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60 Número Especial - Junio 2006

INTRODUCCIÓN

El proyecto SEXCODE-H financiado por elMinisterio de Educación y Ciencia en la convocato-ria ‘Acción Especial contra Vertidos Marinos de2003’ tiene como objetivo genérico desarrollar ymantener una estrategia de monitorización y de res-puesta en tiempo real frente a derrames de hidro-carburos en el medio marino. Para ello se ha desa-rrollado un sistema integrado que utiliza de maneracoherente toda la información ambiental disponiblesobre áreas concretas. Actualmente se ha imple-mentado para el entorno oceánico de la Macarone-sia, aunque puede trasladarse fácilmente a cualquierotra localización. Se ha pretendido que este sistemasea capaz de contribuir a la seguridad en las opera-ciones navales así como la protección de los ecosis-

temas marinos, dado que ambos son requisitos fun-damentales para la sostenibilidad de la actividad delsector industrial y también del sector turístico.

En este sistema se combinan herramientas demonitorización y vigilancia, mediante teledeteccióny medidas in situ, con modelos numéricos de circu-lación marina, de previsión de estado de la mar y dealteración físico-química de los contaminantes. Estacombinación de técnicas, en condiciones ‘operati-vas’, puede llegar a ser una de las metodologías maseficaces en la gestión de alertas ambientales deriva-das de las actividades de la industria petrolera y engeneral del tráfico de sustancias peligrosas a bordode buques. Para cumplir estas expectativas tanto lainformación suministrada como los resultadosdeben ser debidamente contrastados con datos exter-nos, por lo que dentro del proyecto SEXCODE se ha

Revista de Teledetección. 2006. Número Especial: 60-64

Integración de observaciones remotas y modeloshidrodinámicos para el estudio de la dispersiónde contaminantes en el mar

J. Pérez-Marrero*, L. Maroto*, O. Llinás*, M. J. Rueda*, A. Tejera**, J. Godoy* y C. Barrera*

[email protected]

* Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM). Dpto. de Oceanografía. Apdo. 56. 35200 Telde. Gran Canaria

** Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC). Dpto. de Física. 35017 Las Palmas de Gran Canaria

RESUMEN

Se presenta la aplicación de un sistema integradode monitorización por teledetección a la planificaciónde acciones preventivas y mitigativas frente a even-tuales derrames de sustancias toxicas o peligrosas enel océano. La información, que es proporcionadamayoritariamente por los sensores remotos, se utilizapara alimentar diversos modelos numéricos de trans-porte y de transformación de hidrocarburos poracción del medio marino. La base de datos históricapermite la generación de escenarios realistas para lassimulaciones, cuyos resultados pueden ser compara-dos (y en cierta medida validados) usando de nuevo labase de datos (diagnosticos).

PALABRAS CLAVE: teledetección, vertidos mari-nos, modelos numéricos hidrodinámicos, estrategiasde prevención.

ABSTRACT

A remote sesing based system for ocean monito-ring is combined with hydrodinamical models inorder to contribute to the planning of mitigativeefforts against oil spills. Remotely sensed informa-tion, is adequated to serve as inputs for the models,while model results are integrated to the satellite data-base. Using a long term database spill scenarios aregenerated and results are compared to situations wit-hin the database.

KEY WORDS: remote sensing, oil spills, hydrodi-namycal numerical models, preventive strategies.

12. J. Pérez-Marrero 12/2/07 09:31 Página 60

dado importancia a las tareas de validación tanto delas observaciones como de las estimaciones.

La observación continuada y actualizada (monitori-zación) junto con el empleo de modelos, prognósticosy diagnósticos, son los pilares fundamentales sobrelos que se asienta la oceanografía operacional, esdecir, la que puede proveer información útil sobrefenómenos oceánicos y sus posibles efectos, en eltiempo y forma adecuados. En este trabajo se muestrael papel de la teledetección como suministro de infor-mación para un modelo hidrodinámico que permite elestudio de transporte de sustancias en el medio mari-no. Con los resultados se evalúan los efectos de lospequeños derrames derivados de la actividad naval enlas proximidades de un puerto con tráfico intenso.

