio, reducido a los ciclos y regin que se quiera estudiar. El proceso queda expuesto en el siguiente diagrama.


Archivo con la fecha de inicio y final de cada uno de los ciclos

Archivo ASCII correspondiente a los ciclos con 7 columnas (longitud, latitud, altimetra, tiempo, altura dinmica, profundidad del ocano, altura media en superficie)

Programa FORTRAN

Entrada manual de los ciclos y regin de estudio

3 archivos binarios con 11 columnas

Programa FORTRAN

Entrada manual de la numeracin del CD

CD proporcionado por AVISO


3.2.2- REALIZACIN DE LA MALLA Se deben tener en cuenta que los puntos obtenidos debido a la rbita del satlite tienen una distribucin no homognea por lo que nos vemos obligados a realizar una interpolacin de los puntos ( 0 ) a una malla de 1.25 de paso. En nuestro caso la malla estar comprendida entre 0-25 W y 35-50 N

1- Primeramente se ha realizado la interpolacin mediante el mtodo de mnima curvatura, para lo que se ha utilizado el programa SURFER. El mtodo de mnima curvatura consiste en calcular una superficie que pase por todos los puntos a interpolar y que tenga la mnima curvatura. . Se han analizado varias de las imgenes obtenidas y se ha observado una conexin entre datos a travs de tierra, es decir, el satlite no mide datos en zona de tierra y una vez que se hace la interpolacin aparecen datos en estos puntos lo que hace que exista una conexin entre datos cercanos a tierra. Un claro ejemplo se puede observar en la siguiente figura:

Fig 3.1 ebrero 2001. La escala de colores representa la altura dinmica y las flechas las

2- Como lo que se ha obtenido no es demasiado fiable se ha buscado otro mtodo

Fvelocidades geostrficas

para poder obtener una malla completa el mtodo utilizado es el vecino ms prximo pero haciendo una media ponderada. El mtodo consiste en crear una malla completa con el paso que se elija, para esto se toma cada punto de la malla


como el centro de una circunferencia de radio Rj, que tambin se elige. sta circunferencia encierra una serie de puntos, que son los que se tenan de la malla no homognea, a una distancia rij del punto centro. Una vez conocida esta distancia al centro se realiza la interpolacin de la siguiente manera:

j

ijij R

rd = 3 (3.1)

(3.2)

+=

caso otroen 0

si)1( 12 jiji

RrdW

=

=

= Ni

ij

N

iij

mi

j

W

W

1

1 (3.3)

es la variable calculada al punto de malla , que en nuestro caso Donde j jG

resulta ser la altura dinmica y r es la distancia entre el punto G y el punto de medida M . R es el radio del circulo centrado en G , dentro del cual se

m

ij

, que estn sopesadas con

j

i j j

miden los valores, i 0ijW y N es el nmero de

s se obtiene el valor medio de la desviacin con respecto del nivel medio de la

puntos medidos en un ciclo Asuperficie libre. Se ha de tener en cuenta que se han eliminado aquellos puntos cuya profundidad es menor que 500 m, para evitar la influencia de las zonas de costa. Se han analizado en este caso imgenes obtenidas y se ha observado que la conexin a travs de tierra ha desaparecido, obsrvese el mismo ejemplo de antes:


Fig 3.2: Febrero 2001. La escala de colores representa la altura dinmica ( )0 , mientras que los vectores representan las velocidades geostrficas

3.2.3- CLCULO DE VELOCIDADES GEOSTRFICAS Considerando la superficie del ocano isotrmica e isopicna la hidrodinmica ocenica se describe a travs de la siguiente ecuacin de balance para el momento lineal:

+=

+ rrrrr Fuut

(3.4)

siendo: la velocidad del fluido ur

la densidad del fluido r las fuerzas volumtricas externas F

tensor de esfuerzos Suponiendo el fluido newtoniano, se tendr para el tensor de esfuerzos la siguiente estructura:

( sv uuP rrrr +

+= 223 ) (3.5)


siendo: P la presin hidroesttica

el tensor identidad v, las viscosidades Haciendo las siguientes aproximaciones:

- Incompresibilidad 0= urr- 0 = constante

Se obtendr de la ecuacin de balance (3.4) la ecuacin de Navier-Stockes

uPFuut

rrrrrr +=

+ (3.6)

siendo 0 = la viscosidad cinemtica

Ahora se supondr que las fuerzas externas ejercidas sobre el sistema sern la fuerza gravitatoria y la fuerza de Coriolis.

ukgF rrrr = 2 (3.7)

teniendo:

w

k

v

j

u

iu sincoscossincos =

rrrrr (3.8)

Haciendo las siguientes aproximaciones:

- w = 0 los movimientos se producen en planos paralelos.

