Manual Oceanografia Fisica

Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía FísicaDra. Sorayda Aime Tanahara Romero Responsable de la elaboración del manual de Oceanografía Física Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ciencias Marinas Revisado el 16 de Octubre de 2013 por la Academia de la Facultad de Ciencias Marinas Directorio Dr. Felipe Cuamea Velázquez Rector UABC Dr. Oscar Roberto López Bonilla Vicerrector, UABC Campus Ensenada Dr. Juan Guillermo Vaca Rodríguez Director FCM Dr. Víctor Antonio Zavala Hamz Subdirector, FCM Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ciencias Marinas Índice Índice ...................................................................................................................................................................................... iii Introducción ............................................................................................................................................................................ 1 Encuadre del Sistema de Prácticas ......................................................................................................................................... 2 Contenido de Prácticas de Laboratorio de Física de Fluidos .................................................................................................. 5 Introducción…………………………..…………………………..…………..………………………………………………………………………………………………...7 Elementos de Oceanografía Física ........................................................................................................................................ 14 Estructura hidrográfica del océano ....................................................................................................................................... 45 Dinámica oceánica ................................................................................................................................................................ 90 Anexos ................................................................................................................................................................................. 116 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 1 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Introducción Un medio para lograr aprendizaje significativo es que los estudiantes relacionen el contenido temático de las asignaturas con fenómenos observados en la naturaleza. Para conseguirlo, la docencia debe de ser creativa y motivadora, estimulando el conocimiento teórico-práctico, y es aquí justamente donde la incidencia de prácticas de laboratorio resulta importante. Una de las formas de alcanzar este objetivo es a través de la realización de experimentos a partir de los cuales el estudiante fije contenidos, reflexione acerca de los procesos físicos subyacentes y reavive su curiosidad planteándose preguntas y sugiriendo respuestas. En el caso particular del proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias de la atmósfera y el océano, el desarrollo de experiencias de laboratorio que ilustren procesos de la dinámica de los fluidos geofísicos es de vital importancia para la comprensión de los complejos procesos que en estos fluidos tienen lugar, los cuales en ocasiones son poco intuitivos. A través de estas experiencias el alumno puede visualizar los procesos físicos subyacentes e interpretarlos como complemento del análisis del complejo sistema de ecuaciones que se utilizan para explicarlos. Este manual está diseñado para estudiantes de Ciencias Naturales. Está destinado a servir de complemento a la materia de Oceanografía Física de la carrera de Oceanología de la Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California, pero podrá, mediante adaptaciones y modificaciones, ser usado en cualquier carrera afín. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Encuadre del Sistema de Prácticas Página 2 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Encuadre del Sistema de Prácticas Presentación El Manual de Laboratorio de Oceanografía Física que presentamos es una primera versión a la que seguramente le falta retroalimentación de especialistas en el área. Confiamos que, a lo largo del tiempo se sigan recogiendo más y más experiencias que perfeccionen este documento. La Oceanografía Física, como su nombre indica, es una rama de las ciencias del mar que trata de entender tanto los problemas relativos a las propiedades físicas del agua del mar, como el movimiento de las partículas fluidas que la componen, sin olvidar la acción recíproca del mar y de la atmósfera, por una parte, y del mar con el fondo oceánico, por otra. Esta ciencia incluye dos actividades principales: el estudio directo y preparación de cartas sinópticas de las propiedades físicas del océano (temperatura, salinidad, densidad, energía absorbida, entre otras); y el estudio teórico de los procesos físicos del océano que intervienen en la circulación: corrientes, mezcla, remolinos, mareas y surgencias, para explicar su comportamiento. Mientras la enseñanza teórica tiene el propósito de capacitar al alumno en materia de oceanografía física descriptiva, introducción a los procesos de intercambio de calor océano-atmósfera y dinámica oceánica, y algunos de los rasgos de circulación general más relevantes haciendo uso de herramienta matemática, el programa de sesiones de laboratorio se compone de prácticas diseñadas en las que el estudiante adquirirá los elementos necesarios para explicar algunos de los fenómenos de diferente escala, interés científico y/o impacto socio económico que tienen lugar en el océano, realizando búsquedas tecnológicas, trabajando con modelos a escala, procesando datos hidrográficos e interpretando cartas sinópticas, mismos que conducirán al estudiante a cuestionarse y con ello a desarrollar su capacidad crítica. Las ideas, críticas y conocimientos nacerán del trabajo en equipo. Los estudiantes compartirán libros, conocimientos previos y material de laboratorio. La viabilidad de este esquema de trabajo supone la aceptación de responsabilidades y el cumplimiento estricto de las mismas. Por ello, en la presentación del curso, se ponen en claro las actividades de los estudiantes y de los profesores. Así pues, se capacitará al futuro Oceanólogo en la identificación y solución de problemas oceanográficos siguiendo una metodología científica con responsabilidad, honestidad y ética profesional. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Encuadre del Sistema de Prácticas Página 3 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Competencias a las que contribuye Niveles de Desempeño El conjunto de prácticas del presente manual te permitirá llegar a un desempeño de nivel IV de acuerdo la clasificación de Webb &Bravo (2006), Carpenter, et.al. (2004) y National Research Council (2000), a saber “Nivel IV, implica un nivel de competencia de Análisis: Se desarrollan un conjunto de actividades de naturaleza diversa, en las que se tiene que mostrar creatividad y recursos para conciliar intereses. Se debe tener habilidad para motivar y dirigir grupos de trabajo”. Las razones por las que asumimos que obtendrás un nivel de desempeño tan alto son: 1. La realización de las prácticas en forma y tiempo presupone el dominio de diferentes habilidades y conocimientos. 2. La elaboración de un protocolo y un informe con la estructura de reporte científico por práctica requiere de disciplina, organización, análisis y síntesis, así como la utilización de herramientas computacionales. 3. El trabajo en el laboratorio podrá ser realizado en equipo, lo que requiere de la participación armónica de los elementos. La capacidad de liderazgo deberá ser usada en forma óptima para realizar los diversos pasos de la práctica. El reporte de la práctica se entregará de manera individual. Analizar el comportamiento de procesos físicos que acontecen en los fluidos mediante modelos a escala, realizar mediciones de variables meteorológicas y procesar dichos datos, así como resolver problemas de cálculo vectorial brindarán herramientas para plantear la dinámica de procesos atmosféricos que dan lugar a las condiciones climatológicas del tiempo, de forma creativa, crítica y reflexiva, fomentando la capacidad de análisis y síntesis, con una actitud responsable basada en la ética y el respeto por el medio ambiente. Carpenter, T.P., Blanton, M.L., Cobb, P., Franke, M.L., Kaput, J., & McClain, K. (2004).Scaling Up Innovative Practices in Mathematics and Science, National Center for Improving Student Learning and Achievement in Mathematics and Science: Research Report. National Research Council (2000). How People Learn: Brain, Mind, Experience and the School, Expanded edition. Committee on Developments in the Science of Learning and Committee on Learning Research and Educational practice, J.D. Bransford, [et. al.]Editors.Commission on Behavioral and Social Sciences and Education. Washington, DC: The National Academies Press. Webb, N., & Bravo, M. (2007).Matrix of Learning with Deep Understanding in Mathematics (DOK). San Juan, PR: PR Math and Science Partnership (AlACiMa). (Unpublished Document). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Encuadre del Sistema de Prácticas Página 4 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Ubicación dentro del mapa curricular BIOLOGÍA FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFÍA COMUNICACIÓN ORAL Y ESCRITA MATEMÁTICAS MEDIO AMBIENTE Y SOCIEDAD SEMINARIO CS. DEL MAR Y MEDIO AMB. RECURSOS BOTÁNICOS MARINOS GEOLOGÍA MARINA QUÍMICA CÁLCULO I FÍSICA I OPTATIVA ZOOLOGÍA MARINA SISTEMAS INFORMACIÓN GEOGRÁFICA QUÍMICA ORGÁNICA ESTADÍSTICA FÍSICA II OPTATIVA ECOLOGÍA MARINA SEDIMENTOLOGÍA FISICOQUÍMICA CÁLCULO II FÍSICA III OPTATIVA OCEANOGRAFÍA BIOLÓGICA I OCEANOGRAFÍA GEOLÓGICA BIOQUÍMICA PROGRAMACIÓN FÍSICA DE FLUÍDOS OPTATIVA OCEANOGRAFÍA BIOLÓGICA II OPTATIVA OCEANOGRAFÍA QUÍMICA ECUACIONES DIFERENCIALE S OCEANOGRAFÍA FÍSICA PRÁCTICAS PROFESIONAL ES DESARROLLO SUSTENTABLE PROCESOS COSTEROS OCEANOGRAFÍA DE MARES DE MÉXICO SEMINARIO DE OCEANOGRAFÍA DINÁMICA DEL OCÉANO PROYECTOS DE VINCULACIÓN 1er. Semestre 2do. Semestre 3er. Semestre 4to. Semestre 5to.Semestre 6to. Semestre 7mo. Semestre Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Encuadre del Sistema de Prácticas Página 5 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Programa del Sistema de Prácticas Tema Práctica o prácticas programadas Ámbito de desarrollo Duración* 1. Introducción Práctica 1: Análisis de un artículo científico. Encuadre. Semana 1: 2 horas 2. Elementos de oceanografía física Práctica 2: Interpolación 1D. Laboratorio Semana 2: 2 horas Práctica 3: Interpolación 2D. Laboratorio Semana 3: 2 horas Práctica 4: Series de tiempo de datos meteorológicos Laboratorio Semana 4: 2 horas Práctica 5: Flujos de calor. Laboratorio Semana 5: 2 horas 3. Estructura hidrográfica del océano Práctica 6. Distribución de Propiedades Físicas: Uso de funciones CSIRO. Laboratorio Semana 6: 2 horas Práctica 7. Preparación de una Campaña Oceanográfica Laboratorio Semana 7: 2 horas Práctica 8. Crucero Oceanográfico Bahía Todos Santos. Laboratorio Semana 8: 2 horas Práctica 9. Masas de agua y diagramas T-S. Laboratorio Semana 9: 2 horas Práctica 10. Procesamiento de datos de crucero BTS: variables 1D. Laboratorio Semana 10: 2 horas Práctica 11. Procesamiento de datos de crucero BTS: variables 2D. Laboratorio Semana 10: 2 horas 4. Dinámica oceánica Práctica 12. Masas de agua. Laboratorio Semana 12: 2 horas Práctica 13. Estratificación y mezcla vertical. Laboratorio Semana 13: 2 horas Práctica 14. Convección y doble difusión. Laboratorio Semana 14: 2 horas Práctica 15. Corrientes geostróficas. Laboratorio Semana 15: 2 horas Práctica 16. EXPOSICIONES. Laboratorio Semana 16: 2 horas *Duración en horas para cada práctica, y semana del semestre en la que se realizará. Contenido de Prácticas de Laboratorio de Física de Fluidos Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero y Dr. Rubén Castro Valdés Responsable de la elaboración del manual de Oceanografía Física Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 7 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Introducción Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California Responsable(s): Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Número de alumnos por práctica: 8 Propósito General de la Práctica de I ntroducción Por un lado, plantear el encuadre bajo el cual se trabajara en laboratorio, por otro, especificar la ponderación bajo la cual serán evaluados los reportes de laboratorio, y finalmente, familiarizar al estudiante con la literatura nacional e internacional, así como bancos de datos disponibles concernientes a variables y fenómenos meteorológicos objeto de estudio. Formato para la Elaboración de Reportes de Laboratorio de Oceanografía Física Especificaciones El reporte deberá ser escrito en computadora, con letra de 12 puntos, espacio sencillo y márgenes de 2 cm. La carátula del reporte debe incluir el nombre de la universidad, de la facultad, de la carrera, de la materia, número y título de la práctica o salida, nombre completo del estudiante, nombre completo de los profesores, fecha de entrega y resumen. Introducción (10 puntos) Comenzar con una exposición del tema a tratar que ayude al lector a ubicarse dentro del tema de interés (no más de una página). Debe indicarse el propósito u objetivos de la práctica o visita. Gran parte de la información de esta sección es obtenida de trabajos de otros autores, por lo tanto se deben citar al final del párrafo correspondiente. El trabajo de un autor se cita: (Jones, 2001). El de dos autores: (Jones y Hanes, 2004). El de más de dos autores: (Grids, et al., 1999). Muchos autores latinos prefieren utilizar sus dos apellidos, si este es el caso se cita: (Alvarez-Borrego, 1985). No se permitirá extraer información del manual de laboratorio. Metodología (10 puntos) Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 8 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Si procede, debe describirse el área de estudio. Incluir un mapa de la misma. Deben describirse los procedimientos seguidos, con detalle suficiente para que el lector pueda repetirlos. Se puede incluir una lista de los materiales y equipos utilizados. En el caso de los equipos se debe incluir la marca y modelo. Ej. Higrómetro Taylor, Anemómetro CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224. En el caso de ser material elaborado, deberán especificarse todos y cada uno de los elementos utilizados. Resultados y Discusión (40 puntos) En este curso, esta sección estará integrada principalmente por los dibujos que realizarán producto de sus observaciones y/o las fotografías tomadas en el momento de la práctica. NO INCLUIR IMÁGENES DE INTERNET. Las tablas, gráficas y figuras deben ser numeradas progresivamente en cada caso. Las tablas van numeradas con números romanos y una leyenda como encabezado que describa su contenido general. Las gráficas, figuras e imágenes se enumeran con números arábigos y un pie de figura o leyenda al calce que describa su contenido general. Si la figura es el dibujo de lo que observamos en una preparación, fija o fresca, de microscopio se deberá anotar en la leyenda el aumento al cual fue observada. Las leyendas de tablas y figuras deberán escribirse a renglón seguido. Se deberán citar los autores o fuentes (internet) de las imágenes, dibujos, tablas, gráficas o figuras que se incluyan. Es importante acompañar la figura con una descripción clara y concisa de lo que estamos observando (análisis de los resultados), y siguiendo una secuencia coherente y uniforme. Los nuevos hallazgos deben ser relacionados con resultados previos publicados por otros autores (citar). Conclusiones y Resumen (15 puntos) Enumeración de los aspectos más relevantes de la práctica. Evaluación del alcance la práctica (revisar objetivos). Literatura citada (10 puntos) Presentarse en orden alfabético. Incluir únicamente las referencias citadas en las secciones previas. Un trabajo de más de dos autores se cita en el texto como (Lara-Lara et al., 1980), pero en esta sección se tienen que escribir siguiendo los siguientes lineamientos. Ortografía, Sintaxis y Formato de párrafo (15 puntos) Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 9 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Se restará un punto por cada 3 errores ortográficos encontrados en el reporte. Se restarán los 10 puntos de la sección de ortografía si se encuentran errores ortográficos básicos como: Autónoma, física, también, práctica, ¨a la¨, nombres propios sin la primer letra en mayúscula, nombres científicos no en cursiva, negritas o subrayados, etc. Artículos científicos Autor(es). Año de la publicación. Título completo de la publicación (en el idioma en que fue publicado). Nombre de la revista en que fue publicado (abreviado adecuadamente). Volumen (únicamente el número). Número de la revista (entre paréntesis y únicamente si la revista lo indica): páginas del artículo. Ejemplo: Lara-Lara, J.R., S. Álvarez-Borrego y L.F. Small. 1980. Variability and tidal exchange of ecological properties in a coastal lagoon. Estuar. Coastal Mar. Sci. 2(1): 613-637 p. Autores de libros Autor(es). Año en que fue publicado el libro. Título completo del libro (en el idioma en que fue publicado). Nombre de la editorial. Número de edición. Ciudad en que se encuentra la editorial (cuando se encuentra en varias, incluir únicamente la primera). Número total de páginas del libro. Ejemplo: Cushman, B. y J. Beckers. (2009). Introduction to Geophysical Fluid Dynamics.Pearson Education. Florida, USA. 785 pp. Autor de capítulo de un libro editado por otra persona: Autor(es) del capítulo. Año en que fue publicado el libro. Título completo del capítulo. En: nombre(s) del editor(es) (ed.). Título completo del libro (en el idioma en que fue publicado). Nombre de la editorial, ciudad en que se encuentra la editorial (cuando se encuentra en varias, incluir únicamente la primera), páginas del capítulo. Ejemplo: Hammann, M.G. 1991. Spawning habitat and egg larval transport, and their importance to recruitment of pacific sardine, Sardinops sagax caeruleus, in the Gulf of California.En: T. Kawasaka, S. Tanak, Y. Toba y A. Taniguchi (eds.). Longterm variability of pelagic fish populations and their environment. Pergamon Press, New York, 110-118 p. Internet: Escribir toda la liga e incluir la fecha de consulta. Ejemplo: taxonomicon.taxonomy.nl/ consultado el 27 de enero de 2010. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 10 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 1. Análisis de un artículo científico 1.1 I ntroducción Una vez finalizada una investigación, es necesario comunicar los resultados. Existen dos maneras de presentar los resultados: 1. Contexto académico. 2. Contexto no académico. En el contexto académico los resultados se preparan para ser presentados a profesores, investigadores, alumnos, funcionarios de instituciones de educación superior o centros de investigación. Esta forma es la que caracteriza a las tesis de grado, presentaciones en encuentros científicos o publicaciones científicas. En el contexto no académico, los resultados se preparan para ser presentados a un público general, menos interesados en los detalles de la investigación, con fines prácticos y a veces comerciales. Para efectos de los reportes de laboratorio de la Facultad de Ciencias Marinas, por ser esta una entidad académica dedicada a la formación en ciencia experimental, establece como requisito la elaboración de reportes científicos una vez realizada una práctica de laboratorio, este deberá comprender una descripción del estudio efectuado, los resultados y las conclusiones de dicha actividad. LISTADO DE ALGUNAS REVISTAS CIENTIFICAS EN OCEANOGRAFIA FISICA Y AFINES JOURNAL OF PHYSICAL OCEANOGRAPHY JOURNAL OF THE ATMOSPHERIC SCIENCES JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND OCEANIC TECHNOLOGY JOURNAL OF CLIMATE EARTH INTERACTIONS MONTHLY WEATHER REVIEW WEATHER AND FORECASTING WEATHER, CLIMATE, AND SOCIETY APPLIED OCEAN RESEARCH ATMOSPHERIC ENVIRONMENT ATMOSPHERIC RESEARCH COASTAL ENGINEERING COMPTES RENDUS GEOSCIENCE COMPUTERS & GEOSCIENCES CONTINENTAL SHELF RESEARCH DEEP SEA RESEARCH PART I: OCEANOGRAPHIC RESEARCH PAPERS WITH PART II: TOPICAL STUDIES IN OCEANOGRAPHY DEEP SEA RESEARCH PARTS I AND II WITH OCEANOGRAPHIC LITERATURE REVIEW (COMBINED SUBSCRIPTION) DEEP-SEA RESEARCH PART I: OCEANOGRAPHIC RESEARCH PAPERS Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 11 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC DEEP-SEA RESEARCH PART II: TOPICAL STUDIES IN OCEANOGRAPHY DYNAMICS OF ATMOSPHERES AND OCEANS EARTH SCIENCE FRONTIERS EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS EARTH-SCIENCE REVIEWS ENGINEERING STRUCTURES ESTUARINE, COASTAL AND SHELF SCIENCE JOURNAL OF APPLIED GEOPHYSICS JOURNAL OF ASIAN EARTH SCIENCES JOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF GEOSCIENCES JOURNAL OF GEODYNAMICS JOURNAL OF HYDRODYNAMICS JOURNAL OF HYDROLOGY JOURNAL OF HYDROLOGY: REGIONAL STUDIES JOURNAL OF MARINE SYSTEMS JOURNAL OF SEA RESEARCH JOURNAL OF SOUTH AMERICAN EARTH SCIENCES METHODS IN OCEANOGRAPHY OCEAN & COASTAL MANAGEMENT OCEAN ENGINEERING OCEAN MODELLING OCEANOGRAPHIC LITERATURE REVIEW OCEANOGRAPHY PACKAGE PHYSICS AND CHEMISTRY OF THE EARTH PHYSICS OF THE EARTH AND PLANETARY INTERIORS POLAR SCIENCE PROGRESS IN OCEANOGRAPHY QUATERNARY RESEARCH QUATERNARY SCIENCE REVIEWS REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT WATER RESEARCH WEATHER AND CLIMATE EXTREMES OCEANOLOGICA ACTA GEOFISICA INTERNACIONAL REVMAR: REVISTA DE CIENICAS MARINAS Y COSTERAS TROPICAL OCEANOGRAPHY REVISTA DE BIOLOGÍA MARINA Y OCEANOGRAFÍA LATIN AMERICAN JOURNAL OF AQUATIC RESEARCH http://journals.ametsoc.org/ http://www.elsevier.com/journals/subjects/earth-and-planetary-sciences Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 12 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 1.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, identificar las partes de que consta un artículo científico o trabajo de investigación. - Sea capaz de, extraer información relevante de un artículo científico o trabajo de investigación - Sea capaz de, leer e interpretar un artículo científico o trabajo de investigación. 1.2 Material - Se proporcionaran al menos 4 revistas científicas diferentes para que el alumno las revise, compare y elija una de ellas, de donde deberá leer un artículo e interpretarlo. - Leer un artículo científico identificando cada uno de los elementos que debe contener; elaborar un ensayo haciendo alusión a cada una de las secciones contenidas en el mismo. 1.3 Desarrollo Revisar los artículos contenidos en las revistas proporcionadas y comparar, primero si la estructura de todos los artículos de una misma revista es la misma. Posteriormente comparar la estructura del artículo científico revista a revista y compárelas con el esquema de reporte científico proporcionado, anote sus las similitudes y diferencias de las estructuras principales. Temas para Discusión - Una vez comparados los 4 artículos elegidos, hacer una crítica referente a la estructura, contenido y esquema de redacción utilizado por el(los) autor(es), es decir, responder a la pregunta: ¿Contiene todos los elementos del escrito científico? Sí, No, ¿Por qué? - El artículo que eligió para interpretación de resultados: ¿es comprensible? Sí, no, ¿Por qué? - Considera que: ¿es un texto de divulgación o netamente científico? ¿Por qué? 1.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (anotaciones, etc.) recibiendo una calificación por su desempeño dentro del laboratorio. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Introducción Página 13 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 1.5 Bibliografía  M. Espinosa, E. Minero, N. Hilje y R. Barrientos, 2001: “Química para el desarrollo”, Editorial Limusa S.A., México.  R. Hernández S., C. Fernández C., P. Baptista L., 2003: “Metodología de la Investigación”, 3ra edición, McGraw-Hill, México. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 14 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Elementos de Oceanografía Física Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California Responsable(s):Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero, Dr. Rubén Castro Valdés Número de alumnos por práctica: 8 Propósito General de las Prácticas de Elementos de Oceanografía Física Adquirir la habilidad para el graficado y análisis de datos oceanográficos, mediante el uso de paqueterías para el análisis de los mismos y el despliegue visual de los resultados, con una actitud responsable basada en la ética y el respeto por el medio ambiente. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 15 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 2. Interpolación 1D. 2.1 I ntroducción MatLab es un programa de computación que permite la visualización y programación de problemas cuyas soluciones aparecen expresadas en notación matemática. Unos de los grandes usos de este, es el modelado así como el análisis de datos, entre otras funciones. Es importante mencionar que este software involucra comandos y funciones que permiten la interpolación de datos con la finalidad de generar aproximaciones a partir puntos conocidos (Barba, 2012). La interpolación es un proceso mediante el cual se estiman valores que se encuentran entre datos conocidos (puntos). En el caso del programa MatLab, este cuenta con funciones basadas en polinomios y en transformadas de Fourier. En el primer caso, contamos con dos métodos de interpolación, el de interpolación unidimensional donde a cada uno de los puntos se le asigna una variable independiente (x) y una dependiente (y). Para la interpolación en dos dimensiones, se necesitan dos variables independientes (x,y) y una dependiente (z) (Gilat, 2006). La interpolación polinómica es un caso particular en el cual la curva obtenida es un polinomio de grado determinado por el número de puntos menos uno por el que pasa. Una de sus mayores aplicaciones es el de encontrar valores aproximados a la función en un punto arbitrario gracias a un número de valores finito de la misma. Este tipo de interpolación sigue siendo la base de métodos de integración aproximada, para evaluación de matrices, y otras (Cordero, 2005). Interpolación unidimensional Cuando sólo se tienen dos puntos conocidos, es posible unirlos por medio de una simple línea recta, por lo que la utilización de la ecuación de la recta lanzaría como resultado una “interpolación” de los posibles puntos encontrados entre los primeros dos. Sin embargo, al utilizar una función polinomial en vez de considerar todos los puntos que en ella aparecen, sólo se consideran algunos en el entorno de la misma se puede obtener una interpolación mucho más precisa. Esta interpolación recibe el nombre de “interpolación segmentaria” o “Spline” en la que se utilizan varios polinomios de grado bajo que se enfocan en una pequeña región del conjunto de datos conocidos (Gilat, 2006). Interpolación cuadrática Consiste en obtener una parábola determinada por tres puntos del plano. Si estos puntos tienen abscisas distintas, la ecuación es un polinomio de segundo grado en x (Cordero, 2005). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 16 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC La temperatura de los océanos disminuye conforme la profundidad aumenta, esto ocurre alrededor del mundo con muy pocas excepciones. Por lo general, este decremento ocurre de manera más rápida en la zona de la columna de agua más cercana a la superficie. Un perfil de temperatura típico del mar presenta una capa de decenas de metros cerca de la superficie denominada capa de mezcla, debida a que los vientos se encargan de mezclarla constantemente manteniendo una condición isotérmica. Debajo de esta capa se encuentra otra región de cambio más rápido de temperatura con respecto a la profundidad, que es conocida como termoclina. Debajo de esta termoclina, la temperatura cambia de manera lenta, volviéndose isotérmica de nuevo. El agua de la mitad inferior de los océanos es uniformemente fría (Knauss, 1997). La salinidad es el valor total de los compuestos inorgánicos y no volátiles disueltos en el agua de mar. Se ha determinado en unidades de partes por mil (°/ oo ) o gramos de sal por kilogramo de agua. El 87% de las sales disueltas en el agua de mar es Cloruro de Sodio. Normalmente se mide la conductividad eléctrica para determinar la salinidad, y su valor se da como unidades prácticas de salinidad (psu, practical salinity unit; Talley, 2011). El oxígeno disuelto en el Océano juega un papel importante en los aspectos biológicos, principalmente en las zonas aledañas a la plataforma continental. La temperatura es el factor que más afecta la disolución y concentración del oxígeno en el agua de mar; siendo las zonas polares las de menor temperatura superficial, y las latitudes ecuatoriales las de mayor temperatura. El oxígeno se disuelve mejor, y por lo tanto hay más concentración a menores temperaturas; no obstante la capa superficial es la que contiene más cantidad de este elemento ya que se encuentra cercana a la atmósfera, saturada del gas en cuestión. Otro factor importante es la producción fotosintética, que reside prácticamente por encima de la termoclina, dejando las zonas por debajo de ésta con las menores cantidades (mar de Chile.cl) 2.1.1 Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, realizar interpolaciones lineales (opcional primero hacer ejemplos a mano de perfiles verticales de temperatura u otra variable, series de tiempo, etc.), después usar funciones de MatLab (interp1, spline, etc.); - Sea capaz de, interpolar datos regularmente (irregularmente) distribuidos. 2.2 Material Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 17 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Utilizar MatLab (la versión que se tenga disponible) para ingresar datos oceanográficos tanto crudos como ficticios, y mediante dicha herramienta realizar interpolaciones y gráficas para visualizar los parámetros de interés. 2.3 Desarrollo Ejercicios 1. Obtener la temperatura, salinidad y oxígeno disuelto a las profundidades estándar Z= [10 25 50 75 100] m de los perfiles que se anexan abajo utilizando la ecuación de la recta, es decir, realizando interpolaciones 1D. Z(m) Z_est T(°C) T(°C) i S S i O 2 (O 2 ) i 2.0186 10 27.0885 35.0039 4.7403 17.000 20 24.7748 34.8386 5.0193 32.000 50 21.1667 34.6898 4.8321 62.000 75 17.2813 34.7393 2.7548 77.000 100 16.1152 34.7580 1.9430 107.007 14.6450 34.7680 1.1093 NOTA: Aquí debemos plantear un sistema de ecuaciones a partir del perfil de temperatura donde la ecuación de la recta es: T = m Z + b (Z es la profundidad). 2. Interpolar al tiempo solicitado (cada 15 minutos partiendo de las 10:00 y llegando hasta las 11:30) t i , los siguientes datos de boyas de deriva (tiempo variable dependiente). Tiempo Tiempo i posX x i posY y i 10:17 -123.8 -295.2 10:32 -232.5 -316.7 10:47 -373.1 -329.5 11:02 -468.6 -331.4 11:17 -540.4 -321.9 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 18 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 3. Realice interpolaciones de los datos hidrográficos que se anexan abajo a profundidades estándar: Z e = [10 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 800 900] m. Grafique las variables incluyendo los datos observados e interpolados (interp1). Intente con otro método de interpolación (‘spline’). P (m) T°C S O 2 (ml/l) 2.0186 27.0885 35.0039 4.7403 17.0000 24.7748 34.8386 5.0193 32.0000 21.1667 34.6898 4.8321 62.0000 17.2813 34.7393 2.7548 77.0000 16.1152 34.7580 1.9430 107.0070 14.6450 34.7680 1.1093 122.0072 14.1434 34.7859 0.8269 152.0072 13.3436 34.7889 0.5437 167.0072 13.0233 34.7884 0.4377 197.0073 12.4536 34.7785 0.2728 212.0074 12.2152 34.7702 0.2241 227.0074 12.0017 34.7621 0.1768 257.0075 11.5831 34.7400 0.1289 302.0075 11.0050 34.7075 0.0933 347.0076 10.4072 34.6733 0.0753 392.0076 9.7854 34.6387 0.0640 422.0078 9.3819 34.6195 0.0617 467.0079 8.7470 34.5898 0.0595 497.0079 8.3570 34.5741 0.0578 512.0080 8.1761 34.5683 0.0575 542.0081 7.8186 34.5570 0.0579 587.0081 7.3379 34.5436 0.0576 617.0082 7.0478 34.5367 0.0576 662.0083 6.6482 34.5295 0.0586 692.0084 6.4162 34.5268 0.0599 752.0088 5.9711 34.5224 0.0677 767.0088 5.8703 34.5222 0.0706 782.0088 5.7729 34.5223 0.0739 857.0091 5.3282 34.5251 0.0986 872.0092 5.2517 34.5264 0.1042 887.0093 5.1732 34.5271 0.1119 932.0093 4.9493 34.5308 0.1377 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 19 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 2.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. No se aceptaran reportes extemporáneos. 2.5 Bibliografía - Barba, K. (2012). Manual de Prácticas de Laboratorio de Programación. Facultad de Ciencias Marinas. 6 y 42p. - Cordero Barbero, A. (2005). Métodos Numéricos con MatLab. Editorial Universidad Politécnica de Valencia. 197-201p. - Gilat, A. (2006). MATLAB: Una Introducción con ejemplos prácticos. Reverté. 214-215p. - Talley, L. (2011) Descriptive Physical Oceanography.Sixth Edition. Academic Press. Elsevier Ltd. USA. - Knauss, J. (1997) Introduction to Physical Oceanography.Second Edition. Waveland Press, Inc. Long Grove Illinois. USA. - http://www.mardechile.cl/index.php?option=com_content&task=view&id=324&Itemid=31 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 20 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 3. Interpolación 2D 3.1I ntroducción En cursos tradicionales de geometría analítica y cálculo se aprende a lidiar con funciones que contienen una variable independiente, y con ello se habla acerca de sus variaciones y la aplicación de las mismas. Sin embargo, al pretender estudiar fenómenos físicos en el mundo real, se descubre que éstos dependen al menos de dos o más variables. Aunque las reglas del cálculo son las mismas, se debe prestar especial atención a la gran variedad de casos específicos y a las propiedades de conservación para cada ejemplo. Entre las aplicaciones más comunes se encuentran la estadística, la dinámica de fluidos, y el electromagnetismo, entre otras. En Oceanografía, uno de los ejemplos más prácticos se encuentra en la cartografía, específicamente, la topografía. Esto es debido a que la elevación de cualquier superficie puede ser representada por una función de dos variables independientes, que son el plano horizontal (latitud, longitud), y una dependiente, que es la altura del terreno (Purcell et al., 2007). Desde hace años se ha podido cambiar el esquema de un mundo bidimensional, y sobre todo en los estudios del medio marino, la tercera dimensión cobra especial importancia. Un ejemplo claro son las precauciones que se deben tomar en la navegación. Una carta náutica actualizada deberá mostrar al navegante la topografía del fondo, de tal manera que pueda viajar de manera segura sobre valles y crestas submarinas. La forma más sencilla de representar la elevación del terreno es mediante valores puntuales, a través de una marca y un valor de profundidad en el mapa; siempre tomando como el nivel de referencia el nivel medio del mar. Las curvas de nivel o isolíneas son el método más utilizado para reflejar el relieve actualmente, pues dan al usuario una imagen rápida y bastante fácil de interpretar. Existen diversos métodos para obtenerla, tales como prospecciones, interpolaciones, trazado fotogramétrico, técnicas de plomada o conversiones de mapas. Uno de los principales problemas con esto es que un mapa por lo general no muestra el método mediante el cual se obtuvieron las isolíneas, y en años anteriores la precisión dependía de la pericia del cartógrafo. Afortunadamente hoy en día este problema se ha solucionado y se pueden realizar mapas mucho más precisos y exactos basándose en técnicas que incluyen el uso de aparatos para hacer barridos de batimetría (Butler et al, 1990). Es importante señalar que las cartas hidrográficas diseñadas para la navegación y las cartas batimétricas diseñadas para representar la topografía marina se perfilan distintas, a pesar de usar los mismos datos. Las cartas de navegación destacan las zonas de agua poco profundas, como un factor deliberante para la seguridad de la embarcación. Las cartas batimétricas por otra parte, son el equivalente marino de los mapas topográficos y la representación de las isolíneas está basada estrictamente en las sondas locales y la distancia entre ellas. A pesar de Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 21 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC esto, el cartógrafo siempre puede decidir el intervalo de contorno, o separación entre isolíneas y la simbología a utilizar. Tomando esto como premisa, se puede decir que cualquier variable que tenga una distribución sobre un plano y pueda ser representada mediante esta técnica, podrá ser mejor entendida mediante isolíneas y su correcta distribución en un mapa (Butler et al, 1990). Para graficar una función real de dos variables reales z=f(x,y), donde z es dependiente de x y y, se utilizan los denominados mapas de contornos, donde para cada (x,y) le pertenece un valor de z, por lo que es una superficie. Cada plano perpendicular al eje z interseca dicha superficie en una curva, la proyección de esta curva sobre el plano xy es una curva de nivel, y un conjunto de estas curvas es un mapa de contornos. Estos mapas facilitan el bosquejo de dichas funciones (Purcell et al., 2007). Los mapas de contorno tienen aplicaciones para mostrar condiciones climáticas, sociales o de otros tipos, en diversos puntos de un mapa. Un ejemplo, T(x,y) para la temperatura, donde las curvas de nivel que indican temperaturas iguales son llamadas isotermas. También existen isosísmicas para indicar intensidad de eventos sísmicos, entre muchos otros ejemplos (Purcell et al., 2007). 