En el desarrollo de SEXCODE se ha seguido unenfoque que va desde el problema: detección delderrame -sumergido o superficial-, a la estrategia derespuesta, adaptándose en cada caso a las circuns-tancias particulares (disponibilidad de información)en las que transcurre el evento, frente al enfoquetradicional en el que se diseñan herramientas sinatender a un fin específico. Para ello se dispone deuna amplia base de conocimiento.

MATERIAL Y METODOS

Monitorización: Detección y evaluación de losderrames

Los radares de apertura sintética (SAR) instala-dos a bordo de satélites o de aviones, son capacesde detectar los derrames de hidrocarburos, dado quepor su acción surfactante atenúan la rugosidad de lasuperficie marina, propiciando áreas en las que dis-minuye la señal de radar (Figura 1). Utilizando imá-genes SAR se pueden hacer estimaciones de la can-tidad vertida y del coeficiente de dispersión de lasustancia (Platonov y Redondo, 2002). Sin embar-go, esta técnica presenta algunas limitaciones decara a su utilización operacional que son básica-mente las siguientes: La cobertura espacial y tem-poral es a menudo insuficiente si la comparamoscon otros sistemas de observación de la Tierra. Aun-que existen métodos para el cálculo de extensión delas manchas, su interpretación está basada en apre-ciaciones subjetivas del analista, dado que es éstequien debe discernir si las señales son producto dederrames o de fenómenos naturales (bioslicks) queproducen señales análogas. Ademas la posibilidadde ser detectado en imágenes SAR está reducida aun rango de velocidades de viento.

Para reducir las limitaciones de la teleobserva-ción SAR anteriormente mencionadas, resulta útilcomplementar dichas observaciones con otras alobjeto minimizar las incertidumbres y reducir lacarga de análisis visual. Esta información comple-mentaria va a dar cuenta de las condiciones físicasen el momento de la lectura, y la proporcionan fun-damentalmente otros sensores activos y pasivosinstalados a bordo de satélites, dado que, por suscaracterísticas de operación, son los instrumentosque ofrecen la mayor cobertura espacial y temporaly que además tienen un coste reducido si lo com-paramos con el uso de aviones y barcos para lavigilancia.

Para llevar a cabo la gestión de la informaciónSEXCODE cuenta con el sistema de monitoriza-ción oceánica multiescala SIMOM (Pérez-Marre-ro et al, 2005). Este sistema de monitorización esmultiparamétrico admitiendo datos de varios sen-sores activos y pasivos y medidas in situ; y mul-tiescala, abarca desde la cuenca Atlántica a nivelclimatológico hasta la mesoescala de los archipié-lagos macaronésicos. A través de SIMOM se lle-van a cabo las tareas de: selección, extracción,procesado, generación y gestión de una base dedatos homogénea y comprensible de productosgeofísicos. También está dotado de interfases paraadaptar los datos de teledetección de manera quepuedan ser ingeridos por diversos modelos numé-

Integración de observaciones remotas y modelos hidrodinámicos para el estudio de la dispersión de contaminantes

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Figura 1. Escena SAR captada por el satélite ERS2 de laESA, en la que se pueden apreciar al menos tres man-chas de surfactante.


ricos. Del mismo modo, los resultados de esosmodelos son asimilados por SIMOM. Se crea asíuna serie temporal multiparamétrica que resultaútil para la generación de escenarios realistas ytambién para la verificación de las simulaciones.