- Situacin estacionaria 0=

tur

- El trmino no lineal es despreciable ( ) 0= uu rrr r- La viscosidad es insignificante 1u

Se obtiene la siguiente ecuacin:

zgPugrrrr +=

12 (3.9)

Donde u es la velocidad geostrfica. g

r


Siendo w = 0 se tendr: ( ) ( ) ( )kuvjuivu rrrrr sincossincossinsin +++= (3.10)

La fuerza de Coriolis en la direccin vertical ser despreciable respecto de la fuerza gravitatoria con lo cual se tendr: ( )jviuu rrrr += sin (3.11) y la ecuacin (3.9) la se puede expandir en tres ecuaciones escalares

zPg

yPfu

xPfv

===

1

1

1

(3.12)

donde f es la constante de Coriolis funcin de la latitud

sin2=f (3.13) Ahora si se supone que la densidad es constante se podr integrar la ltima de las tres ecuaciones para obtener la ecuacin de presin: ( ) 0)( PzgzP += (3.14) siendo: la altura geopotencial de la superficie libre del ocano.

P0 la presin de sta superficie, que ser constante e igual a la presin atmosfrica.

Tras esto se obtendrn las siguientes ecuaciones para la velocidad geostrfica (Apel, 1987)

yfgu = (3.15)

xfgv = (3.16)

A la hora de aplicar estas ecuaciones a los datos nos encontramos con el problema de precisin de los datos. Pese al grado de precisin cuando se procede a calcular la velocidad geostrfica se necesitar usar la altura dinmica.


Debido a esto, en lugar de calcular las velocidades geostrficas absolutas se calcular las relativas, utilizando en vez de la altura dinmica de la superficie libre su desviacin respecto del nivel medio del mar (Wunsch & Stammer, 1998). ( )

yfgur

= 0 (3.17) ( )

xfgv or

= (3.18)

3.2.4- RELACIN PUNTO A PUNTO ENTRE LA PRESIN Y LA ALTIMETRIA.

Se sabe que entre la presin y la altura en la superficie del mar existe una relacin, lo que se ha hecho ha sido ver cuan buena es esa relacin con los datos que nosotros tenemos, es decir con los datos de altimetra de los CDs de AVISO y los datos de presiones, tanto obtenidos por reanlisis (www.cru.uea.ac.uk) como los derivados de los datos de altimetra de AVISO (1996).

Para poder ver la relacin entre P, datos de reanlisis, y H se ha realizado una interpolacin para los datos de P, es decir, como los datos de P y H no coinciden en longitud-latitud se ha hecho una interpolacin para que para cada dato de H exista tambin un dato de P.

Esta interpolacin se ha hecho tal que el da de medida de la P coincida con el da de medida de la H ya que, los datos de H estn medidos a lo largo de 10 das y los datos de presin se tienen cada da entonces si no se hiciese esto se debera hacer una media de las presiones a 10 das lo que conlleva ms error.

La manera de realizar la interpolacin bilineal es la siguiente (Press et al.):

P3

u

P4

t

P1

P2


Dada la malla de presiones, cuyo paso es de 2.5. Se asume que en un cuadro de la malla existe un punto de H, lo que se quiere hacer es obtener un valor de P en este punto de H. Siendo:

),(1 kjPP = (3.19) ),1(2 kjPP += (3.20)

)1,1(3 ++= kjPP (3.21) )1,(4 += kjPP (3.22)

)()1()(

jxjxjxxt

aa

a

+= (3.23)

)()1()(

kykykyyu

aa

a

+= (3.24)

donde t y u son las distancias en los ejes x e y respectivamente. La presin en el punto donde existe una medida de H ser:

4321 )1()1()1)(1(),( uPttuPPutPutyxP +++= (3.25)

Una vez realizado esto se obtiene un archivo con longitudes, latitudes, altimetra y presin, con el cual se puede realizar una regresin lineal entre la presin y la altimetra. La relacin que se ha obtenido es la siguiente: ( )1.1013842.9 = Ph Si se realiza la regresin lineal entre P, derivados de los datos de altimetra de AVISO, y H la relacin que se obtiene resultar ser:

)3.1013(948.9 = Ph Si se recuerda la expresin del efecto del barmetro invertido (ver seccin 2) podemos observar que son similares. Como la inercia del mar es superior a la de la atmsfera, se ha buscado una relacin entre la presin de un determinado da y la H en das posteriores, se ha observado la regresin empeora a medida que se considera un mayor retraso entre la medida de P y la de H. De esta forma, en el presente trabajo se consideran ambas variables medidas simultneamente. Se ver a continuacin una relacin entre el coeficiente de correlacin y el coeficiente de correlacin con un cierto retraso:


)(diasTretraso 22

2

RRR retrasorelativa =

1 0.730038 2 0.180795 3 0.134013

En la figura podemos observar esta correlacin, podemos observar que es mxima cuando el desfase es cero entre la variables y decrece rpidamente cuando se incrementa el desfase. Esto muestra que la presin vara suficientemente lenta como para que el ocano tenga tiempo suficiente para ajustarse a estos cambios y as poder considerar que estamos en un sistema cuasi-estacionario

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

-4 -2 0 2 4

Tdelay (days)

Reg

ress

ion

coef

ficie

nt (R

)

Fig 3.3 Relacin entre la presin y la altura media del mar. La correlacin es mxima a

un tiempo de desfase cero entre ambas variables y decrece bruscamente cuando se incrementa el desfase

Capitulo 4:

Aplicacin a la Pennsula Ibrica

CAPITULO 4: APLICACIN A LA PENINSULA IBRICA 47

4 APLICACIN A LA PENINSULA IBRICA Se conoce como poder calcular velocidades geostrficas y as circulacin ocenica, por lo que ahora se aplicar a un rea en concreto obteniendo as los patrones de circulacin. Se conocer su variacin estacional y se comparar con los patrones ya conocidos 4.1 DESCRIPCIN DEL REA El TOPEX/Poseidon crea una base de datos que nos permite la extraccin de SSHs o de anomalas del nivel del mar (SSAs) para cualquier rea y para cualquier ciclo en una malla regular. El rea que se va a estudiar es la costa Atlntica de la Pennsula Ibrica que abarca desde los 0 W a los 25 W y desde los 35 N a los 50 N. Excepto el lmite oeste de nuestra rea, los lmites coinciden con los lmites de la Regin IV definida por OSPAR Comisin. Los lmites este y sur de la regin dependen de la topografa continental y el norte corresponde con el lmite entre la plataforma Armnica y el mar Cltico. El lmite oeste es un lmite geogrfico arbitrario, el cual se le situa lo suficientemente lejos de la costa, as los datos del TOPEX/Poseidon se pueden ver afectados por las aguas poco profundas (Callaghan, 1993; Rapp et al., 1994). Eastern North Atlantic Central Water (ENACW) ocupa las capas altas del agua del rea seleccionada. Esta agua est formada en dos reas importantes: Una rama subpolar que se genera por la parte sur de la corriente del Atlntico Norte y se extiende del sur al suroeste del rea de estudio (Pollard et al, 1996; Pollard et al, 1985). La rama subtropical se forma en la parte norte de la corriente de la Azores y se mueve hacia el noroeste a travs de la costa Ibrica (Pingree, 1997). Las dos ramas convergen en la parte noroeste de la pennsula (Fraga et al, 1982, Rios et al, 1992). La hidrodinmica del rea est dominada por los siguientes hechos:

i) Una dbil circulacin en sentido horario en la parte ocenica del golfo de Vizcaya

ii) Corriente hacia el polo debido al ajuste geostrfico del gradiente de densidad de la seccin de cruce cuando el flujo a gran escala hacia el este se encuentra con los lmites continentales (Fiuza et al., 1998, Frouin et al., 1990)