3.1.1 Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, realizar gráficas de contornos e interpolaciones en dos dimensiones a través del uso de funciones de MatLab. - Sea capaz de, comprender el funcionamiento de algunas formas de graficado en MatLab para figuras en tres dimensiones [f(x,y)], mediante la utilización de funciones como meshgrid, griddata, contour, contourf, pcolor, surf, clabel. - Sea capaz de, interpolar datos ordenados irregularmente para obtener mallas con dichos datos y reconstruir un mapa de batimetría de la Bahía de Todos Santos. - Sea capaz de, obtener la distancia entre estaciones de muestreo y estimar el tiempo de viaje esperado a partir de la localización geográfica de las estaciones a muestrear. 3.2 Material - Computadora - Paquetería MatLab Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 22 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 3.3 Desarrollo Actividades EJERCICIO 1 Realizar las gráficas de contorno de las siguientes funciones mediante las funciones contour, contourf, pcolor y surf. Para cada ejemplo pruebe con incrementos espaciales variados de manera que genere mallas gruesas y finas, luego compare sus gráficas. a) ( ) ( ) ( ) ; [ ] b) ( ) ( ) [ ] c) ( ) [ ] EJERCICIO 2 Realizar las mismas gráficas que en el EJERCICIO 1 para la función de distribución normal bivariada, dada por la siguiente expresión: Mx=12; Sx=2; My=4; Sy=2^.5; p=0; x=6:.4:18; y=0:.4:8 ( ) ( ) [( ) ( )( )( ) ] √ EJERCICIO 3 Graficar las siguientes posiciones en la Bahía de Todos Santos, anexar la línea de costa y la batimetría mediante el graficado de contornos de la información contenida en el archivo “BatiBTS.dat”: Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 23 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC EJERCICIO 4 Calcular las distancias entre estaciones mediante el uso de la función sw_dist.m que se encuentra en el Apéndice. Considerar una velocidad de 12 nudos entre estaciones y un promedio de 45 minutos entre cada una para calcular el tiempo total de crucero. EJERCICIO 5 Descargar el conjunto de funciones de MATLAB CSIRO o Gibbs Seawater (GSW) Oceanographic Toolbox versión 3.0. para cálculos oceanográficos. EJERCICIO 6 Investigar el funcionamiento y las características de los siguientes instrumentos oceanográficos para medir temperatura: a) Batitermógrafo b) Termómetro reversible c) CTD 3.4Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. 3.5 Bibliografía - Butler, M., et al. (1990). Cartografía de recursos marinos: un manual de introducción. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, Roma. 281 pp. - Purcell, E., et al. (2007). Cálculo. Prentice Hall, México. 872 pp. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 24 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Anexo function [dist,phaseangle] = sw_dist(lat,lon,units) % SW_DIST Distance between two lat,lon coordinates %=================================================================== % SW_DIST $Revision: 1.4 $ $Date: 1994/10/10 04:55:23 $ % Copyright (C) CSIRO, Phil Morgan & Steve Rintoul 1992. % % USAGE: [dist,phaseangle] = distance(lat,lon {,units} ) % % DESCRIPTION: % Calculate distance between two positions on glode using the "Plane % Sailing" method. Also uses simple geometry to calculate the bearing of % the path between position pairs. % % INPUT: % lat = decimal degrees (+ve N, -ve S) [- 90.. +90] % lon = decimal degrees (+ve E, -ve W) [-180..+180] % units = optional string specifing units of distance % 'nm' = nautical miles (default) % 'km' = kilometres % % OUTPUT: % dist = distance between positions in units % phaseangle = angle of line between stations with x axis (East). % Range of values are -180..+180. (E=0, N=90, S=-90) % % AUTHOR: Phil Morgan and Steve Rintoul 92-02-10 % % DISCLAIMER: % This software is provided "as is" without warranty of any kind. % See the file sw_copy.m for conditions of use and licence. % % REFERENCE: % The PLANE SAILING method as descriibed in "CELESTIAL NAVIGATION" 1989 by % Dr. P. Gormley. The Australian Antartic Division. %================================================================== % CALLER: general purpose % CALLEE: none %---------------------- % CHECK INPUT ARGUMENTS %---------------------- if nargin > 3 error('sw_dist.m: No more than 3 arguments allowed') elseif nargin==3 if ~isstr(units) error('sw_dist.m: units argument must be string') end %if elseif nargin==2 units = 'nm'; % default units Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 25 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC else error('sw_dist.m: wrong number of arguments') end%if [mlat,nlat] = size(lat); if mlat~=1 & nlat~=1 error('sw_dist.m: lat, lon must be vectors. No matrices allowed') else if mlat == 1 Transpose = 1; % row vector passed in else Transpose = 0; % accept column vector end%if end%if lat = lat(:); %force to column vectors lon = lon(:); if length(lat)~=length(lon) error('sw_dist.m: lat and lon must have same number of elements') end%if %----------------- % DEFINE CONSTANTS %----------------- DEG2RAD = (2*pi/360); RAD2DEG = 1/DEG2RAD; DEG2MIN = 60; DEG2NM = 60; NM2KM = 1.8530; % Defined in Pond & Pickard p303. % BEGIN npositions = length(lat); ind=1:npositions-1; % index to first of position pairs dlon = diff(lon); if any(abs(dlon)>180) flag = find(abs(dlon)>180); for ii=1:length(flag) dlon(flag(ii))= -sign(dlon(flag(ii))) * (360 - abs(dlon(flag(ii))) ); end %for end %if latrad = abs(lat*DEG2RAD); dep = cos( (latrad(ind+1)+latrad(ind))./2 ) .* dlon; dlat = diff(lat); dist = DEG2NM*sqrt(dlat.^2 + dep.^2); % in n.miles if strcmp(units,'km') % defaults to n.miles dist = dist * NM2KM; end %if % CALCUALTE ANGLE TO X AXIS phaseangle = angle(dep+dlat*sqrt(-1))*RAD2DEG; Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 26 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC if Transpose dist = dist'; phaseangle = phaseangle'; end %if Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 27 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 4. Series de tiempo de datos meteorológicos 4.1 I ntroducción El estudio de los fenómenos atmosféricos se remonta al siglo III antes de nuestra era, tiempo en que el filósofo Aristóteles intentaba explicar los fenómenos atmosféricos de manera especulativa y filosófica (descrita en su libro Meteorológica), donde expresaba los conocimientos sobre el clima y fenómenos atmosféricos de esa época. El nacimiento de la meteorología como ciencia se da en el siglo XVI con la invención de instrumentos para la medición de parámetros atmosféricos como el termómetro, barómetro e higrómetro los cuales facilitaron la observación e interpretación de fenómenos climáticos (Donald, 2009). La presión atmosférica es definida como la fuerza ejercida por el peso de las moléculas del aire sobre un área determinada, esta variable se mide con un barómetro. La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que se caracteriza por el calor, considerándose una medida de la velocidad promedio de los átomos y moléculas, es decir, del contenido de energía cinética, en cuyo caso las temperaturas altas corresponden a una velocidad alta. Esta medición utiliza un sensor que captura la cantidad de calor que hay en un ambiente determinado llamado termómetro. La humedad relativa definida como la relación entre la cantidad de agua contenida en el aire y la máxima cantidad que puede contener, se mide por medio de un higrómetro. La temperatura del punto de rocío se considera como la temperatura a la cual el aire enfriado isobáricamente satura respecto del agua (Sediña y Pérez, 2006).La medición de variables meteorológicas pude llevarse a cabo de manera convencional, manual y mediante registros automatizados, en el caso último, dada la abundancia de información, se hace necesario un tratamiento estadístico de los datos que facilite la interpretación de las mediciones realizadas. Los parámetros estadísticos de las variables meteorológicas que registran los sensores de las estaciones meteorológicas puntuales, temporales y espaciales permiten realizar una base de datos para analizar la información anual y mensual registrada en intervalos de tiempo predeterminados durante el transcurso de los días. Con la finalidad de presentar de manera ordenada los registros numéricos y los valores de las variables como la rapidez del viento, series de tiempo, tablas, gráficas, diagramas de astillas, holográficas, tablas y rosas de viento en reportes técnicos que permiten hacer comparaciones con valores mensuales entre años de anteriores reportados y avanzar en el conocimiento de los cambios meteorológicos. Los errores por la precisión de los instrumentos y las fallas en las comunicaciones de los registros pueden ocasionar junto con factores físicos, anomalías en los valores. Realizar una red neuronal o en malla de sensores autónomos permite controlar con mayor seguridad y eficiencia los sensores autónomos, enviando toda la información a un servidor o estación nodriza que serán los centros de conservación y almacenamiento de los datos por medio de un software o programa informático. Los ahorros son significativos en comparación con las estaciones meteorológicas convencionales, puesto que los sensores se conectan mediante largos tramos de carretera, ayudando a conservar el medio ambiente y evitando la excesiva aspersión de salmueras. Además, en muchos de los casos, los datos ser pueden consultados mediante Internet desde cualquier servidor y los registros se guardan en un disco duro para su análisis. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 28 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC SERIES DE TIEMPO DIAGRAMA DE ASTILLAS Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 29 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC HODOGRAFA Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 30 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC ROSA DE VIENTOS 4.1.1 Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de utilizar distintos aparatos y estaciones meteorológicas portátiles, así como identificar las diferencias que existen entre ellos. - Interprete los diferentes tipos de graficado utilizado en los reportes de variables meteorológicas. - Sea capaz de procesar series de tiempo de datos meteorológicos provenientes de estaciones automáticas. 4.2 Material 4.2.1 Instrumentales 1) Higrómetro Taylor 2) Higrómetro Alemán Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 31 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 3) CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224 4) SPER SCIENTIFIC 5) KESTREL 2500 6) SERIES DE DATOS METEOROLOGICOS PROPORCIONADOS POR LA ESTACION METEOROLOGICA DEL IIO-UABC. 4.3Desarrollo - Registra tus medidas: Por favor sigue las siguientes instrucciones o Temperatura (Utiliza un termómetro para exteriores y registra la temperatura en grados centígrados ( o C) o Dirección del Viento (Norte, Noroeste, Oeste, Suroeste, etc.) o Velocidad del Viento (¿Cuántas veces giró el anemómetro?) o Presión Atmosférica (Registra tus descubrimientos bajo las unidades marcadas en el barómetro) - Procedimiento o Ve afuera y mide todas las variables meteorológicas que cada estación o instrumento te permitan medir. o Deberás compara los valores que obtengas a través de cada instrumento. o Espera dos minutos antes de leer el termómetro. Esto permitirá que el termómetro se ajuste a la temperatura del aire en el exterior. o Cuando anotes la temperatura, por favor recuerda lo siguiente  Haz la lectura lejos de los edificios.  Haz la lectura en la sombra (sin luz solar directa).  Sostén el termómetro cerca del nivel de tus ojos; nunca debe estar cerca del suelo.  No dejes que caiga lluvia o nieve sobre el termómetro. - Realice el llenado de las tablas siguientes: Mediciones con Higrómetro: HORA o T bulbo húmedo o T bulbo seco Humedad Relativa Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 32 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Mediciones con CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224: HORA o T o T punto rocío HR (humedad) Presión Rapidez viento Mediciones con SPER SCIENTIFIC: HORA o T Rapidez Viento Humedad Relativa Mediciones con CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224: HORA o T Rapidez Max viento Rapidez Promedio Presión Altitud - Con las series de tiempo de datos meteorológicos proporcionadas, realice las siguientes graficas: A. SERIES DE TIEMPO DE PROMEDIOS DIARIOS DE: Rapidez de viento, Temperatura, Humedad Relativa, Presión atmosférica, Radiación solar neta. B. DIAGRAMA DE ASTILLAS DE: Velocidad del viento de los datos registrados. C. ROSA DE VIENTOS DE: La dirección y rapidez del viento de los datos proporcionados. 4.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.), de lo contrario no podrá salir del laboratorio. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 33 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 4.5 Bibliografía - Donald, C. 2009. Meteorology Today. An Introduction to Weather, Climate, and Environment. Novena Edición. Cengage Learning. 549pp. - Sediña, I y Pérez, V. 2006. Fundamentos de meteorología. Universidad de Santiago de Compostela. 555pp. - http://iio.ens.uabc.mx/~vientos/ - http://www.windygrid.org/sensores.pdfFecha de consulta: 6-Marzo-2013 - http://www.estacionmeteorologica.netFecha de consulta: 6-Marzo-2013 - http://www.herterinstruments.es/catalogo/instrumentacion/transmisores/sondas- radiometricas-y-sondas-fotometricas/ Fecha de consulta: 7-Marzo-2013 - http://www.tecnica-mente.com.ar/?1590 Fecha de consulta: 7-Marzo-2013 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 34 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 5. Flujos de calor 5.1 I ntroducción Cuando se habla del balance de calor en un sistema se deben de considerar tanto las entradas de energía, como las salidas. Si se considera al planeta como un sistema aislado en donde existe un balance de calor, se deben de tener en cuenta varios factores. En primera, que el enfriamiento a largo plazo de la corteza de la Tierra es insignificante en comparación con la entrada a causa de la radiación solar. La superficie del sol se encuentra aproximadamente a 5750 o K y de acuerdo con la ley de Stefan-Boltzman, un cuerpo emite radiación dependiendo de su temperatura. De esta manera, el sol emite ondas corta (200 a 4000 μm), de las cuales el 40% está en el rango visible. En cuanto a la cantidad de energía, emite 6.2 x 10 7 W/m 2 , de los cuales únicamente 1376 W/m 2 llegan a la parte exterior de la Tierra; a esto se le conoce como constante solar. Haciendo un promedio de la energía que llega hasta la superficie terrestre en todo el planeta, el flujo incidente es de 344 W/m 2 . De esta energía un gran porcentaje es reflejado y otro tanto es absorbido, el cual después es emitido como radiación de onda larga por la temperatura que adquiere la superficie terrestre. Esto se representa en la Figura 1. Cabe mencionar que sin considerar la atmósfera en este sistema, la temperatura promedio del planeta sería de -21°C (Cushman y Beckers, 2009). Figura 1. Modelo de radiación solar, reflexión y radiación terrestre sin considerar la atmósfera (tomado de Cushman y Beckers, 2009). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 35 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC En la Figura 2 se muestra un nuevo modelo en el que si se considera la presencia de una atmósfera y todas las reflexiones que esta ocasiona, así como el modo en que atrapa energía a través del efecto invernadero, el cual actúa solamente sobre las ondas largas, se obtendrá que los flujos de onda larga serán mayores que los de onda corta (Cushman y Beckers, 2009) Figura 2. Modelo de radiación solar y terrestre considerando la atmósfera (tomado de Cushman y Beckers, 2009). Sin embargo, si este modelo fuera el correcto, la temperatura estimada de la superficie terrestre sería en promedio de 36°C, lo cual es demasiado alto. La respuesta al hecho de que la temperatura del planeta se encuentre por debajo de los 36 o C estimados bajo el esquema anterior radica, en parte, en el ciclo hidrológico, ya que éste influye en la transferencia de calor de manera importante. Conforme el agua se evapora del océano y la tierra, el calor latente es extraído de la superficie terrestre. Cabe mencionar que el calor latente es el calor necesario para cambiar de estado físico una sustancia; en este caso, pasar de agua líquida a vapor; éste vapor sube a través de la atmósfera, en donde se condensa y regresa a la superficie terrestre. De esta manera existe una transferencia de calor entre la atmósfera y la superficie de la tierra sin la presencia de radiación. En todos estos procesos también se deben de considerar flujos por conducción entre la atmósfera y la superficie terrestre. Este nuevo modelo se presenta en la Figura 3 (Cushman y Beckers, 2009). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 36 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Figura 3. Modelo de flujos de calor en la Tierra considerando la atmósfera y el ciclo hidrológico (tomado de Cushman y Beckers, 2009) Considerando este nuevo modelo, la temperatura aproximada de la superficie terrestre sería de 19°C, lo cual está más cercano a la realidad. Haciendo ahora énfasis en el sistema océano atmósfera, los forzantes de calor son los mismos, aunque el balance se debe plantear de una manera distinta. Los flujos de calor están dados por la radiación solar incidente, el calor latente definido previamente, el calor sensible que está dado por la conducción en la interface y la radiación de onda larga. En resumen, el flujo neto de calor de un área determinada se puede estimar a través de la suma del cálculo de cada uno de estos flujos mediante variables meteorológicas como temperatura del mar, temperatura de la atmósfera, presión, humedad, entre otras. De esta manera, el flujo neto de calor queda de la siguiente manera: En donde Q s-r es la radiación de onda corta, Q b es la radiación de onda larga, Q e es el calor latente y Q t es el calor sensible (Paden et al, 1993). El balance de calor oceánico está compuesto de entradas y salidas. Por "entrada" se identifica a un proceso por medio del cual el océano obtiene calor, mientras que por "salida" se representan las pérdidas de calor oceánico. Así pues, las principales entradas (+) y salidas (-) de calor a través de la superficie del mar serán: - Flujo de radiación solar de onda corta (+, Q s-r ); - Flujo de radiación de onda-larga de retorno (-, Q b ); Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 37 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Transferencia calórica por evaporación (Flujo de calor latente; Q e ) (-); (+) para la condensación; (esta situación ocurre principalmente en condiciones de niebla marina) - Transferencia calórica directa aire-mar por conducción (Flujo de calor sensible; Q t ) (-) ; + cuando es del aire al agua) Radiación Solar La energía solar en el límite más externo de la atmósfera a incidencia normal alcanza 2.0 cal cm -2 min -1 (la "constante solar"; 1373 Wm- 2 ). La radiación solar varía estacionalmente entre 0 y 1100 cal cm -2 día -1 en los polos y ~ 800-900 calcm -2 día -1 en el ecuador. calcm -2 día -1 (calorías por centímetro cuadrado por día) ha sido sustituida por la unidad W m -2 (Watts por metro cuadrado); 1 caloría (cal) = 4,184 Joules y 1 W = 1 Joule por segundo (J s -1 ). 1cal cm -2 día -1 = 0.484 W m -2 . En otras palabras, una entrada de calor de 1000 cal cm -2 day -1 equivale a ~500 Wm -2 . Q s-r = Q o (1 + 0.62 C n + 0.0019φ) (1 - α) Q o es la radiación solar en condiciones de cielo despejado, y se obtiene analíticamente con las formulas Smithsonian que depende de la latitud y del día del año (Reed, 1977); es el albedo de la superficie del mar (Payne, 1972), α=.06. Así como la corrección de nubosidad por C n y la altitud del sol φ en grados (Reed, 1977). Radiación de onda larga Parte de la radiación que se recibe desde el Sol, una vez que es absorbida, es irradiada de regreso desde la superficie oceánica (considerar también el efecto de invernadero). La longitud de onda donde la mayor parte de la irradiación de regreso es explicada por la Ley de Wien. Como la temperatura de la superficie del mar es más baja que la del Sol (~283 o K), el máximo de la radiación de retroceso se ubica a ~10 µm, es decir, en él infrarrojo o radiación de calor. EL calor perdido por radiación de onda larga efectiva es [Reed, 1983; Gill, 1982]: Q b = -o(Ts + 274) 4 (0.254 - 0.004095 Ea) (1 - 0.8 C) Transferencia de Calor debido a Evaporación (calor latente) Además de la importante contribución al balance de calor, la evaporación - constituyendo una pérdida de agua hacia la atmósfera - juega un papel importante en el balance de masa. La evaporación comienza cuando el aire está insaturado de humedad. El aire caliente puede retener mucha más humedad que el aire frío. Como en condiciones normales la transferencia directa de calor es desde el mar hacia el aire (es decir, el aire se calienta normalmente desde abajo), la situación normal es que el aire esté insaturado de humedad y ocurra la evaporación. La condensación tiene lugar cuando aire caliente se encuentra con agua fría. Las áreas oceánicas donde esto ocurre, son conocidas por Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 38 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC la ocurrencia de neblina. La mayor parte de la energía liberada durante la condensación va hacia la atmósfera, de manera que la contribución de la condensación al balance oceánico de calor es extremadamente pequeña. El calor perdido por evaporación de la superficie del mar [Gill, 1982]: Q e = µ a Ce U (q s - q a ) L v LA EVAPORACIÓN DEPENDE DE LOS SIGUIENTES FACTORES: a) Radiación solar: Es el factor determinante debido a que es la fuente de energía de dicho proceso; b) Temperatura del aire: Un aumento de temperatura en el aire facilita la evaporación, en primer lugar crea una convección térmica ascendente que facilita la aireación de la superficie del líquido, y por otra parte la presión de vapor de saturación es más alta; c) Humedad atmosférica: Factor determinante en la evaporación debido que es necesario que el aire próximo a la superficie de evaporación no esté saturado (menos humedad más evaporación); d) El viento: Después de la radiación es el más importante, debido a que renueva el aire próximo a la superficie de evaporación que está saturado. La combinación de humedad atmosférica baja y viento resulta ser la que produce mayor evaporación. El viento también produce un efecto secundario que es el enfriamiento de la superficie del líquido y la consiguiente disminución de la evaporación (más viento más evaporación); y e) Presión Atmosférica (y la altitud en relación ella): A menor presión (y/o mayor altitud) más evaporación. Transferencia directa de Calor entre el Océano y la Atmósfera (calor Sensible) En promedio, la superficie del océano es alrededor de 0.8°C más caliente que el aire que está por arriba. La transferencia directa de calor (calor sensible), por lo tanto, tiene lugar desde el agua hacia el aire, constituyendo una pérdida de calor. La transferencia de calor en esa dirección se logra mucho más fácil que en la dirección opuesta por dos razones: 1. Se necesita mucho menos energía para calentar al aire que al agua. La energía requerida para elevar la temperatura de una capa de agua de 1cm de espesor en 1°C, es suficiente para incrementar la temperatura de una capa de aire de ~30 m en la misma cantidad. 2. La entrada de calor hacia la atmósfera desde abajo causa inestabilidades (por medio de la reducción de la densidad en la base) lo que da lugar a una convección atmosférica y a un ascendente transporte turbulento de calor. En oposición, la entrada de calor al interior de los océanos desde arriba aumenta la estabilidad de la columna de agua (mediante la reducción de Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 39 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC la densidad en la superficie) evitando la penetración eficiente de calor hacia las capas más profundas. El calor ganado ó perdido por conducción de la superficie del mar se puede estimar de la siguiente ecuación [Gill, 1982]: Q t = µ a C p C h U (T s - T a ) U (m/s) es la velocidad del viento; µ a = 1.25 Kg/m 3 es la densidad del aire; T S (°C), la temperatura de la superficie del mar; T a (°C), la temperatura del aire; C p = 1004.6 (1+ 0.8375 q a ) (J/Kg K) es el calor especifico del aire a presión constante; L v = (2.501 x 10 6 – 2.3 x 10 3 T s ) (J/Kg) el calor latente de vaporización; C h = 1 x 10 -3 y C e = 1.5 x 10 -3 son coeficientes adimensionales; q s es la humedad específica a saturación en la superficie del mar y q a es la humedad específica a a temperatura del aire (Gill, 1982). q s = 0.622 E w /(P a – 0.378 E w ); q a = 0.622 E a /(P a – 0.378 E a ); E a es la presión de vapor del aire (milibares), es calculada por: E a = (Hr/100) E w , donde Hr es la humedad relativa, E w es la presión de vapor a saturación del vapor de agua en la superficie del mar; E w = 0.98 [1 + 10 6 Pa (4.5 + 0.0006 Ts 2 )]) 10 ¸ ; ¸ = (0.7859 + 0.03477 T s ) / (1+0.00412 T s ); Pa es la presión atmosférica en mb. 5.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, utilizar subrutinas para el cálculo de los diferentes términos de intercambio de calor océano-atmósfera. - Sea capaz de, determinar el flujo neto de calor en la parte central del Golfo de California. 5.2 Material - Tabla de datos meteorológicos - Función MatLab para el cálculo de flujos de calor - MatLab - Publicación: Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 40 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 5.3 Desarrollo Ejercicio: A partir del siguiente conjunto de datos de promedios mensuales obtenidos en la parte central del Golfo de California (~28.5°N): 1. Realizar graficas de todas las variables meteorológicas vs. tiempo, describir e interpretar su comportamiento. 2. Realizar grafica de la diferencias de temperatura aire-mar vs. tiempo, describir e interpretar su comportamiento. 3. Obtener y graficar los flujos de calor a través de la interfase aire mar: Radiación de onda corta; Radiación de onda larga; calor Latente; Calor sensible y Flujo de calor neto a través de la superficie (suma de todos). 4. Realizar un escrito que involucre una introducción, método, resultados e interpretación los resultados obtenidos. % Mes T aire W Hr Patm(100+) Cn T mar Radiacion Solar datos =... [1 14.9 4.8 00 43.000 16.800 0.400 16.8 194.69; 2 15.9 5.100 43.000 16.200 0.350 17.3 241.34; 3 19.8 4.100 51.000 11.600 0.180 18.5 294.43; 4 21.0 3.700 59.000 10.100 0.180 20.3 332.38; 5 25.5 2.100 70.000 8.500 0.100 22.5 352.90; 6 26.6 2.300 70.000 7.800 0.120 26.2 356.40; 7 28.6 2.700 77.000 8.100 0.380 28.9 343.71; 8 29.4 2.200 76.000 8.400 0.310 30.4 312.00; 9 29.1 3.200 72.000 5.900 0.150 29.6 264.39; 10 24.0 2.900 52.000 10.500 0.220 26.4 209.66; 11 19.6 5.100 44.000 14.400 0.200 22.1 171.27; 12 16.5 5.100 50.000 13.900 0.610 18.7 164.68]; 5.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 41 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 5.5 Bibliografía - Castro R, Lavin MF, Ripa P. 1994. Seasonal heat balance in the Gulf of. California. Journal of Geophysical Research 99: 3249–3261. - Cushman, B. y J. Beckers. 2009. Introduction to Geophysical Fluid Dynamics. Pearson Education. Florida, USA. 785 pp. - Gill, A. E.,1982. Atmosphere-Ocean Dynamics. Academic Press. - Lavin, M. F., and S. Organista, 1988: Surface heat flux in the northern Gulf of California. J. Geophys. Res., 93, 14 033–14 038. - Paden, C. et al. (1993). Tidal and atmospheric forcing of the upper ocean in the Gulf of California. Journal of Geophysical Research, Vol. 98, No. C11, Pages 20,091-20,103. - Tomczak M. and J. S. Godfrey, 1994. Regional Oceanography: An Introduction. Pergamon Press. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 42 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Apéndice #1 %% Práctica 5: FLUJOS DE CALOR close all clear all % Mes Taire W Hr Patm. Cn Tmar Radiacion Solar datos =... [1 14.9 4.8 43.000 16.800 0.400 16.8 194.69; 2 15.9 5.100 43.000 16.200 0.350 17.3 241.34; 3 19.8 4.100 51.000 11.600 0.180 18.5 294.43; 4 21.0 3.700 59.000 10.100 0.180 20.3 332.38; 5 25.5 2.100 70.000 8.500 0.100 22.5 352.90; 6 26.6 2.300 70.000 7.800 0.120 26.2 356.40; 7 28.6 2.700 77.000 8.100 0.380 28.9 343.71; 8 29.4 2.200 76.000 8.400 0.310 30.4 312.00; 9 29.1 3.200 72.000 5.900 0.150 29.6 264.39; 10 24.0 2.900 52.000 10.500 0.220 26.4 209.66; 11 19.6 5.100 44.000 14.400 0.200 22.1 171.27; 12 16.5 5.100 50.000 13.900 0.610 18.7 164.68]; mes = datos(:,1); Ta = datos(:,2); W = datos(:,3); H = datos(:,4); P = datos(:,5)+1000; C = datos(:,6); Ts = datos(:,7); Qsw = datos(:,8); %% Ejercicio1 : Gráficas % 2) Magnitud del viento - vs - tiempo figure plot(mes,W) xlabel('Mes','fontsize',12) ylabel('Magnitud del viento (m/s)','fontsize',12) title('Magnitud del viento - vs - tiempo','fontsize',15) v = axis; v(1) = 1; axis(v) grid on % 3) Humedad relativa - vs - tiempo figure plot(mes,H) xlabel('Mes','fontsize',12) ylabel('Humedad relativa (%)','fontsize',12) title('Humedad relativa - vs - tiempo','fontsize',15) v = axis; v(1) = 1; axis(v) grid on % 4) Presión atmosférica - vs - tiempo figure plot(mes,P) xlabel('Mes','fontsize',12) Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 43 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC ylabel('Presión Atmosférica (mbar)','fontsize',12) title('Presión Atmosférica - vs - tiempo','fontsize',15) v = axis; v(1) = 1; axis(v) grid on % 5) Cobertura de nubes figure plot(mes,round(C*8)) xlabel('Mes','fontsize',12) ylabel('Cobertura de nubes (octas)','fontsize',12) title('Cobertura de nubes - vs - tiempo','fontsize',15) axis([1 12 0 8]) grid on % 7) Radicación solar figure plot(mes,Qsw) xlabel('Mes','fontsize',12) ylabel('Radiación solar (W/m^2)','fontsize',12) title('Radiación solar - vs - tiempo','fontsize',15) v = axis; v(1) = 1; axis(v) grid on %% Ejercicio 2: calor sensible DT = Ts - Ta; leyenda = {'Temperatura del mar(°C)','Temperatura del aire(°C)','Diferencia(°C)'}; plotyyy(mes,Ts,mes,Ta,mes,DT,leyenda) grid on xlabel('Mes','fontsize',12) title('Diferencia de temperatura (Mar - Aire) - vs - tiempo','fontsize',15) %% Ejercicio 3: Flujos de calor %%%PROGRAMA PARA CALCUALAR LOS FLUJOS DE CALOR %% % calculo de Qlw (onda larga) a = 5.7e-8; % W/(m^2K^4) e = 0.97; gama = (0.7859 + 0.03477*Ts)./(1 + 0.00412*Ts); ew = 0.98*(1 + 1e-6*P.*(4.5 + 0.0006*Ts.^2)).*10.^gama; ea = (H/100).*ew; Qlw = -a*e*(Ts + 274).^4.*(0.254 - 0.00495.*ea).*(1 - 0.8*C); % calculo de Ql (flujo de calor latente) rho_a = 1.25; Ce = 1.5e-3; qs = (0.62197*ew)./(P - 0.378*ew); Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Elementos de Oceanografía Física Página 44 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC qa = (0.62197*ea)./(P - 0.378*ea); Lv = 2.5008e6 - 2.3e3*Ts; Ql = rho_a*Ce*W.*(qs - qa).*Lv; % calculo de Qs (Flujo de calor sensible) DT = Ts - Ta; %DIFERENCIAS DE TEMPERATURA AIRE-MAR Cp = 1004.6*(1 + 0.8375*qa); % %[(W.*DT<0) (W.*DT>=0 & W.*DT<=25) (W.*DT>25)] Qc1 = rho_a*Cp.*(0.0026 + 0.86e-3*W.*DT); Qc2 = rho_a*Cp.*(0.0020 + 0.97e-3*W.*DT); Qc3 = rho_a*Cp.*(1.46e-3*W.*DT); Qs = (W.*DT<0).*Qc1 + (W.*DT>=0 & W.*DT<=25).*Qc2 + (W.*DT>25).*Qc3; Qt = Qsw + Qlw - Ql + Qs; %FLUJO NETO CALOR POR LA SUPERFICIE %fprintf(' Qsw Qlw Ql Qs Qt\n'); %disp([Qsw Qlw Ql Qs Qt]) figure plot(mes,Qsw,mes,Qlw,'--',mes,-Ql,'*',mes,Qs,'+',mes,Qt,'->k') xlabel('Mes','fontsize',13) ylabel('W/m^2','fontsize',13) legend('Qsw','Qlw','Qla','Qse','Qneto'); v = axis; v(1) = 1; axis(v) title('Flujos de calor Océano/Atmósfera en el Golfo de California','Fontsize',15) grid on % Ciclo anual de balance de calor entre el océano y la atmósfera Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 45 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Estructura Hidrográfica del océano Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California Responsable(s): Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Número de alumnos por práctica: 8 Propósito General de las Prácticas de Estructura Hidrográfica del océano Conocer las principales propiedades físicas del agua del mar, cuyas características vendrán determinadas por sus constituyentes principales, mismas que son fundamentales para el estudio estático y dinámico del océano así como su comportamiento térmico, con una actitud responsable basada en la ética y el respeto por el medio ambiente. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 46 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 6. Distribución de Propiedades Físicas: Funciones CSIRO - GSW 6.1 I ntroducción Más del 70 por ciento de la Tierra está ocupado por agua. El agua es uno de los componentes más importantes de la naturaleza, es raro encontrar en el universo agua en estado líquido, solo en una parte pequeña de ese rango podemos encontrar agua en estado líquido. Para el estudio estático y dinámico del océano así como su comportamiento térmico es imprescindible conocer las propiedades físicas del agua del mar, cuyas propiedades vendrán determinadas por sus constituyentes principales: Agua: 96,5% y otros materiales, sea disueltos, o en suspensión. Aunque la salinidad y la composición química varía de un mar a otro -lo que comporta cambios de densidad así como otros parámetros físicos y químicos- anotamos aquí la composición química media aproximada de 1 litro de agua de mar: Componente Cantidad Unidades Cloruro de sodio 24,0 gramos Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos Cloruro de calcio 1,1 gramos Cloruro de potasio 0,7 gramos Bicarbonato de sodio 0,2 gramos Bromuro de sodio 0,096 gramos Ácido bórico 0,026 gramos Cloruro de estroncio 0,024 gramos Fluoruro de sodio 0,003 gramos Agua destilada 1.000 mililitros (Salinidad aproximada 34.5% - pH 7.9-8.3) Ahora bien, si comparamos agua con otros compuestos químicos similares, se comporta físicamente diferente: - Punto de congelación (PC) y el punto de Ebullición (PE) deberían de ser más bajos de lo que son: (0°C y 100°C respectivamente). PC: -80°C------ en el resto de elementos PE: 95°C------- en el resto de elementos - El agua cumple parcialmente las propiedades, al calentarse se expande y al enfriarse se contrae. A temperaturas por debajo de los 4°C, el agua se expande si se sigue enfriando y al llegar al PC se expande de repente (aproximadamente el 9%). Si esto no ocurriese, el Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 47 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC hielo se hundiría y formaría una capa protectora que retrasa o previene posteriores congelaciones del agua. - Alta capacidad calorífica del agua que permite que el agua oceánica almacene grandes cantidades de calor que pueden ser liberado a la atmósfera. - La constitución química del agua no explica el gran poder de disolución de este líquido, el cual es una consecuencia directa del gran poder de disociación. - El agua pura tiene la constante dialéctica más grande de todos los líquidos. Esta constante es un numero adimensional que expresa a cuanto más pequeña es la intensidad - La propiedad de la densidad es la más importante porque densidad ρ= ρ (S,T,p), es imprescindible para determinar las condiciones de equilibrio de una masa de agua en el mar; y por otro lado, la distribución de la densidad en el océano nos va a dar información de los movimientos de las masas de agua a gran escala que tienen lugar en el mar. La iniciativa científica para imponer un cambio en la definición del concepto de "agua de mar" se puso en marcha en el 2006, cuando la organización internacional que aglutina los esfuerzos, el Comité Científico de Investigaciones Oceánicas (SCOR, por sus siglas en inglés), estableció un grupo de trabajo, presidido por Trevor McDougall, de la CSIRO, en Australia. Los cambios son importantes porque las variaciones en la salinidad y la temperatura desempeñan un papel decisivo en conducir las corrientes oceánicas profundas y la circulación vertical en muchas zonas de los océanos del mundo. Establecer las pautas de referencia con la mayor exactitud posible es vital para la tarea de cuantificar el papel del océano en el cambio climático. La adopción de variables oceanográficas nuevas y más exactas, que reemplazarán a las usadas actualmente, traerá importantes mejoras para el trabajo de la comunidad científica. La nueva definición de las características del agua de mar es el resultado de muchos años de investigación sobre la energía del océano y las propiedades de sus aguas. Este trabajo fue realizado principalmente en Alemania (Rainer Feistel), EE.UU. (Frank Millero) y Australia. La nueva definición permite, por primera vez, una medición exacta del contenido calorífico del agua de mar para su inclusión en los modelos oceánicos y en las proyecciones climáticas. 