Surface wave dynamics effects at multiple scales in the mediterranean sea

Resumen

El oleaje generado por el viento es crucial a la hora de transferir energía y momento desde la atmósfera a la superficie marina, redistribuyendo y transportando esta energía a zonas lejanas. Además, favorece la ventilación en las capas superficiales del océano, mejorando así la mezcla y provocando un transporte efectivo de trazadores biogeoquímicos a lo largo de la columna de agua. Cuando el oleaje llega a la costa, su energía es disipada por efecto de la viscosidad en el fondo y por la rotura de las olas, lo que da lugar a cambios morfológicos en la batimetría por el transporte de sedimentos y la erosión. El objetivo general de esta Tesis es caracterizar la variabilidad del oleaje y estudiar su efecto sobre la dinámica superficial del océano. En particular, se analiza el clima marítimo extremal en el mar Mediterráneo y en el Atlántico Norte. Se estudian los valores mensuales de oleaje extremo analizando su variabilidad interanual. Posteriormente, a escala regional, se evalúa el impacto regional de la velocidad inducida por el viento y el oleaje en la dinámica superficial de las diferentes subcuencas del mar Mediterráneo desde una perspectiva euleriana y lagrangiana. Finalmente, a escala costera, se analizan los efectos del oleaje extremo asociado a grupos de tormentas en el transporte de sedimentos desarrollando una herramienta multi-plataforma que combina datos remotos e in situ junto con modelos numéricos. La estacionalidad representa un 50% de la variabilidad de la altura de ola extrema en el Norte del Océano Atlántico, y hasta un 70% en algunas zonas del mar Mediterráneo. Durante el invierno, la Oscilación del Atlántico Norte y el Índice Escandinavo dominan los forzamientos atmosféricos a larga escala que modulan el oleaje extremal en el Atlántico Norte; y en menor medida, la Oscilación del Atlántico Este también controla el oleaje extremo en la parte central de la cuenca. En el mar Mediterráneo, la fase negativa de la Oscilación del Atlántico Este domina la variabilidad del oleaje extremal durante el invierno. A escala regional, las corrientes inducidas de Ekman y Stokes modulan sustancialmente la dinámica total de mesoescala mediante dos mecanismos no excluyentes: proporcionando una gran cantidad de momento (por ejemplo, en zonas donde los vientos son más intensos) y/o por oposición a la dirección principal de momento de la componente geostrófica. Para caracterizar adecuadamente la variabilidad espacial y temporal de la dinámica de mesoescala, se propone una regionalización del mar Mediterráneo basada en la variabilidad homogénea del acomplamiento de las componentes geostrófica y ageotrófica de la velocidad, combinando mapas autoorganizados (SOM) y análisis de ``wavelets". Continuando con el análisis a escala regional del Mediterráneo, se estudia el impacto de los movimientos inducidos por el viento y las olas en las propiedades de mezcla y transporte del flujo oceánico superficial. Las líneas de transporte desveladas por las estructuras coherentes lagrangianas geostróficas son modificadas significativamente por las corrientes ageostróficas, lo que a menudo conduce a una disminución de la capacidad de retención de los remolinos. La componente ageostrófica induce un aumento de la actividad de mezcla de hasta el 36% en algunas regiones de la cuenca mediterránea, encontrando los valores más altos durante las estaciones de otoño e invierno. El estudio de la anisotropía en las escalas de separación entre pares de trayectorias revela que la componente zonal del flujo juega un papel importante en la determinación de las propiedades de la dispersión relativa. La evolución de las playas de arena a diferentes escalas temporales ha sido un tema de gran interés durante las últimas décadas, ya que estas playas y los sistemas dunares son las primeras líneas naturales de defensa costera contra los peligros de las inundaciones y la erosión. Los resultados de este trabajo muestran que los sistemas costeros de arena responden a los forzamientos del oleaje en dos escalas temporales características: el proceso de erosión asociado al oleaje extremo generado por las tormentas corresponde a una escala temporal con un orden de magnitud horario, mientras que la escala de la transición al equilibrio es del orden de meses. Este comportamiento tan diferente proporciona una base para estrategias eficientes en la gestión costera.