iii) A un afloramiento en la costa sobre todo en la costa oeste de la Peninsula Ibrica (McClain et al, 1986)

iv) Un flujo norte del agua Mediterrnea v) Una circulacin gobernada por los efectos combinados de las mareas ( la

cual es particularmente importante sobre la plataforma Armonica y en el sur del mar cltico), flotabilidad ( las corrientes en costas estn inducidas por los ros ms importantes) y el viento

vi) Un transporte a lo largo de los ejes de los caones submarinos debido a las mareas amplificadas y a las interacciones no lineales entre olas y corrientes


Fig 4.1 Batimetra, topografa y geologa de la regin IV

En particular el golfo de Vizcaya est caracterizado por una circulacin dbil y en sentido horario (1-2 cm s-1) (Koutsikopoulos et al, 1995) as como los eddies deforman por las corrientes (Pingree et al, 1992). Esta corriente puede ser vista como un fenmeno continuo que se extiende desde el oeste del SLOPE Ibrico hasta los 40 N en el Armorican SLOPE (Pingree et al, 1992). Se ha observado una fuerte variabilidad temporal y espacial fuera de la plataforma cltica. Estos cambios estacionales (Pingree et al, 1989; Pingree et al, 1990) pueden ser debidos a los vientos, an as esta corriente no es conducida por el viento. La densidad de gradiente meridional observado sobre los 200 m en el Atlntico Noroeste (Pollard et al, 1985) es equilibrada por un flujo del este de agua con menor densidad. Esto genera una diferencia de altura entre la profundidad del mar y el agua de plataforma, la cual incrementa la formacin de un flujo geostrfico equilibrado


Fig 4.2 Circulacin tpica en el golfo de Vizcaya 4.2 VARIABILIDAD DE LA SUPERFICIE MARINA La figura 4.2(a) muestra la altura media del mar de un rea que cubre la mayora del Atlntico desde el Ecuador ( desde 0 hasta 80 O y desde 0 hasta 60 N). Este rea es mucho mayor que la descrita anteriormente que rodea la Peninsula Ibrica y nos muestra un patrn estacional bien definido de la altura con un mximo en otoo y un mnimo en primavera. La figura 4.2(b) nos muestra el promedio en la regin de estudio (desde 0 hasta los 25 O y desde los 35 N hasta 50 N). El valor mximo y mnimo antes observados se conservan pero afectados por ruido. La seal filtrada (lnea slida) muestra la periodicidad anual observada previamente en la figura 4.2(a).


-150

-75

0

75

150

01/1

2/19

92

01/1

2/19

93

01/1

2/19

94

01/1

2/19

95

01/1

2/19

96

01/1

2/19

97

01/1

2/19

98

01/1

2/19

99

01/1

2/20

00

01/1

2/20

01

Mea

n Se

a H

eigh

t (m

m)

(a)

-300

-150

0

150

300

01/1

2/19

92

01/1

2/19

93

01/1

2/19

94

01/1

2/19

95

01/1

2/19

96

01/1

2/19

97

01/1

2/19

98

01/1

2/19

99

01/1

2/20

00

01/1

2/20

01

Mea

n Se

a H

eigh

t (m

m)

(b)

Fig 4.3 Evolucin de la altura media del mar desde Diciembre de 1992 hasta Diciembre de 2001. a) Comprende un rea de 0 W hasta 80 W y desde 0 N hasta 60 N b) El rea

comprendida es desde 0 W hasta 25 W y desde 35N hasta 50 N. La lnea slida se corresponde con la seal filtrada.