En la actualidad, se han desarrollado interfasescon diversos tipos de modelos. En el contexto delproyecto SEXCODE se usan concretamente lossiguientes: Modelo hidrodinámico GNOME desa-rrollado por NOAA (NOAA, 2002) para la predic-ción de la trayectoria de derrames de hidrocarbu-ros. El modelo ADIOS2 (NOAA, 1999) se utilizapara evaluar los procesos de envejecimiento (weat-hering) en función de las condiciones ambientalessuministradas por SIMOM y las propiedades fisi-coquímicas de mas de 1000 variedades de hidro-carburos. Para la predicción de trayectorias deobjetos sólidos (contenedores, embarcaciones, …)se usa el modelo desarrollado para el proyectoPREVIMAR (Alves et al., 2002). El sistema estadotado de una interfase para incorporar prediccio-nes meteorológicas elaboradas por el InstitutoNacional de Meteorología.

SEXCODE incorpora también una interfase conel modelo ORBITRON (Stoff, 2005) de previsiónde pases, que permite conocer con antelación lacobertura satelital de áreas concretas. Este móduloes de especial utilidad con las imágenes SAR dadoque debido a su coste económico no se adquieren deforma rutinaria.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Previsión de la evolución a corto plazo de vertidos.Evaluación de riesgos

Las bases de datos de SIMOM y los servicios dedistribución operacional de datos de satélite, per-miten elaborar una base de conocimiento de laque se extraen escenarios realistas (tanto paradiagnosis como para prognosis) y una serie dereglas para la selección y la correcta interpreta-ción de los datos. A continuación se ofrece unejemplo diagnóstico.

Consideremos un caso que a menudo se observaen las proximidades de los grandes puertos (Figura1). La intensa actividad naval que se desarrolla en

las zonas próximas a puertos como el de La Luz enla isla de Gran Canaria, hace que sea frecuente ladetección de derrames en sus proximidades comose aprecia en esta imagen SAR de ERS-2. Basan-donos en la situación mostrada en esta imagen, sepretende evaluar la incidencia de estos pequeñosderrames sobre el litoral.

Se ha generado un escenario para diagnósticocubriendo todas las situaciones para los meses dejulio, agosto y septiembre de 2004. Los datosempleados corresponden a todos los pases paradicho periodo del dispersometro de vientos a bordodel satélite QUIKSCAT de NOAA (Dunbar et al.,2000), la estimación de la velocidad de la corrienteelaborada por el grupo AVISO a partir de la inte-gración de los datos procedentes de varios altíme-tros, y la temperatura superficial del mar obtenidapara todo el periodo a partir de las imágenesAVHRR diurnas. Sobre estos escenarios se haderramado una cantidad estándar de sustancia sobrela posición mas alejada de tierra (28.18ºN,14.63ºW), y se ha simulado su evolución usando elmodelo GNOME.

J. Pérez-Marrero, L. Maroto, O. Llinás, M. J. Rueda, A. Tejera, J. Godoy y C. Barrera


*Figura 2. Condiciones iniciales y finales para la simula-ción del 8 al 14 de julio de 2004. Se ha representado laTSM en color, la velocidad de la corriente (flechas blan-cas) y la velocidad del viento (flechas oscuras) (* ver cua-dernillo de color).

Todas las figuras precedidas de asterisco se incluyen en el cuadernillo anexo de color


Este vertido se ha repetido para diferentesmomentos del periodo de estudio. Para capturar lavariabilidad de respuestas las simulaciones se hanllevado a cabo en distintas condiciones. El coefi-ciente de difusión turbulenta se a variado en 3 orde-nes de magnitud entre 100 y 10000 cm2 s-1. Loscoeficientes de arrastre por el viento se han variadoentre el 3 y el 6 % . A partir de las trayectorias cal-culadas por el modelo se ha hecho un balance demasas determinando el porcentaje de sustancia quearriba a playas después de 6 días de simulación, asicomo el tiempo en horas transcurrido entre el derra-me y la llegada a tierra. La simulación se ha lleva-do a cabo suponiendo una sustancia inerte.

En la Figura 2 (panel superior) se presentan las con-diciones iniciales de temperatura, velocidad de lacorriente y del viento para el 8 de julio de 2004, fechade la primera simulación. De esta imagen se hanextraído (Tabla 1) a modo informativo los valores enlas posición aproximada del derrame (28.18ºN,14.63ºW). Tras seis dias el escenario queda como seaprecia en la Figura 2 (inferior), como se aprecia bajoestas condiciones, el derrame no afectaría a las costascanarias, dispersandose en dirección Sur.