6.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, calcular la densidad del agua de mar a partir de datos in situ de temperatura y salinidad. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 48 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Sea capaz de, comprender la diferencia entre temperatura potencial y temperatura in situ, así como el concepto densidad potencial. - Sea capaz de, realizar perfiles verticales de temperatura y otras variables físicas de los datos hidrográficos. - Sea capaz de, realizar diagramas T-S de datos hidrográficos. - Sea capaz de, interpretar y analizar el comportamiento de los perfiles de las distintas variables físicas del océano. 6.2 Material - Datos hidrográficos en la BTS (Por ejemplo: Lances_mzo_2011.zip) - Bitácora realizada durante el crucero oceanográfico en la BTS (Por ejemplo: Bitácora_mzo_2011.dat). - Datos meteorológicos provenientes de la estación meteorológica Punta Morro administrada por el IIO en la BTS (Por ejemplo: iii_mzo06_12_2011.dat) - Funciones MatLab para el cálculo de propiedades físicas del agua de mar.  CSIRO: SeaWater Toolbox.  Gibbs-SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox 6.2 Desarrollo 1. Graficar todos los perfiles (VARIABLE-vs-Profundidad) de: Temperatura, Salinidad, Densidad. 2. Calcular: Temperatura y densidad potencial, utilizando las funciones respectivas de cada una de las paqueterías (CSIRO y GSW). 3. Hacer un solo diagrama T-S conteniendo todos los valores de T-S medidos, acorde con cada una de las paqueterías. 4. Tomar la función tsdiagram.m y convertirla en una thetaSdiagram, es decir, un diagrama Theta-S (diagrama temperatura potencial -vs- salinidad). Temas para Discusión - Explique ¿cómo cambia la temperatura, la salinidad y la densidad con la profundidad? - ¿Qué relación encuentra entre profundidad y presión? - ¿Qué es una inversión térmica? - ¿Dónde se produce? - ¿Cuál es la diferencia entre un diagrama T-S y un θ –S? Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 49 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Compare cada uno de sus cálculos y figuras cuando se utiliza una u otra paquetería (CSIRO y GSW) 6.3 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.), de lo contrario no podrá salir del laboratorio. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 6.4 Bibliografía - McDougall, T.J. and P.M. Barker, 2011: Getting started with TEOS-10 and the Gibbs Seawater (GSW) Oceanographic Toolbox, 28pp., SCOR/IAPSO WG127, ISBN 978-0-646-55621-5. - (1) http://www.cmar.csiro.au/datacentre/ext_docs/seawater.htm - (2) http://www.teos-10.org/software.htm Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 50 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC http://www.cmar.csiro.au/datacentre/ext_docs/seawater.htm % SEAWATER Library % Version 3.3 22-Sep-2010 % % ******************************* % * SEAWATER Library * % * * % * Version 3.3 * % * (for Matlab 5.x onwards) * % * * % * * % * Phillip P. Morgan * % * CSIRO * % * * % * Maintained by * % * Lindsay Pender * % * CSIRO * % * * % * [email protected] * % ******************************* % % LIST OF ROUTINES: % % SW_NEW What's new in this version of seawater. % % SW_ADTG Adiabatic temperature gradient % SW_ALPHA Thermal expansion coefficient (alpha) % SW_AONB Calculate alpha/beta (a on b) % SW_BETA Saline contraction coefficient (beta) % SW_BFRQ Brunt-Vaisala Frequency Squared (N^2) % SW_COPY Copyright and Licence file % SW_CP Heat Capacity (Cp) of Sea Water % SW_DENS Density of sea water % SW_DENS0 Denisty of sea water at atmospheric pressure % SW_DIST Distance between two lat, lon coordinates % SW_DPTH Depth from pressure % SW_F Coriolis factor "f" % SW_FP Freezing Point of sea water % SW_G Gravitational acceleration % SW_GPAN Geopotential anomaly % SW_GVEL Geostrophic velocity % SW_INFO Information on the SEAWATER library. % SW_PDEN Potential Density % SW_PRES Pressure from depth % SW_PTMP Potential temperature % SW_SALS Salinity of sea water % SW_SALT Salinity from cndr, T, P % SW_SATAr Solubility (saturation) of Ar in seawater % SW_SATN2 Solubility (saturation) of N2 in seawater % SW_SATO2 Solubility (saturation) of O2 in seawater % SW_SVAN Specific volume anomaly Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 51 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC % SW_SVEL Sound velocity of sea water % SW_SWVEL Surface wave velocity % SW_SMOW Denisty of standard mean ocean water (pure water) % SW_TEMP Temperature from potential temperature % SW_TEST Run test suite on library % SW_VER Version number of SEAWATER library % % LOW LEVEL ROUTINES CALLED BY ABOVE: (also available for you to use) % % SW_C3515 Conductivity at (35,15,0) % SW_CNDR Conductivity ratio R = C(S,T,P)/C(35,15,0) % SW_SALDS Differiential dS/d(sqrt(Rt)) at constant T. % SW_SALRP Conductivity ratio Rp(S,T,P) = C(S,T,P)/C(S,T,0) % SW_SALRT Conductivity ratio rt(T) = C(35,T,0)/C(35,15,0) % SW_SECK Secant bulk modulus (K) of sea water %======================================================================= % Contents.m $Id$ Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 52 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Gibbs-SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox http://www.teos-10.org/software.htm The Gibbs-SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox contains the TEOS-10 subroutines for evaluating the thermodynamic properties of pure water (using IAPWS-09) and seawater (using IAPWS-08 for the saline part). The GSW library does not provide properties of ice or moist air (these properties can be found in the SIA library). This GSW Oceanographic Toolbox does not adhere to strict basic-SI units but rather oceanographic units are adopted. Note that all the information buttons on the left below are independent of MATLAB, FORTRAN, C or PHP while the buttons on the right are for downloading the GSW Oceanographic Toolbox in these computer languages. The GSW Toolbox contents is particularly useful because it provides links to web pages which describe the thermodynamic theory behind each of the functions. Many of these web pages are intended to assist oceanographers gain confidence with the TEOS-10 thermodynamic approach to seawater. Again, you can access this information from these links on the left below without having MATLAB or being a MATLAB user. Practical Salinity (SP), PSS-78 gsw_SP_from_C Practical Salinity from conductivity, C (inc. for SP < 2) gsw_C_from_SP Conductivity, C, from Practical Salinity (inc. for SP < 2) gsw_SP_from_R Practical Salinity from conductivity ratio, R (inc. for SP < 2) gsw_R_from_SP Conductivity ratio, R, from Practical Salinity (inc. for SP < 2) gsw_SP_salinometer Practical Salinity from a laboratory salinometer (inc. for SP < 2) gsw_SP_from_SK Practical Salinity from Knudsen Salinity Absolute Salinity (SA), Preformed Salinity (Sstar) and Conservative Temperature (CT) gsw_SA_from_SP Absolute Salinity from Practical Salinity gsw_Sstar_from_SP Preformed Salinity from Practical Salinity gsw_CT_from_t Conservative Temperature from in-situ temperature Absolute Salinity - Conservative Temperature plotting function gsw_SA_CT_plot Function to plot Absolute Salinity - Conservative Temperature profiles on the SA-CT diagram, including the freezing line and selected potential density contours Other conversions between temperatures, salinities, pressure and height gsw_deltaSA_from_SP Absolute Salinity Anomaly from Practical Salinity gsw_SA_Sstar_from_SP Absolute Salinity & Preformed Salinity from Practical Salinity gsw_SR_from_SP Reference Salinity from Practical Salinity gsw_SP_from_SR Practical Salinity from Reference Salinity gsw_SP_from_SA Practical Salinity from Absolute Salinity Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 53 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC gsw_Sstar_from_SA Preformed Salinity from Absolute Salinity gsw_SA_from_Sstar Absolute Salinity from Preformed Salinity gsw_SP_from_Sstar Practical Salinity from Preformed Salinity gsw_pt_from_CT Potential temperature from Conservative Temperature gsw_t_from_CT in-situ temperature from Conservative Temperature gsw_CT_from_pt Conservative Temperature from potential temperature gsw_pot_enthalpy_from_pt Potential enthalpy from potential temperature gsw_pt_from_t Potential temperature gsw_pt0_from_t Potential temperature with a reference pressure of zero dbar gsw_t_from_pt0 in-situ temperature from potential temperature with p_ref of 0 dbar gsw_t90_from_t48 ITS-90 temperature from IPTS-48 temperature gsw_t90_from_t68 ITS-90 temperature from IPTS-68 temperature gsw_z_from_p Height from pressure gsw_p_from_z Pressure from height gsw_z_from_depth Height from depth gsw_depth_from_z Depth from height gsw_Abs_Pressure_from_p Absolute Pressure,P, from pressure, p gsw_p_from_Abs_Pressure Pressure, p, from Absolute Pressure, P gsw_entropy_from_CT Entropy from Conservative Temperature gsw_CT_from_entropy Conservative Temperature from entropy gsw_entropy_from_pt Entropy from potential temperature gsw_pt_from_entropy Potential temperature from entropy gsw_entropy_from_t Entropy from in-situ temperature gsw_t_from_entropy in-situ temperature from entropy gsw_adiabatic_lapse_rate_from_CT adiabatic lapse rate from Conservative Temperature gsw_adiabatic_lapse_rate_from_t adiabatic lapse rate_from_in-situ temperature gsw_molality_from_SA Molality of seawater gsw_ionic_strength_from_SA Ionic strength of seawater Density and enthalpy, based on the 48-term expression for density gsw_rho in-situ density and potential density gsw_alpha Thermal expansion coefficient with respect to CT gsw_beta Saline contraction coefficient at constant CT gsw_rho_alpha_beta in-situ density, thermal expansion & saline contraction coefficients gsw_alpha_on_beta Alpha divided by beta gsw_rho_first_derivatives First derivatives of density gsw_specvol Specific volume gsw_specvol_anom Specific volume anomaly gsw_sigma0 Sigma0 with reference pressure of 0 dbar gsw_sigma1 Sigma1 with reference pressure of 1000 dbar gsw_sigma2 Sigma2 with reference pressure of 2000 dbar gsw_sigma3 Sigma3 with reference pressure of 3000 dbar gsw_sigma4 Sigma4 with reference pressure of 4000 dbar gsw_sound_speed Sound speed (approximate, with r.m.s. error of 0.067 m/s) gsw_kappa Isentropic compressibility gsw_cabbeling Cabbeling coefficient gsw_thermobaric Thermobaric coefficient gsw_SA_from_rho Absolute Salinity from density gsw_CT_from_rho Conservative Temperature from density gsw_CT_maxdensity Conservative Temperature of maximum density of seawater Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 54 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC gsw_internal_energy Internal energy gsw_enthalpy Enthalpy gsw_enthalpy_diff Difference of enthalpy between two pressures gsw_dynamic_enthalpy Dynamic enthalpy gsw_enthalpy_first_derivative First derivatives of enthalpy gsw_enthalpy_second_derivatives Second derivatives of enthalpy Water column properties, based on the 48-term expression for density gsw_Nsquared Buoyancy (Brunt-Vaisala) frequency squared (N^2) gsw_Turner_Rsubrho Turner angle & Rsubrho gsw_IPV_vs_fNsquared_ratio Ratio of the vertical gradient of potential density(with reference pressure, p_ref), to the vertical gradient of locally-referenced potential density Neutral properties, based on the 48-term expression for density gsw_isopycnal_slope_ratio ratio of the slopes of isopycnals on the SA-CT diagram for p & p_ref gsw_isopycnal_vs_ntp_CT_ratio ratio of the gradient of Conservative Temperature in a potential density surface to that in the neutral tangent plane gsw_ntp_pt_vs_CT_ratio ratio of gradients of potential temperature & Conservative Temperature in a neutral tangent plane (i.e. in a locally-referenced potential density surface) Geostrophic streamfunctions, based on the 48-term expression for density gsw_geo_strf_dyn_height dynamic height anomaly gsw_geo_strf_dyn_height_pc dynamic height anomaly for piecewise constant profiles gsw_geo_strf_isopycnal approximate isopycnal geostrophic streamfunction gsw_geof_str_isopycnal_pc approximate isopycnal geostrophic streamfunction for piecewise constant profiles gsw_geo_strf_Montgomery Montgomery geostrophic streamfunction gsw_geo_strf_Cunningham Cunningham geostrophic streamfunction Geostrophic velocity gsw_geostrophic_velocity Geostrophic velocity Derivatives of entropy, CT and pt gsw_CT_first_derivatives First derivatives of Conservative Temperature gsw_CT_second_derivatives Second derivatives of Conservative Temperature gsw_entropy_first_derivatives First derivatives of entropy gsw_entropy_second_derivatives Second derivatives of entropy gsw_pt_first_derivatives First derivatives of potential temperature gsw_pt_second_derivatives Second derivatives of potential temperature Freezing temperatures gsw_CT_freezing Conservative Temperature freezing temperature of seawater gsw_t_freezing in-situ freezing temperature of seawater gsw_brineSA_CT Absolute Salinity of seawater at the freezing point (for given CT) gsw_brineSA_t Absolute Salinity of seawater at the freezing point (for given t) Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 55 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Isobaric melting enthalpy and isobaric evaporation enthalpy gsw_latentheat_melting Latent heat of melting of ice into seawater (isobaric melting enthalpy) gsw_latentheat_evap_CT Latent heat of evaporation of water from seawater (isobaric evaporation enthalpy) with CT as input temperature gsw_latentheat_evap_t Latent heat of evaporation of water from seawater (isobaric evaporation enthalpy) with in-situ temperature, t, as input Planet Earth properties gsw_f Coriolis parameter gsw_grav Gravitational acceleration gsw_distance Spherical earth distance between points in the ocean Steric height gsw_steric_height Dynamic height anomaly divided by 9.7963 m s^-2 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 56 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Anexo function potT=theta(S,T,P) % % potT=theta(S,T,P) % % Description: Compute potential temperature of seawater. % % This routine is derived from Dan Kelley's program : oce.theta.c % http://www.phys.ocean.dal.ca/~kelley/ % % Usage: potT=theta(S,T,P) % % Arguments: % S in-situ salinity [PSU] % T in-situ temperature [degC] % P in-situ pressure [dbar] % % Details: % The potential temperature is defined to be the temperature that a % water parcel of the indicated properties would achieve if it were % moved adiabatically to the surface of the ocean. % % Value: Potential temperature [degC] referenced to the surface. % % References: % Fofonoff , P. and R. C. Millard Jr, 1983. Algorithms for % computation of fundamental properties of seawater. % Unesco Technical Papers in Marine Science, 44, 53 pp % % Gill, A.E., 1982. Atmosphere-ocean Dynamics, Academic Press, % New York, 662 pp. % % Example: theta(35, 13, 1000)=12.858 % % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% S = S-35.0; T = T; P = P./10.0; potT = T ... -P .* (((3.6504e-4+T.*(8.3198e-5+T.*(-5.4065e-7+T.*4.0274e-9)))... +S.*(1.7439e-5-T.*2.9778e-7))... +P.*((8.9309e-7+T.*(-3.1628e-8+T.*2.1987e-10)-S.*4.1057e-9)... +P.*(-1.6056e-10+T.*5.0484e-12))); return function rho1=rho_pot(Tt,Ts) Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 57 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC % % function rho1=rho_pot(Tt,Ts) % % Computes density via Equation Of State (EOS) for seawater. % If so prescribed, non-linear EOS of Jackett and McDougall (1995) % is used. % % Tt potential temperature [deg Celsius]. % Ts salinity [PSU]. % % rho1 is sea-water density [kg/m^3] at standard pressure % of 1 Atm % % Reference: % % Jackett, D. R. and T. J. McDougall, 1995, Minimal Adjustment of % Hydrostatic Profiles to Achieve Static Stability, Journ of Atmos. % and Oceanic Techn., vol. 12, pp. 381-389. % % << This equation of state formulation has been derived by Jackett % and McDougall (1992), unpublished manuscript, CSIRO, Australia. % It computes in-situ density anomaly as a function of potential % temperature (Celsius) relative to the surface, salinity (PSU), % and depth (meters). It assumes no pressure variation along % geopotential surfaces, that is, depth and pressure are % interchangeable. >> % John Wilkin, 29 July 92 % % Check Values: T=3 C S=35.5 PSU Z=-5000 m rho=1050.3639165364 % QR=+999.842594;Q01=+6.793952e-2;Q02=-9.095290e-3; Q03=+1.001685e-4;Q04=-1.120083e-6;Q05=+6.536332e-9;Q10=+0.824493; Q11=-4.08990e-3;Q12=+7.64380e-5;Q13=-8.24670e-7;Q14=+5.38750e-9; QS0=-5.72466e-3;QS1=+1.02270e-4;QS2=-1.65460e-6;Q20=+4.8314e-4; sqrtTs=sqrt(Ts); rho1=QR+Tt.*(Q01+Tt.*(Q02+Tt.*(Q03+Tt.*(Q04+Tt.*Q05))))... +Ts.*(Q10+Tt.*(Q11+Tt.*(Q12+Tt.*(Q13+Tt.*Q14)))... +sqrtTs.*(QS0+Tt.*(QS1+Tt.*QS2))+Ts.*Q20); return function DEPTH=depth(P,LAT); % DEPTH Computes depth given the pressure at some latitude % D=DEPTH(P,LAT) gives the depth D (m) for a pressure P (dbars) Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 58 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC % at some latitude LAT (degrees). % % This probably works best in mid-latiude oceans, if anywhere! % % Ref: Saunders, Fofonoff, Deep Sea Res., 23 (1976), 109-111 % %Notes: RP (WHOI) 2/Dec/91 % I copied this directly from the UNESCO algorithms % CHECKVALUE: DEPTH = 9712.653 M FOR P=10000 DECIBARS, LATITUDE=30 DEG % ABOVE FOR STANDARD OCEAN: T=0 DEG. CELSUIS ; S=35 (IPSS-78) X = sin(LAT/57.29578); %************************** X = X.*X; % GR= GRAVITY VARIATION WITH LATITUDE: ANON (1970) BULLETIN GEODESIQUE GR = 9.780318*(1.0+(5.2788E-3+2.36E-5*X).*X) + 1.092E-6.*P; DEPTH = (((-1.82E-15*P+2.279E-10).*P-2.2512E-5).*P+9.72659).*P; DEPTH=DEPTH./GR; function [SVAN,SIGMA]=swstate(S,T,P0,ftn); % SWSTATE State equation for seawater % % [SVAN,SIGMA]=SWSTATE(S,T,P) returns the specific volume % anomaly SVAN (m^3/kg*1e-8) and the density anomaly SIGMA (kg/m^3) % given the salinity S (ppt), temperature T (deg C) and pressure % P (dbars). % % [dVdT,dRdT]=SWSTATE(S,T,P,'dT') returns derivatives w.r.t. % temperature of the volume and density. % % [dVdS,dRdS]=SWSTATE(S,T,P,'dS') returns derivatives w.r.t. % salinity. % % [dVdP,dRdP]=SWSTATE(S,T,P,'dP') returns derivatives w.r.t. % pressure. % % All elements can be scalars, vectors, or matrices but should be % the same size. %Notes: RP (WHOI 2/dec/91) % % This stuff is directly copied from the UNESCO algorithms, with some % minor changes to make it Matlab compatible (like adding ";" and changing % "*" to ".