Debido a las perturbaciones por ruido en la seal media del nivel del mar responde a la presin atmosfrica en el efecto del barmetro invertido y se lleva al ciclo anual del tiempo, lo cual ya se ha analizado anteriormente en el capitulo 3. 4.3 CIRCULACIN MENSUAL SOBRE LA COSTA ATLNTICA Para estudiar la variacin estacional de las corrientes geostrficas en el rea se considera el siguiente procedimiento:

i) La altura dinmica relativa, , correspondiente a cada ciclo (9,9156 das) se calcula en una malla regular.

ii) Las alturas correspondientes a los ciclos que pertenezcan al mismo mes, primero se promedian y se filtran y despus se promedian durante 9 aos (1992-2001)


iii) Se calculan las corrientes geostrficas. Las figuras siguientes nos muestran las medias mensuales de las corrientes geostrficas. La escala representa la altura dinmica relativa y las flechas la direccin y la magnitud de la velocidad geostrfica. Se ha utilizado en cada mapa la misma escala ( de 0.25 m a 0.15 m) y la misma escala de velocidad (la flecha en la esquina inferior izquierda representa 0.05 ms-1) Primero nos referiremos a algunos hechos observados a lo largo del ao con una cierta variacin estacional.

i) Hay varios giros en sentido horario entre 10 W y 25 W y el norte de 47 N. Se observa que las velocidades son bastante importantes en invierno (Diciembre-Febrero).

ii) Hay una regin con giros antihorarios entre Lisboa y las Islas Azores. La extensin y la posicin del giro varia a lo del ao.

iii) En general, las velocidades geostrficas son menores que 0.05 ms-1. Valores altos, algunas veces observados cerca de la costa, son deshechados de los datos del T/P ya que pueden estar afectados por errores de aguas superficiales (Callaghan, 1993; Rapp & Smith, 1994).

Por otro lado las variaciones estacionales, y a veces, mensuales se pueden resumir en lo siguiente(Nieto et al.,2002) Invierno (Diciembre-Febrero)(Fig 4.4, Fig 4.5, Fig 4.15): La circulacin a lo largo de la costa oeste de la pennsula Ibrica es hacia el norte y hay una circulacin antihoraria en el golfo de Vizcaya. Adems se observa que las lneas estn bastante juntas en la regin profunda que rodea la costa oeste de Francia. Primavera (Marzo-Mayo)(Fig 4.6, Fig 4.7, Fig 4.8): Se puede observar una circulacin hacia el norte a lo largo de la costa oeste de la pennsula Ibrica. Se observa un giro antihorario en el plano abisal de Vizcaya. Como se ha mencionado antes las lneas de altura se encuentran prximas en la regin profunda que rodea la costa oeste de Francia, incrementando las corrientes del noroeste. Verano (Junio-Agosto)(Fig 4.9, Fig 4.10, Fig 4.11): La circulacin a lo largo de la costa Oeste de la pennsula Ibrica empieza a cambiar. De hecho, durante Junio y Julio la corriente hacia el norte es insignificante en la esquina noroeste de la pennsula. En Agosto las corrientes son totalmente contrarias y al circulacin hacia el sur se extiende desde la esquina oeste de la pennsula hasta los 35 N. La circulacin hacia el norte en el golfo de Vizcaya, antes mencionada, todava se puede observar, pero su intensidad ha decrecido desde Junio a Agosto. Otoo (Septiembre-Noviembre)(Fig 4.12, Fig 4.13, Fig 1.14): Septiembre muestra una continuidad con los meses de verano. La mayora de los hechos observados en verano, la corriente hacia el sur a lo largo de la costa oeste de la pennsula y la circulacin hacia el norte en el golfo de Vizcaya todava se puede observar. Esta circulacin hacia el norte en el golfo de Vizcaya se puede considerar que decrece debido a la presencia de un giro horario. En Octubre la corriente a lo largo de la costa oeste de la pennsula todava es hacia el norte aunque su intensidad es mucho menor. El giro horario del golfo de


Vizcaya se ha vuelto a desarrollar totalmente. En caso contrario, estos fenmenos desaparecen. En Noviembre se forma un giro antihorario sobre los 10 W en al parte superior de la costa oeste de la pennsula, incrementando la corriente cerrada hacia el norte de la costa oeste de la pennsula. La circulacin hacia el norte del golfo de Vizcaya, que antes se haba observado en invierno y primavera se vuelve a observar.