La Figura 3 representa la situación para el mismoderrame si se hubiera producido el 8 de agosto delmismo año. Para las condiciones de este nuevoperiodo el modelo hidrodinámico prevee una vara-da entre el 44 y el 100% del material vertido,dependiendo fundamentalmente del coeficiente dearrastre del viento, y en menor medida de las pro-piedades físicas del material (Tablas 2 y 3).

En este ejemplo diagnóstico se ha podido com-probar la importancia del conocimiento detallado ycon resolución temporal adecuada, de los factoresque controlan el transporte del material contami-nante. De cara a una aplicación operacional (prog-nóstica) el sistema necesita contar con datos pre-dictivos tanto del viento como de la corriente. En elcontexto de SEXCODE, el sistema puede realizar

simulaciones en base a las predicciones meteoroló-gicas. Las predicciones de corrientes solo puedenhacerse, por el momento, en base a modelos auto-regresivos.

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*Figura 3. Condiciones iniciales y finales para la simula-ción del 8 al 14 de agosto de 2004 (análoga de la Figura2; * ver cuadernillo de color).

Todas las figuras precedidas de asterisco se incluyen en el cuadernillo anexo de color

Fecha SST(ºC) Int.V (m s-1) Dir V Int. C. (cm s-1) Dir. C

8-7 20.4 5.46 (NE) 6.7 (ENE)14-7 19.9 3.84 (N) 2.9 (ESE)8-8 21.7 3.61 (NW) 11.2 (W)14-8 21.9 4.63 (NE) 6.2 (NW)

Tabla 1. Valores de los diferentes parámetros en el punto de vertido al comienzo y final de cada simulación. La direcciónexpresa de dónde viene el viento y hacia dónde va la corriente.

Coef. Disp. T1 Playa(cm2 s-1) (horas) (%)

100 120 44.11000 120 56.210000 110 39.9

Tabla 2. Resultados del modelo de dispersión para elperiodo entre el 8 y el 14 de agosto de 2004, para un coe-ficiente de arrastre del viento de 6% y diversos valores delcoeficiente de dispersión del contaminante, indicando eltiempo de arribada a playa (T1), y el % de material quellega a tierra.


J. Pérez-Marrero, L. Maroto, O. Llinás, M. J. Rueda, A. Tejera, J. Godoy y C. Barrera


Sobre los resultados expresados en las Tablas 2 y 3deben aplicarse coeficientes correctores por evapora-ción y dispersión. Así por ejemplo, en las condicionesambientales representadas por el segundo escenario,el modelo de envejecimiento ADIOS2, predice unaevaporación y dispersión del 60% aproximadamente,para un hidrocarburo tipo diesel, que fuese derramadoa una temperatura igual a la TSM en ese momento,con lo que solo el 40% del total del material vertidoquedaria en el agua o arribaría a la playa en ese caso.

CONCLUSIONES

Se ha presentado un sistema integrado que en suestado actual contribuye a la planificación de lasactividades de mitigación frente a eventuales derra-mes de hidrocarburos en el medio marino. Tambiénpuede contribuir a evaluar las amenazas que lasactividades offshore ejercen sobre el medio litoral.Otras aplicaciones posibles incluyen su uso paraaplicaciones de salvamento marítimo.

AGRADECIMIENTOS

El presente trabajo se ha llevado a cabo gracias alsoporte financiero del Ministerio de Educación yCiencia, proyecto SEXCODE-h ref vem 2003-20567- Inter.

BIBLIOGRAFÍA

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Coef. Disp. T1 Playa(cm2 s-1) (horas) (%)

100 120 1001000 118 9810000 108 83

Tabla 3. Idem Tabla 1 para un coeficiente de arrastre porviento del 3%.


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