*" when necessary. % % RP (WHOI 3/dec/91) % % Added first derivative calculations. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 59 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC derivT=0; derivS=0; derivP=0; if (nargin==4), if (ftn=='dT'), derivT=1; elseif (ftn=='dS'), derivS=1; elseif (ftn=='dP'), derivP=1; else error('swstate: Unrecognized option!'); end; end; % ****************************************************** % SPECIFIC VOLUME ANOMALY (STERIC ANOMALY) BASED ON 1980 EQUATION % OF STATE FOR SEAWATER AND 1978 PRACTICAL SALINITY SCALE. % REFERENCES % MILLERO, ET AL (1980) DEEP-SEA RES.,27A,255-264 % MILLERO AND POISSON 1981,DEEP-SEA RES.,28A PP 625-629. % BOTH ABOVE REFERENCES ARE ALSO FOUND IN UNESCO REPORT 38 (1981) % UNITS: % PRESSURE P0 DECIBARS % TEMPERATURE T DEG CELSIUS (IPTS-68) % SALINITY S (IPSS-78) % SPEC. VOL. ANA. SVAN M**3/KG *1.0E-8 % DENSITY ANA. SIGMA KG/M**3 % ****************************************************************** % CHECK VALUE: SVAN=981.3021 E-8 M**3/KG. FOR S = 40 (IPSS-78) , % T = 40 DEG C, P0= 10000 DECIBARS. % CHECK VALUE: SIGMA = 59.82037 KG/M**3 FOR S = 40 (IPSS-78) , % T = 40 DEG C, P0= 10000 DECIBARS. %HECK VALUE: FOR S = 40 (IPSS-78) , T = 40 DEG C, P0= 10000 DECIBARS. % DR/DP DR/DT DR/DS % DRV(1,7) DRV(2,3) DRV(1,8) % % FINITE DIFFERENCE WITH 3RD ORDER CORRECTION DONE IN DOUBLE PRECSION % % 3.46969238E-3 -.43311722 .705110777 % % EXPLICIT DIFFERENTIATION SINGLE PRECISION FORMULATION EOS80 % % 3.4696929E-3 -.4331173 .7051107 % % (RP...I think this ---------^^^^^^ should be -.4431173!); % ******************************************************* % DATA R3500=1028.1063; R4=4.8314E-4; DR350=28.106331; Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 60 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC % CONVERT PRESSURE TO BARS AND TAKE SQUARE ROOT SALINITY. P=P0/10.; SAL=S; SR = sqrt(abs(S)); % ********************************************************* % PURE WATER DENSITY AT ATMOSPHERIC PRESSURE % BIGG P.H.,(1967) BR. J. APPLIED PHYSICS 8 PP 521-537. % R1 = ((((6.536332E-9*T-1.120083E-6).*T+1.001685E-4).*T ... -9.095290E-3).*T+6.793952E-2).*T-28.263737; % SEAWATER DENSITY ATM PRESS. % COEFFICIENTS INVOLVING SALINITY R2 = (((5.3875E-9*T-8.2467E-7).*T+7.6438E-5).*T-4.0899E-3).*T+8.24493E-1; R3 = (-1.6546E-6*T+1.0227E-4).*T-5.72466E-3; % INTERNATIONAL ONE-ATMOSPHERE EQUATION OF STATE OF SEAWATER SIG = (R4*S + R3.*SR + R2).*S + R1; % SPECIFIC VOLUME AT ATMOSPHERIC PRESSURE V350P = 1.0/R3500; SVA = -SIG*V350P./(R3500+SIG); SIGMA=SIG+DR350; V0 = 1.0./(1000.0 + SIGMA); % SCALE SPECIFIC VOL. ANAMOLY TO NORMALLY REPORTED UNITS SVAN=SVA*1.0E+8; if (derivS), % These are derivatives for (S,T,0). R4S=9.6628E-4; RHO1 = 1000.0 + SIGMA; RHOS=R4S*SAL+1.5.*R3.*SR+R2; V0S=-RHOS./(RHO1.*RHO1); elseif (derivT), R1 =(((3.268166E-8*T-4.480332E-6).*T+3.005055E-4).*T... -1.819058E-2).*T+6.793952E-2; R2 = ((2.155E-8*T-2.47401E-6).*T+1.52876E-4).*T-4.0899E-3; R3 = -3.3092E-6*T+1.0227E-4; RHO1 = 1000.0 + SIGMA; RHOT = (R3.*SR + R2).*SAL + R1; V0T = -RHOT./(RHO1.*RHO1); end; % ****************************************************************** % ****** NEW HIGH PRESSURE EQUATION OF STATE FOR SEAWATER ******** % ****************************************************************** % MILLERO, ET AL , 1980 DSR 27A, PP 255-264 % CONSTANT NOTATION FOLLOWS ARTICLE %******************************************************** % COMPUTE COMPRESSION TERMS E = (9.1697E-10*T+2.0816E-8).*T-9.9348E-7; BW = (5.2787E-8*T-6.12293E-6).*T+3.47718E-5; Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 61 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC B = BW + E.*S; % Bulk Modulus (almost) % CORRECT B FOR ANAMOLY BIAS CHANGE Bout = B + 5.03217E-5; if (derivS), DBDS=E; elseif (derivT), BW = 1.05574E-7*T-6.12293E-6; E = 1.83394E-9*T +2.0816E-8; BT = BW + E.*SAL; end; % D = 1.91075E-4; C = (-1.6078E-6*T-1.0981E-5).*T+2.2838E-3; AW = ((-5.77905E-7*T+1.16092E-4).*T+1.43713E-3).*T-0.1194975; A = (D*SR + C).*S + AW; % CORRECT A FOR ANAMOLY BIAS CHANGE Aout = A + 3.3594055; if (derivS), DADS=2.866125E-4*SR+C; elseif (derivT), C = -3.2156E-6*T -1.0981E-5; AW = (-1.733715E-6*T+2.32184E-4).*T+1.43713E-3; AT = C.*SAL + AW; end; B1 = (-5.3009E-4*T+1.6483E-2).*T+7.944E-2; A1 = ((-6.1670E-5*T+1.09987E-2).*T-0.603459).*T+54.6746; KW = (((-5.155288E-5*T+1.360477E-2).*T-2.327105).*T+148.4206).*T-1930.06; K0 = (B1.*SR + A1).*S + KW; if (derivS), K0S=1.5*B1.*SR+A1; KS=(DBDS.*P+DADS).*P+K0S; elseif (derivT), B1 = -1.06018E-3*T+1.6483E-2; % APRIL 9 1984 CORRECT A1 BIAS FROM -.603457 !!! A1 = (-1.8501E-4*T+2.19974E-2).*T-0.603459; KW = ((-2.0621152E-4*T+4.081431E-2).*T-4.65421).*T+148.4206; K0T = (B1.*SR+A1).*SAL + KW; KT = (BT.*P + AT).*P + K0T; end; % EVALUATE PRESSURE POLYNOMIAL % *********************************************** % K EQUALS THE SECANT BULK MODULUS OF SEAWATER % DK=K(S,T,P)-K(35,0,P) % K35=K(35,0,P) % *********************************************** Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 62 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC DK = (B.*P + A).*P + K0; K35 = (5.03217E-5*P+3.359406).*P+21582.27; GAM=P./K35; PK = 1.0 - GAM; SVA = SVA.*PK + (V350P+SVA).*P.*DK./(K35.*(K35+DK)); % SCALE SPECIFIC VOL. ANAMOLY TO NORMALLY REPORTED UNITS SVAN=SVA*1.0E+8; % Volume anomaly V350P = V350P.*PK; % **************************************************** % COMPUTE DENSITY ANAMOLY WITH RESPECT TO 1000.0 KG/M**3 % 1) DR350: DENSITY ANAMOLY AT 35 (IPSS-78), 0 DEG. C AND 0 DECIBARS % 2) DR35P: DENSITY ANAMOLY 35 (IPSS-78), 0 DEG. C , PRES. VARIATION % 3) DVAN : DENSITY ANAMOLY VARIATIONS INVOLVING SPECFIC VOL. ANAMOLY % ******************************************************************** % CHECK VALUE: SIGMA = 59.82037 KG/M**3 FOR S = 40 (IPSS-78), % T = 40 DEG C, P0= 10000 DECIBARS. % ******************************************************* DR35P=GAM./V350P; DVAN=SVA./(V350P.*(V350P+SVA)); SIGMA=DR350+DR35P-DVAN; % Density anomaly K=K35+DK; VP=1.0-P./K; V = (1.) ./(SIGMA+1000.0); if (derivS), VS=V0S.*VP+V0.*P.*KS./(K.*K); SVAN=VS; % dVdS SIGMA=-VS./(V.*V); % dRdS elseif (derivT), VT = V0T.*VP + V0.*P.*KT./(K.*K); SVAN=VT; % dVdT SIGMA=-VT./(V.*V); % dRdT elseif (derivP), DKDP = 2.0*Bout.*P + Aout; % CORRECT DVDP TO PER DECIBAR BY MULTIPLE *.1 DVDP = -.1*V0.*(1.0 - P.*DKDP./K)./K; SVAN=DVDP; % dVdP SIGMA=-DVDP./(V.*V); % dRdP end; function TF=swfreezetemp(S,P); % SWFREEZETEMP Computes the freezing point of seawater % TEMP=SWFREEZETEMP(S,P) is the freezing point (deg C) % of water at salinit S (ppt) adn pressure P (dbars) % Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 63 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC %C REFERENCE: UNESCO TECH. PAPERS IN THE MARINE SCIENCE NO. 28. 1978 %C EIGHTH REPORT JPOTS %C ANNEX 6 FREEZING POINT OF SEAWATER F.J. MILLERO PP.29-35. %C %C UNITS: %C PRESSURE P DECIBARS %C SALINITY S PSS-78 %C TEMPERATURE TF DEGREES CELSIUS %C FREEZING PT. %C************************************************************ %C CHECKVALUE: TF= -2.588567 DEG. C FOR S=40.0, P=500. DECIBARS TF=(-.0575+1.710523E-3*sqrt(abs(S))-2.154996E-4.*S).*S-7.53E-4.*P; Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 64 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 7. Preparación de campaña Oceanográfica 7.1 I ntroducción Las Campañas Oceanográficas son imprescindibles para el desarrollo de la oceanografía como ciencia integradora que estudia los complejos procesos y mecanismos geológicos, físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en los océanos. Las campañas permiten tanto la obtención "in situ" de datos biogeoquímicos de la columna de agua y/o los sedimentos profundos, como el anclaje y posterior recuperación de diferentes sistemas de monitorización meteorológica y oceanográfica. Las campañas a bordo de buques oceanográficos que realiza regularmente la Facultad de Ciencias Marinas con el apoyo de la Secretaría de Marina-Armada de México, tienen la función principal de llevar a cabo Mediciones de propiedades del agua de mar en localizaciones clave. Se realizan mediante instrumentos que permiten la determinación automática "in situ" o mediante la toma de muestras para su posterior análisis. Organización y ejecución de campañas oceanográficas - La campaña oceanográfica: concepción y clasificación según los aspectos básicos que presenta (como objetivos, área geográfica, medios disponibles, etc.) - Planeación de la campaña - Organización y estructura de diferentes campañas oceanográficas - El Plan de Campaña y su función - Estructura y funcionamiento a bordo - Definición de Estación oceanográfica - Elaboración de un Plan de Campaña Oceanográfica Artes del marino y nomenclatura náutica - Definición de cada una de las partes de un buque - El Código Internacional de Señales - Cabullería; Operaciones y labores con los cabos Navegación y teoría de buques - Conceptos básicos de navegación - Posicionamiento - Reglas del Tráfico Marítimo - Seguridad a bordo - Navegación: astronómica, por estima, costera, electrónica - Formas y líneas de buques - Planos de referencia - Desplazamiento o tonelaje - Mecánica de flotación, propulsión y gobierno de una embarcación Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 65 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Técnicas de observación meteorológica - Observaciones y sistemas de observación meteorológica - Observaciones en superficie: viento, presión atmosférica, temperatura - Observaciones marinas: viento verdadero y viento aparente, presión atmosférica, temperatura, forma, cantidad y altura de nubes - Acopio de información meteorológica - Asentamiento y lectura de datos meteorológicos: análisis isobárico, análisis de frentes - Fuentes de información y pronósticos meteorológicos Muestreo en Oceanografía Física - Objetivos del muestreo en oceanografía física - Métodos y procedimientos: Planeación, planillas, lectura de aparatos - Muestreadores: Instalación y métodos de observación y recuperación - Cala oceanográfica tradicional - Descripción del instrumental: botellas, termómetros, clinómetro. C.T.D., descripción del instrumental (sonda, unidad de abordo, cable transmisor y roseta), Batitermómetro desechable XBT, descripción del instrumental - Observaciones de corriente con cuerpos a la deriva, radioboya, radiogonio, correntómetros, pesos muertos, boya, señaladores - Problemas y soluciones en la logística, maniobra y cálculos - Análisis de datos - Trabajos en buques oceanográficos 7.1.1 Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de elaborar, una bitácora en una campaña oceanográfica. - Sea capaz de reconocer, el distinto equipo oceanográfico de que se dispone en la actualidad. - Sea capaz de comprender, como se realizan las observaciones hidrográficas y los muestreos en el mar. - Sea capaz de realizar, una investigación bibliográfica identificando las partes más importantes de una embarcación, así como las distintas técnicas de navegación. 7.2 Material La Facultad de Ciencias Marinas realiza dos cruceros Oceanográficos por año con el apoyo de la Secretaría de Marina. El objetivo es que el estudiante se familiarice con las mediciones oceanográficas así como con el análisis posterior de las mismas. El área de estudio es la Bahía de todos Santos, B. C. (BTS), donde se ejecuta un plan muestreo de los cursos de Oceanografía (Fig. 1). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 66 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Figura 1. Localización de las estaciones donde se realizarán los muestreos en la Bahía de Todos Santos. I. Estación oceanográfica La estación oceanográfica convencionalmente se considera como un punto de observación en el océano, en el que un aparato de muestreo, o instrumentos, se bajan a través de la columna de agua hacia una profundidad planeada, o hasta el fondo del mar. Esto se realiza por medio de un cable, ‘cable hidrográfico’, desde un malacate (‘winch’) sobre un barco. El lance puede realizarse en unos cuantos minutos sobre la plataforma continental o cuando los muestreos son limitados a la capa superficial, y por varias horas en estaciones posicionadas en zonas profundas del océano abierto. II. Datos básicos a medir (bitácora). Los oceanógrafos deben tener mucho cuidado en anotar los datos observados en cada estación, la cual será procesada más tarde para su análisis: 1. Cada estación es identificada con alguna clave, ejemplo: L01-A. 2. La fecha y hora. (Generalmente se usa la hora GMT). 3. La posición geográfica de la estación en coordenadas Latitud y Longitud. 4. El ángulo que el cable hace con la vertical es necesario para obtener una profundidad más real. 5. La temperatura ambiente: Termómetros de bulbo seco y húmedo, para obtener la humedad relativa. 6. Dirección e intensidad del viento con un anemómetro. El viento se mide de donde viene en grados azimutales: 270 0 significa que el viento viene del Oeste. La intensidad se reporta en nudos (1 nudo = 1 milla náutica / hora) o en m/s. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 67 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 7. La presión atmosférica con un barómetro, en BAR o mb (1 Bar= 1 Atmósfera ~ 10 5 Nt/m 2 . La presión atmosférica promedio es 1013 mb). 8. La altura, período y dirección del oleaje: estos datos especifican las condiciones de las olas durante la estación de muestreo. 9. Nubosidad: cobertura de nubes en octas, 4/8 significa 50 % de cielo nublado. La medición de este dato es ambigua pero para cuestiones prácticas se realiza entre 2 observadores. 10. Para el estado del mar: Escala de Beafourt Observaciones específicas 11. La Temperatura Superficial del Mar se obtiene con un termómetro de cubeta. 12. La Temperatura (T) y la salinidad (S) en la columna de agua es obtenida por un perfilador CTD (Conductivity -Temperature- Depth). 13. La Salinidad, S, se determina a partir de la razón de conductividad eléctrica (CTD). A la vez se toman muestras de agua que se procesan en laboratorio para calibrar la Salinidad. 14. La densidad (µ) del agua de mar se calcula a partir de la ecuación de Estado del Agua de Mar, en función de T, S y P (UNESCO, 1991). 7.3 Desarrollo Actividad: - Revisar cada una de las partes de que se compone la bitácora para campaña oceanográfica y llenar una de manera “virtual”. - Posicionar en un mapa de la Bahía de Todos Santos, cada una de las estaciones hidrográficas consideradas en el plan de campaña correspondiente. - Efectuar una búsqueda bibliográfica de las partes más importantes de una embarcación, así como las distintas técnicas de navegación 7.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 68 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 7.5 Bibliografía - Castells-Sanabra M., Mateu-Llevador J., Torralbo-Gavilán J. (2009). Patrón de navegación básica. Universidad Politécnica de Catalunya. 114 pp. - Cienfuentes Lemus, J.L., Torres García, M.P., Frías, M., (1999). El océano y sus recursos VIII. El aprovechamiento de los recursos del mar. Fondo de cultura económica, USA 170 pp. - UNESCO (1991). Processing of Oceanographic Station Data. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 69 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Anexo BITÁCORA DE CRUCERO OCEANOGRÁFICO BAHÍA DE TODOS SANTOS, B. C. FCM, UABC. MES, AÑO Buque " ________________________________", Secretaría de Marina Anotó: Fecha: No. Estación: No. Lance: Hora de inicio: Hora fin: Latitud Latitud Longitud Longitud Profundidad del fondo (ecosonda): Profundidad del lance (cuenta cable): Ángulo del cable: Viento Magnitud : Dirección : Presión Atmosférica: Temperatura Superficial del mar: Estado del Mar: Temperatura bulbo seco: Temperatura bulbo húmedo: Humedad: Tipo de nubes: Cobertura de Nubes (octas): Observaciones : Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 70 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Beaufort Wind Scale and State of the Sea Beaufort Number Descriptive term Viento m/s Appearance of the Sea 0 Calm 0 Sea like a mirror 1 Light Air 1.2 Ripples with appearance of scales; no foam crests 2 Light Breeze 2.8 Small wavelets; crests of glassy appearance, not breaking 3 Gentle breeze 4.9 Large wavelets; crests begin to break; scattered whitecaps 4 Moderate breeze 7.7 Small waves, becoming longer; numerous whitecaps 5 Fresh breeze 10.5 Moderate waves, taking longer to form; many whitecaps; some spray 6 Strong breeze 13.1 Large waves forming; whitecaps everywhere; more spray 7 Near gale 15.8 Sea heaps up; white foam from breaking waves begins to be blown into streaks 8 Gale 18.8 Moderately high waves of greater length; edges of crests begin to break into spindrift; foam is blown in well-marked streaks 9 Strong gale 22.1 High waves; sea begins to roll; dense streaks of foam; spray may reduce visibility 10 Storm 25.9 Very high waves with overhanging crests; sea takes white appearance as foam is blown in very dense streaks; rolling is heavy and visibility reduced 11 Violent storm 30.2 Exceptionally high waves; sea covered with white foam patches; visibility still more reduced 12 Hurricane 35.2 Air is filled with foam; sea completely white with driving spray; visibility greatly reduced Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 71 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 8. Crucero Oceanográfico en la Bahía de Todos Santos 8.1 I ntroducción La Facultad de Ciencias Marinas realiza dos cruceros Oceanográficos por año con el apoyo de la Secretaría de Marina. El objetivo es que el estudiante se familiarice con las mediciones oceanográficas así como con el análisis posterior de las mismas. El área de estudio es la Bahía de todos Santos, B. C. (BTS), donde se ejecuta un plan muestreo de los cursos de Oceanografía (Fig. 1). Figura 1. Localización de las estaciones donde se realizarán los muestreos en la Bahía de Todos Santos. 8.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, participar activamente, en un crucero a bordo de un buque oceanográfico. - Sea capaz de, maniobrar el equipo oceanográfico dentro de un buque. - Sea capaz de, medir en el campo (océano) variables oceanográficas y meteorológicas. 