Fig 4.4 Circulacin mensual de Enero desde 1992 hasta 2001


Fig 4.5 Circulacin mensual de Febrero desde 1992 hasta 2001

Fig 4.6 Circulacin mensual de Marzo desde 1992 hasta 2001


Fig 4.7 Circulacin mensual de Abril desde 1992 hasta 2001

Fig 4.8 Circulacin mensual de Mayo desde 1992 hasta 2001


Fig 4.9 Circulacin mensual de Junio desde 1992 hasta 2001

Fig 4.10 Circulacin mensual de Julio desde 1992 hasta 2001


Fig 4.11 Circulacin mensual de Agosto desde 1992 hasta 2001

Fig 4.12 Circulacin mensual de Septiembre desde 1992 hasta 2001


Fig 4.13 Circulacin mensual de Octubre desde 1992 hasta 2001

Fig 4.14 Circulacin mensual de Noviembre desde 1992 hasta 2001


Fig 4.15 Circulacin mensual de Diciembre desde 1992 hasta 2001

Captulo 5:

Conclusiones

CAPITULO 5: CONCLUSIONES 61

5 CONCLUSIONES Se ha analizado la evolucin estacional de las corrientes geostrficas mediante datos de altimetra del TOPEX/Poseidon. Los datos, inicialmente a lo largo de la trayectoria del satlite, son interpolados y suavizados localizndolos en una malla regular (1.251.2510 das) La evolucin de la altura media del mar fue estudiada en una relativa rea pequea (desde 0 O hasta 25 O y desde 35 N hasta 50 N) alrededor de la costa atlntica de la Pennsula Ibrica desde Diciembre de 1992 hasta Enero de 2001. Esta evolucin, la cual muestra un ciclo anual bien definido cuando consideramos reas grandes, se observo que sigue un ciclo anual pero con una seal de ruido. Adems, la correlacin entre la presin atmosfrica y la altura del mar muestra un coeficiente de correlacin cercano al 0.8. Este coeficiente decrece rpidamente cuando se considera un desfase entre las seales diferente de cero. La magnitud de las corrientes geostrficas en el rea seleccionada es de aproximadamente 0.05 m s-1. Se observa una regin con un giro horario permanente en la parte norte del rea y otra regin con giros antihorarios entre las Islas Azores y Lisboa. Adems, se observa una circulacin cuasi-permanente hacia el norte en la plataforma francesa desde Bayona hasta Brest. As tambin se observa una circulacin hacia el norte a lo largo de la costa oeste de la Pennsula Ibrica desde Noviembre hasta Junio. Esta circulacin se cambia hacia el sur desde Julio hasta Octubre. Finalmente, dependiendo de la estacin se observa un giro horario o antihorario en la parte ocenica del golfo de Vizcaya. Otras estructuras como eddies observados en el golfo de Vizcaya se pueden detectar considerando mes a mes (ciclo a ciclo) la evolucin de la altimetra, que se ha promediado en este trabajo. An as, la validez del mtodo es limitada cuando la extensin de las estructuras es comparable con la resolucin del satlite o cuando las estructuras estn cercanas a lmites slidos en aguas poco profundas.

Captulo 6:

Bibliografa

CAPITULO 6: BIBLIOGRAFIA 63

6: BIBLIOGRAFA Apel J.R. Principles of Ocean Physics, Academic. San Diego, California. 1987. Archiving, Validation, and Interpretation of Satellite Data in Oceanography, AVISO CD-ROM user manual for high level altimetric products, Publ. AVI-NT-02-101-CN, 3rd ed., Cent. Natl. dEtudes Spatiales, Tolouse, France, 1996. Bernstein R.L. Born G.H. Whritner R.H., SEASAT altimeter determination of ocean current variability, , J. of Geophysical Research, 87, 3261-3268, 1982. Blayo E., Verron J., Molines J.M., Assimilation of TOPEX/Poseidon altimeter data into a circulation model of the north Atlantic , J. of Geophysical Research, 90, 24691-24705, 1994. Busalacchi A.J., McPhaden M.J., Picaut J., Variability in equatorial Pacific sea surface Topography during the verification phase of the TOPEX/POSEIDON mission, J. of Geophysical Research 99, 725-738, 1994. Callaghan P. GDR Users Handbook. Rep JPL D- 8944, rev. A Jet Propulls. Lab, Pasadena, Calif, 1993. Cartwright D.E., Tayler R.J., New computations of the tide-generating potential

ana tesina

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