8.2 Material - Bitácora - Escala Beaufort Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Estructura Hidrográfica del Océano Página 72 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 8.2.1 Instrumental - CTD - Winche - Estación meteorológica - Termómetro Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 73 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 8.3 Desarrollo - Navegar e ir tomando medidas hidrográficas y meteorológicas en cada una de las estaciones planificadas. 8.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.) El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 8.5 Bibliografía Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 74 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 9. Masas de Agua y Diagramas T-S 9.1 I ntroducción En el océano, dos de las propiedades más importantes son la Temperatura (T) y la Salinidad (S), las cuales son propiedades independientes que pueden encontrarse en distintas combinaciones en los océanos del mundo, aunque dichas combinaciones están limitadas por ciertos factores físicos. Estos valores están determinados por el clima, así como las interacciones entre océano y atmósfera en lugares muy específicos de la superficie terrestre, lo cuales generan también valores característicos de densidad. A los cuerpos de agua generados en una zona determinada y con cierta combinación T-S se les conoce como masas de agua. Se puede definir que T y S son propiedades conservativas de los océanos, es decir, únicamente pueden ser alteradas en sus fronteras o por procesos de mezcla. Existen otras propiedades llamadas no conservativas, que involucran aquellas que pueden ser modificadas por otros procesos físicos, químicos y biológicos, tal como la concentración de oxígeno disuelto y nutrientes (Rodríguez y Marín, 1999). Una masa de agua es un gran cuerpo de agua cuyas características se mantienen relativamente constantes sobre una gran extensión horizontal, con rangos característicos de valores T-S y se grafica como líneas o puntos en un diagrama TS. El nombre de una masa de agua corresponde al nombre del agua tipo que tiene su máximo porcentaje dentro de la masa de agua. 1. La densidad del agua de mar no es suficiente para identificar una masa de agua, ya que una combinación de temperaturas y salinidades pueden resultar en un valor mismo de densidad. 2. Debido a que las curvas de densidad (σ t ) no son líneas rectas, la mezcla de dos tipos de agua teniendo la misma densidad resultará en una nueva masa de mayor densidad. 9.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, realizar diagramas T-S de datos hidrográficos. - Sea capaz de, interpretar y analizar un diagramas T-S. - Sea capaz de, caracterizar e identificar masas de agua en un diagrama T-S. 9.2 Material Datos hidrográficos Paqueterías MatLab: Seawater Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 75 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 9.3 Desarrollo Ejercicios a resolver: 1. A partir de dos lances de CTD que se anexan, uno en el Atlántico 9 o S (A16C0353_ATL_9S) y otro en el Pacífico 9 o N (06801_PAC_9N): A. Grafique los diagramas (T-S) y θ-S para las dos estaciones, incluya las isolíneas de densidad. B. Cuál de las dos gráficas (T-S) o (θ-S) es la más apropiada para este tipo de figuras ¿Por qué? C. Posicione los puntos de las aguas tipo siguientes: Agua Profunda del Atlántico Norte (APAN), Agua Antártica Intermedia (AAI) y Agua de Fondo Antártica (AFA). Utilice las siguientes propiedades que Identifican estas masas de agua: APAN: θ = 2.5°C; S=34.93 AFA: θ = -1.0°C; S=34.65 AAI: θ = 3°C; S = 34.2 Los datos corresponden a presión (dbar), temperatura T in situ y salinidad S. 2. En una expedición oceanográfica realizada en el Océano Atlántico se han llevado a cabo medidas de temperatura, salinidad y presión (que está relacionada con la profundidad) con el objeto de analizar las distintas masas de agua. En las tablas adjuntas se muestran los valores tomados para estas variables en tres lugares situados a 30.5ºOeste, pero en latitudes diferentes. Recordando la siguiente información correspondiente a las masas de agua que se encuentran en el Atlántico:  Agua Intermedia Antártica (AIA o AAIW). Se forma alrededor de 50°S en el Frente Polar Antártico, tiene una salinidad de 34.25 y una temperatura potencial de 3.5°C. AIA se caracteriza como una capa con un mínimo de salinidad situada por debajo de la termoclina.  Agua Profunda del Atlántico Norte (APAN o NADW). Tiene una salinidad de 34.95 y una temperatura potencial de 3°C, y se forma en torno a 60°N en los Mares de Noruega y Groenlandia. APAN se caracteriza por ser una capa con un máximo de salinidad situada por debajo de AIA.  Agua de Fondo Antártica (AFA o AABW). Se forma alrededor de 65°S cerca del continente Antártico. Tiene una salinidad de 34.65 y una temperatura potencial de - 0.25°C. AFA se caracteriza como una capa con un mínimo de temperatura situada por debajo de APAN. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 76 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Conforme se desplazan las masas de agua de sus lugares de formación se mezclan a lo largo de superficies de densidad constante (mezcla isopicna) y también (pero en menor medida) se mezclan con las masas de agua de distinta densidad situadas por encima y por debajo (mezcla diapicna). Por consiguiente a medida que se alejan las masas de agua de sus fuentes cambian sus valores de temperatura y salinidad hasta que quedan indistinguibles. Teniendo en cuenta lo anterior, realiza las siguientes tareas y responde a las cuestiones que se plantean: 1. Trace en el diagrama T-S que se adjunta en la última página, las curvas T-S correspondientes a cada una de las estaciones que aparecen en las tablas. Indique en cada curva de que estación se trata. 2. Indique cuales son los núcleos o valores centrales de las capas de AFA, APAN y AIA en ese mismo gráfico. 3. Usando la información sobre las masas de agua, indique cual es la estación que se sitúa más al sur. Exponga el razonamiento que le ha llevado a esta conclusión. 4. Usando la información sobre las masas de agua, indique cual es la estación que se sitúa más al norte. Exponga el razonamiento que le ha llevado a esta conclusión. 5. Indique aproximadamente a que presión se encuentra situado el núcleo de cada masa de agua. ESTACIÓN 1 Presión Salinidad Temperatura 0 36.50 27.0 10 36.53 27.0 20 36.53 27.0 30 36.54 26.9 50 36.59 26.8 75 36.73 26.0 100 36.84 24.8 126 36.71 23.2 151 36.36 20.8 201 35.56 15.5 251 35.15 12.3 302 34.92 10.4 403 34.68 8.0 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 77 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 504 34.56 6.6 605 34.50 5.7 706 34.45 5.0 807 34.44 4.4 908 34.49 4.1 1009 34.55 3.9 1110 34.64 3.9 1212 34.73 4.0 1313 34.82 4.1 1414 34.88 4.1 1516 34.92 4.0 1770 34.96 3.7 2024 34.95 3.4 2532 34.93 2.9 3042 34.92 2.7 3553 34.91 2.5 4065 34.83 1.8 4578 34.75 1.0 5093 34.71 0.7 5608 34.69 0.6 ESTACION 2 Presión Salinidad Temperatura 0 37.16 22.7 10 37.16 22.6 20 37.16 22.6 30 37.14 22.4 50 37.09 21.9 75 37.01 21.1 101 36.94 20.3 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 78 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 126 36.84 19.6 151 36.73 19.0 201 36.51 17.8 252 36.32 16.8 302 36.19 16.1 403 35.94 14.5 504 35.74 13.0 605 35.60 11.8 706 35.49 10.7 807 35.41 9.6 908 35.36 8.7 1009 35.32 7.9 1111 35.31 7.3 1212 35.30 6.8 1313 35.29 6.4 1415 35.27 6.1 1516 35.24 5.7 1770 35.15 4.7 2024 35.09 4.2 2533 34.99 3.2 3042 34.94 2.8 3553 34.92 2.6 4065 34.91 2.5 4579 34.90 2.4 5093 34.88 2.4 5608 34.89 2.5 ESTACION 3 Presión Salinidad Temperatura 0 35.51 17.7 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 79 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 10 35.51 17.8 20 35.49 17.8 30 35.49 17.7 50 35.50 17.2 75 35.48 16.3 101 35.49 15.6 126 35.50 15.3 151 35.48 15.0 201 35.39 14.5 252 35.36 14.0 302 35.29 13.4 403 35.02 11.6 504 34.71 9.1 605 34.46 6.9 706 34.34 5.5 807 34.28 4.5 908 34.27 3.9 1009 34.29 3.5 1111 34.31 3.4 1212 34.36 3.0 1313 34.41 2.8 1415 34.47 2.8 1516 34.54 2.8 1770 34.67 2.8 2024 34.77 2.9 2532 34.86 2.9 3042 34.86 2.5 3553 34.79 1.8 4065 34.71 0.8 4578 34.68 0.3 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 80 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 3. 9.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. Salinidad T e m p e r a t u r a º C ······· Isopicnas de σ u Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 81 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 9.5 Bibliografía - Lee Karp-Boss, Emmanuel Boss, Herman Weller, James Loftin, and Jennifer Albright, 2009: Teaching Physics Concepts, The Oceanography Society, Editores: Ellen Kappel and Vicky Cullen. - McDougall, T.J. y P.M. Barker, 2011. Getting started with TEOS-10 and the Gibbs Seawater (GSW) Oceanographic Toolbox, 28pp. SCOR/IAPSO WG127, ISBN 978-0-646-55621-5. - Rodríguez, J.M. y R. Marín. (1999). Fisicoquímica de Aguas. Ediciones Díaz de Santos, España. 467 pp. - http://www.tos.org/hands_on Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 82 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC function diagTS(S,T,P,o) % Función para realizar diagramas TS con inputs: % S : Salinidad % T : Temperatura in situ % P : Presión % Para realizar el cálculo primero se obtiene la temperatura conservativa % y después la densidad potencial if o == 1 theta = gsw_CT_from_t(S,T,P); % Temperatura conservativa theta_sdiag(theta,S); % Diagrama TS elseif o == 0 theta_sdiag(T,S); % Sin temperatura conservativa end %program to compute theta-s diagram function theta_sdiag(theta,s) %% generating background density contours theta=theta(:); s=s(:); smin=min(s)-0.01.*min(s); smax=max(s)+0.01.*max(s); thetamin=min(theta)-0.1*max(theta); thetamax=max(theta)+0.1*max(theta); xdim=round((smax-smin)./0.1+1); ydim=round((thetamax-thetamin)+1); dens=zeros(ydim,xdim); thetai=((1:ydim)-1)*1+thetamin; si=((1:xdim)-1)*0.1+smin; disp(xdim);disp(ydim); for j=1:ydim for i=1:xdim %dens(j,i)=sw_dens(si(i),thetai(j),0); dens(j,i)=gsw_sigma0_CT(si(i),thetai(j)); end end % dens=dens-1000; %[c,h]=contour(si,thetai,dens,floor(min(dens)):0.5:ceil(max(dens)),'k'); [c,h]=contour(si,thetai,dens,'k'); clabel(c,h,'LabelSpacing',1000); xlabel('Salinity (%o)','FontWeight','bold','FontSize',12) ylabel('Theta (^oC)','FontWeight','bold','FontSize',12) %% plotting scatter plot of theta and s; hold on; scatter(s,theta,'.'); clear s theta; Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 83 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 10. Procesamiento de datos de crucero en BTS: variables 1D 10.1 I ntroducción La oceanografía física es una rama de las ciencias del mar que trata de responder a las preguntas acerca de las propiedades físicas del agua de mar, así como sus movimientos. Esto incluye las causas y consecuencias que los generan, por lo cual se presta mucha atención a cualquier interacción con otro medio que tenga. La interacción más importante del océano se da con la atmósfera, con la cual existe un intercambio continuo de calor y de otras sustancias que mantienen un equilibrio gracias a esto (Cifuentes y Torres, 1995). Esta ciencia incluye dos actividades principales: la primera se dedica al estudio directo y a la preparación de cartas sinópticas de las propiedades físicas del océano, como temperatura, densidad, transparencia, presión, punto de ebullición, punto de congelación, calor específico, energía absorbida, entre otras; y la segunda es el estudio teórico de los procesos físicos del mar que intervienen en la circulación del agua oceánica, como corrientes, mezcla, mareas y surgencias para explicar su comportamiento. La parte descriptiva de la oceanografía física se dedica al estudio de las propiedades como temperatura, salinidad, densidad y las causas de dicha distribución. La salinidad se puede definir como la cantidad total de materia disuelta expresada en gramos por kilogramo. El problema con esta descripción es que la salinidad no varía mucho a nivel global, por lo cual no se pueden apreciar estructuras. Esto mismo es un problema, pues no se pueden realizar mediciones directas, por lo cual se han tenido que desarrollar distintos métodos para poder estimarla. El más utilizado consiste en medir la conductividad y aplicar un algoritmo que considera la temperatura para obtener la cantidad de sales disueltas, a esto se le conoce como escala de salinidad práctica. Por otra parte, la temperatura es una de las variables más importantes a medir pues es la que más varía tanto en la horizontal, como en la vertical, haciendo que gran parte de la circulación se pueda explicar entre esta variable y la salinidad (Stewart, 2005). La Facultad de Ciencias Marinas realiza dos cruceros Oceanográficos por año con el apoyo de la Secretaría de Marina. El objetivo es que el estudiante se familiarice con las mediciones oceanográficas así como con el análisis posterior de las mismas. El área de estudio es la Bahía de todos Santos, B. C. (BTS), donde se ejecutó el plan muestreo fue el mostrado en la Figura 1. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 84 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Figura 1. Localización de las estaciones donde se realizarán los muestreos en la Bahía de Todos Santos. El procesamiento de datos de CTD tiene como objetivo producir perfiles limpios de toda clase de errores que pudiera estar presente durante la medición, éste es realizado con las utilerías proporcionadas por el fabricante. Como primer paso, se convierte la información almacenada por el CTD de los distintos sensores en datos de presión, temperatura, conductividad y los parámetros de los sensores auxiliares si se cuenta con ellos. Posteriormente se necesita reducir el ruido de alta frecuencia que presentan los sensores de presión y conductividad; el desfase de tiempo entre las señales de los sensores de temperatura y conductividad; así como el error producido por el movimiento irregular del barco al descender o ascender el CTD. Después estas correcciones se tiene un perfil limpio que puede promediarse y calcular las diferentes variables oceanográficas de interés (UNESCO, 1988). Para calcular salinidad se usaron los algoritmos de Fofonoff y Millard (1983). En el presente trabajo se estudia la distribución de la salinidad, densidad, temperatura, presión, oxígeno disuelto y clorofila en relación con la profundidad de la columna de agua registradas durante tres días a bordo del crucero oceanográfico efectuado con el apoyo de la Secretaría de Marina Armada de México (SEMAR), y se elaboran diagramas T-S para caracterizar las masas de agua presentes dentro de la BTS y sus alrededores. 10.1.1Objetivo Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 85 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Que el alumno: - Sea capaz de, representar de manera gráfica los datos hidrográficos recopilados durante la campaña oceanográfica realizada en la BTS. - Sea capaz de, describir e interpretar la distribución de propiedades hidrográficas en la BTS. - Sea capaz de, realizar diagramas T-S y θ –S de los datos hidrográficos colectados en la BTS. - Sea capaz de, interpretar y analizar los diagramas T-S efectuados durante el estudio de la oceanografía física de la BTS. - Sea capaz de, caracterizar las masas de agua presentes dentro de la BTS y en regiones aledañas, fuera de ésta. 10.2 Material - Datos hidrográficos en la BTS (Por ejemplo: Lances_mzo_2011.zip) - Bitácora realizada durante el crucero oceanográfico en la BTS (Por ejemplo: Bitácora_mzo_2011.dat). - Series de tiempo de datos meteorológicos provenientes de la estación meteorológica Punta Morro administrada por el IIO en la BTS (Por ejemplo: iii_mzo06_12_2011.dat) - Funciones MatLab para el cálculo de propiedades físicas del agua de mar.  CSIRO: SeaWater Toolbox.  Gibbs-SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox 10.3 Desarrollo 1. Graficar todos los perfiles (VARIABLE-vs-Profundidad) de: Temperatura, Salinidad, Densidad, Oxigeno, pH y Fluorescencia. 2. Calcular: Temperatura y densidad potencial, utilizando las funciones respectivas de cada una de las paqueterías (CSIRO y GSW). 3. Hacer un solo diagrama T-S conteniendo todos los valores de T-S medidos, acorde con cada una de las paqueterías. 4. Elaborar un diagrama Theta-S (diagrama temperatura potencial -vs- salinidad) de los datos tomados en la BTS. 10.4 Método de Evaluación Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 86 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 10.5 Bibliografía - Cifuentes, J. y P. Torres. (1995) El océano y sus recursos. Las ciencias del mar: la oceanografía física, matemáticas e ingeniería. Fondo de Cultura Económica. - Stewart, R. (2005) Introduction to Physical Oceanography. Department of Oeanography, Texas A & M University. 353 pp. - Espinosa-Carreón, L., Gaxiola-Castro, G., Robles-Pachecho, J.M. y Nájera-Martínez, S. 2001. “Temperatura, Salinidad, Nutrientes y Clorofila a en aguas costeras de la Ensenada Sur de California”. Ciencias Marinas. 27 (3). 397-422 pps. - Secretaría de Marina (1974). Estudio geográfico de la región de Ensenada, B.C. Cap. IV y X. Oceanología y Aerografía Armada de México. Dirección General de Oceanografía y Señalamiento Marítimo. México, D.F., 57-104 y 311 y 322. - http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_4.html (Consultado el 21 de abril de 2013). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 87 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 11. Procesamiento de datos de crucero en BTS: variables 2D 11.1 I ntroducción Las variables oceanográficas en las que se concentran la mayoría de los estudios realizados dentro de la Bahía de Todos Santos (BTS) están relacionadas con la obtención de datos para los cruceros de IMECOCal (Investigaciones Mexicanas de la Corriente de California) y CalCOFI (California Cooperative Oceanographic Fisheries Investigations). Con las mediciones que se han registrado dentro de la bahía se han realizado promedios de variabilidad climatológica y perfiles químicos de variabilidad temporal en la columna de agua (Linacre & Durazo, 2010). La BTS es una zona que se encuentra ubicada dentro de un límite geofísico denominado Ensenada; se alimenta de la corriente de California (CC), corriente que recorre la costa este de la península de Baja California; es aportadora de nutrientes y modifica las propiedades fisicoquímicas dentro de la Bahía (Hickey, 1993). En la bahía también se han estimado variabilidades de temperatura (Zuñiga, 1977), sobre la tasa de variación estacional con la insolación que genera estacionalidad. En la Bahía de Todos Santos en el Estero de Punta Banda se han hecho estudios de la calidad del agua y otras condiciones ecológicas necesarias, entre ellas la temperatura, salinidad, cantidad de oxígeno disuelto, entre otras, para el desarrollo de especies en cultivo dentro del Estero (Ceseña y Borrego, 1973) y así establecer los cultivos con éxito para que el crecimiento de los organismos se de en un ambiente adecuado. La distribución de la temperatura superficial del mar es la propiedad que mejor se conoce, porque puede medirse con métodos sencillos que pueden ser realizados en los barcos mercantes hasta ser medida desde el espacio. En el océano abierto esta propiedad decrece desde valores de 30 °C o más, cerca del ecuador, hasta -2 °C, cerca del hielo en las altas latitudes. La salinidad es más difícil de determinar y por tanto resulta menos conocida; es relativamente baja en latitudes altas y tiene un máximo subtropical cerca de 25° latitud N y de 25° latitud S, con un mínimo en la franja ecuatorial. Esta distribución está relacionada con las diferencias entre la evaporación y la precipitación, asociada a la variabilidad atmosférica. Tanto la temperatura como la salinidad están distribuidas de manera aproximadamente zonal, con contornos que van de Este a Oeste. Cerca de las costas orientales de los océanos, donde los vientos que soplan a lo largo de la costa pueden producir una corriente media superficial que se aleja de la tierra, agua más profunda (alrededor de 500 m) sube para reemplazar el déficit de ésta desplazada por el efecto del viento, dando lugar al fenómeno conocido como “sugencia”. Esta agua que viene de profundidades mayores, es relativamente más fría y suele ser rica en Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 88 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC sales nutritivas; por tanto, estas zonas se reconocen por ser de alta productividad y por tanto, son ricas en peces y en otras formas de organismos. El océano regula las características del clima y se puede considerar como la "memoria" de la atmósfera, porque en él se deposita la mayoría de los cambios atmosféricos que se van acumulando; en ocasiones estos fenómenos pueden regresar a la atmósfera causando modificaciones (bibliotecadigital.ilce.edu.mx). En el presente trabajo se estudian la distribución de la salinidad, densidad, temperatura, presión, oxígeno disuelto y clorofila tanto en superficie como en la zona de la termoclina, así como la distribución espacial de las variables meteorológicas registradas durante los tres días de campaña oceanográfica a bordo del crucero oceanográfico efectuado con el apoyo de la Secretaría de Marina Armada de México (SEMAR). 11.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, representar de manera gráfica los datos hidrográficos recopilados durante la campaña oceanográfica realizada en la BTS en 2D (superficiales y en la zona de la termoclina). - Sea capaz de, describir la distribución 2D de propiedades hidrográficas en la BTS. - Sea capaz de, analizar la variabilidad hidrográfica espacial existente en la BTS. - Sea capaz de, representar de manera gráfica los datos meteorológicos recopilados durante la campaña oceanográfica realizada en la BTS en 2D. - Sea capaz de, describir la distribución 2D de las variables meteorológicas en la BTS. - Sea capaz de, relacionar la distribución espacial meteorológica con la superficial del océano en la BTS. - Sea capaz de elaborar, un reporte científico-oceanográfico de la campaña realizada. 11.2 Material - Datos hidrográficos en la BTS (Por ejemplo: Lances_mzo_2011.zip) - Bitácora realizada durante el crucero oceanográfico en la BTS (Por ejemplo: Bitácora_mzo_2011.dat). - Series de tiempo de datos meteorológicos provenientes de la estación meteorológica Punta Morro administrada por el IIO en la BTS (Por ejemplo: iii_mzo06_12_2011.dat) - Funciones MatLab para el cálculo de propiedades físicas del agua de mar.  CSIRO: SeaWater Toolbox.  Gibbs-SeaWater (GSW) Oceanographic Toolbox Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 89 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Funciones MatLab para figuras en 2: meshgrid, griddata, contour, contourf, pcolor, surf, clabel. 11.3 Desarrollo 1. Elaborar mapas sinópticos de superficie y en la zona de la termoclina (VARIABLE-vs- Profundidad) de: Temperatura, Salinidad, Densidad, Oxígeno disuelto. 2. Calcular: Temperatura y densidad potencial, utilizando las funciones respectivas de cada una de las paqueterías (CSIRO y GSW), y elaborar mapas sinópticos de superficie y en la zona de la termoclina. 3. Elaborar mapas sinópticos de las variables meteorológicas medidas. 4. Elaborar al menos 2 secciones verticales (dentro y fuera de la BTS) de Temperatura, Salinidad y Densidad. 11.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, una vez transcurridas las 8 semanas de observación y antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 11.5 Bibliografía (y referencias sugeridas para la elaboración del reporte de crucero) - Álvarez Borrego, Josué y Álvarez Borrego, Saúl (1982). Temporal and spatial variability of temperature in two coastal lagoons. CALCOFI Rep., 23: 1-10 pp. - Álvarez Sánchez, Luis Gustavo (1971). Medición de corrientes superficiales en la Bahía Todos Santos, Baja California. Tesis de licenciatura. Escuela Superior de Ciencias Marinas. U. A. B. C. 54 pp. - Canino Herrera Sergio Raúl (1995). “Clorofila “a” y nutrientes en la zona costera de Ensenada del sur de California y su relación con las condiciones físico químicas durante el verano de 1990”. Tesis de maestría. Facultad de Ciencias Marinas. 85p. - Carlucci, A.F., Eppley R.W. and Beers. J.R. (1986). Introduction to the Southern California Bights. In: Plankton Dynamics of the Southern California Bight. R.W. Epply (Ed.). Springer Verlag, Gernmany.373 pp. - Castro, R. et al. (2006). Thermohaline variability and geostrophic circulation in the southern portion of the Gulf of California. Deep-Sea Research I 53 188-200. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 90 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Cifuentes, J. y P. Torres. (1995) El océano y sus recursos. Las ciencias del mar: la oceanografía física, matemáticas e ingeniería. Fondo de Cultura Económica. - Durazo, R.; Ramírez-Manguilar, A.M.; Miranda, L.E.; Soto-Mardones, L.A. (2010), Climatología de variables hidrográficas - Espinoza-Carreón. T; Gaxiola-Castro, Gilberto; Robles-Pacheco, J. M.; Nájera-Martinez, Sila (2001) Temperatura, Salinidad, Nutrientes y Clorofila a en Aguas Costeras de la Ensenada del Sur de California. Ciencias Marinas (2001), 27 (3): 297-422 - Linacre, L.; Durazo, D.; Hernández-Ayón, J.M.; Delgadillo-Hinojosa, F.; Cervantes-Díaz, G.; Lara-Lara, J-R.; Camacho-Ibar, V.; Siqueiros-Valencia, A.; Bazán-Guzmán, C. (2010) Temporal variability of the physic a land chemical water characteristics at a coastal monitoring observatory :Station Ensenada. - Millán, E. (1981) Variabilidad temporal y espacial de nutrientes y fitopancton en una laguna costera, a finales de verano. CICESE, México. 26 pp. - Reid, J.L., Roden, G.I. and Wyllie, J.G. (1958). Studies of the California Current System. CalCOFI Rep., 5: 27– 57. - Stewart, R. (2005) Introduction to Physical Oceanography. Department of Oeanography, Texas A & M University. 353 pp. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 91 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Dinámica Oceánica Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California Responsable(s): Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Número de alumnos por práctica: 8 Propósito General de las Prácticas de Dinámica Oceánica Estudiar, además de las nubes, que es un fenómeno presente en la atmósfera o en la superficie del globo terrestre, otros fenómenos atmosféricos, basándose en las observaciones realizadas a la misma hora y anotadas en mapas geográficos, con el objeto de predecir el estado del tiempo futuro. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 92 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 12. Masas de agua y mezcla 12.1 I ntroducción Se da el nombre de tipo agua a los valores de T y S característicos del agua superficial en una región geográfica donde se origina una masa de agua. El tipo agua es un producto de los procesos de interacción entre el océano y la atmósfera de la región el cual consiste de un rango muy estrecho de T y S, puede ser representado por un punto en un diagrama T-S. Es común referirse a masas de agua tipo o fuentes como miembros terminales. Un tipo de agua se define como un cuerpo de agua que tiene una misma temperatura y salinidad, el cual se grafica como un punto en un diagrama TS. En específico, una masa de agua se define como un gran volumen de agua que puede ser reconocida por tener un área de origen bien delimitada y con propiedades físicas y biológicas distinguibles. En general se hace esta identificación a través de T y S principalmente. Estas aguas no permanecen en el lugar de generación, sino que se desplazan por conservación de masa, de tal forma que pueden ser encontradas en lugares muy alejados, pero siempre conservando sus características principales. Un ejemplo de una masa de agua es el Agua Mediterránea (AM), la cual se forma en el Mediterráneo Noroccidental en invierno por una gran evaporación y enfriamiento, que provoca un gran aumento en la densidad. Esta agua se mezcla verticalmente y desciende hasta los 2000 m, extendiéndose por el Mediterráneo hasta llegar al Estrecho de Gibraltar. Sus características son T = 12.8°C y S = 38.4, con lo que puede ser identificada en cualquier parte del mundo hacia la que logre circular, encontrándose sus efectos en buena parte del Atlántico (Rodríguez y Marín, 1999). Los procesos involucrados en la formación de masas de agua incluyen la convección profunda, la subducción y la mezcla. En cuanto a la convección, se da en lugares poco estratificados como las regiones polares y subpolares, lo cual origina que cuando el agua superficial se hace más densa que la subsuperficial, se hunda. Este aumento de densidad puede producirse por un enfriamiento, o fenómenos relacionados con aumento de salinidad, como la evaporación y la congelación. En las regiones polares se llevan a cabo ambos procesos, intensificando el aumento de la densidad. Por otra parte, la subducción sucede principalmente en regiones subtropicales y se produce por convergencia y el hundimiento lento de aguas oceánicas. Este proceso consiste en un bombeo del agua situada justo por debajo de la capa de mezcla hacia profundidades mayores a lo largo de las isopicnas. Un tercer proceso que provoca la generación de masas de agua es la mezcla, dada simplemente por la interacción de masas previamente formadas (Rodríguez y Marín, 1999). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 93 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Las masas de agua se mezclan muy lentamente con las aguas circundantes, por lo cual tienden a conservar sus temperaturas y salinidades originales, por lo cual es posible identificarlas. Este análisis es importante debido a que brinda información sobre el origen de las masas de agua y también sobre la circulación global a profundidad. Para realizar esto, el oceanógrafo Helland – Hansen inventó un diagrama llamado T-S que relaciona estas variables. La justificación para confiar en este método está basada en que existen combinaciones de T y S limitadas, por lo cual se puede reconocer un número razonable de masas de agua. Además, conocer la densidad no es suficiente para su identificación, pues varias combinaciones de temperatura y salinidad pueden producir la misma densidad. Puede entonces realizarse una gráfica que muestre la variación de ambos parámetros, sobrepuesto a un diagrama de curvas de densidad constante. Para seguir con el análisis se debe definir el concepto de agua tipo, el cual se refiere a una determinada masa de agua con T y S homogéneas que se representan como un punto en el diagrama. Cuando se tienen varias aguas tipo, la mezcla de amas se puede representar con una línea, pues se trata de una relación lineal, en donde cada una contribuye con un porcentaje de las propiedades de T y S (Rodríguez y Marín, 1999). ¿Afecta la densidad a las Corrientes? En el siglo XVII Luigi Marsigli estuvo en la ciudad de Constantinopla para resolver una disputa entre pescadores sobre una corriente profunda en el Bósforo (Figura 1). El Bósforo es un estrecho que fluye entre el Mar Mediterráneo y el Mar Negro. En base a observaciones Marsigli concluyo que en el Bósforo hay una corriente superficial que fluye hacia el Mediterráneo desde el Mar Negro. Figura 1. Posición del Estrecho del Bósforo. El Bósforo es un estrecho (llamado también estrecho de Estambul), que separa la parte europea de la parte asiática de Turquía; divide en dos partes la ciudad Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 94 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC de Estambul y conecta el mar de Mármara con el mar Negro. Tiene una longitud de 30 kilómetros, con una anchura máxima de 3 700 m en la entrada del mar Negro. Su profundidad varía entre 36 y 124 m. (http://es.wikipedia.org/) La idea la probó con un experimento, introduciendo una cuerda suficientemente profunda en el estrecho de tal forma que ambas corrientes (superficial/subsuperficial) fuesen consideradas. La cuerda no estuvo en línea recta pero como si fuera empujada en dos direcciones. Las observaciones de Marsigli dedujeron que había una corriente superficial y una contracorriente profunda. La corriente superficial empujó a la cuerda en la dirección del Mar Mediterráneo. La parte de debajo de la cuerda fue en dirección del Mar Negro. Con esto Marsigli determinó que la corriente cambió de dirección ~8-12 pies bajo la superficie y teorizó que esto se debió a la diferencias de densidad entre los dos mares. Marsigli probó su teoría sobre la densidad tomado muestras de agua del Mediterráneo (más denso) y Mar Negro (menos denso). Argumentó que la baja densidad del Mar Negro se debe a que a la gran influencia de los ríos fluyen sobre él (runoff) y diluyen el agua salada. Midió la salinidad de la superficie y el agua profunda del Bósforo y comprobó su hipótesis. Experimento de Marsigli: Tomó un recipiente el cual lo dividió en dos partes, sobre la división hizo dos orificios, uno en la parte superior y otro cerca del fondo. Llenó un lado de la caja con agua pintada del Mar Negro, y el otro lado con agua del Mediterráneo de diferente color. Al abrir los orificios de la división notó que el agua del Mediterráneo fluyó hacia el compartimiento del agua del Mar negro y viceversa por el orifico de arriba. Se generaron dos corrientes similares a patrón de flujos del Bósforo. 12.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, examinar el efecto de la temperatura y salinidad sobre la densidad del agua de mar. - Sea capaz de, observar las corrientes de densidad. - Sea capaz de, descubrir que, la diferencia de densidades de agua produce estratificación en la columna para formar capas. - Sea capaz de, comprender el proceso de convección profunda y formación de masas de agua asociado a dicho proceso. - Sea capaz de, comprender por qué el océano está estratificado. 12.2 Material Agua de mar pintada de azul Agua con un poco de sal pintada de rojo Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 95 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Agua dulce Hielo Colorante azul y verde Colorante rojo Cuba con fondo plano Cuba con orografía 12.3 Desarrollo Experimento 1. Familiarizarse con la caja de Marsigli. 1. Cerrar la compuerta y los orificios que dividen la caja en dos compartimientos. 2. Llenar un compartimiento de la caja con agua caliente y otro con agua fría hasta que se alcance el orifico superior. 3. Adherir unas cuantas gotas de colorante amarillo del lado del agua caliente. 4. Revolver hasta que el color sea bien mezclado. 5. Registrar la temperatura del agua. 6. Asegurarse que el nivel del agua en ambos lados sea igual. 7. Adherir colorante azul al agua fría de la caja. 8. Revolver y registrar la temperatura. 9. Con un cronómetro medir el tiempo que toma a ambos lados ajustarse. 10. Quitar la compuerta que separa ambos lados y observar que pasa. Experimento 2. Agua dulce-Agua Salada. - Realizar el mismo experimento pero con agua dulce de un lado del compartimiento y agua salada del otro lado. Realizar mediciones de temperatura y salinidad durante el experimento. Experimento 3. Agua de 2 densidades distintas en contacto, en presencia de orografía. 1. Llenar la cuba con agua dulce a temperatura ambiente. 2. Colocar un pedazo de hielo de agua salada en contacto con la superficie del agua dulce. 3. Con un cronómetro medir el tiempo que a la nueva masa de agua recorrer toda la cuba. Ejercicios a resolver: 1. Si se mezclan dos cuerpos de agua: El cuerpo A con salinidad S=36.5 con el cuerpo B de salinidad S=35 para formar 5000 km 3 de agua con salinidad de 35.5. ¿Cuántos m 3 de A y B se mezclan? ¿En qué porcentaje contribuye cada uno en la mezcla? 2. Si se mezclan dos cuerpos de agua: El cuerpo A con salinidad S= 7 se mezcla con el cuerpo B de salinidad S= 38 para formar 300 km 3 de agua a una salinidad de 32.5. ¿Cuántos m 3 de A y B se mezclan? ¿En qué porcentaje contribuye cada uno en la mezcla? Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 96 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 3. Dados los siguientes tipos de agua: T ( o C) Salinidad W 17.0 35.96 X 4.9 34.15 Y 3.8 35.09 Z 0.5 34.65 Encuentre: a) La proporción de mezcla entre W y X si la temperatura es de 8.3 °C b) La proporción de mezcla entre Y y Z si la temperatura es de 2.9 °C c) La proporción de mezcla entre X y Y si la salinidad es de 34.7 d) La proporción de mezcla entre W, X y Y si la temperatura es de 6 °C y la salinidad de 34.6. 12.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 12.5 Bibliografía - Brenner, M., and H. Stone, 2000: Modern classical physics through the work of G. I. Taylor. Phys. Today, 53, 30–35. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 97 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 13. Estratificación y mezcla vertical 13.1 I ntroducción La circulación oceánica forzada directamente por el viento ocupa el kilómetro superior del océano. Por debajo se encuentra una vasta masa de agua que se extiende hasta los 4 o 5 kilómetros. El agua en esa capa es muy fría, con una temperatura potencial menor a 4 grados centígrados (la temperatura "in situ", es decir, en el lugar, puede ser tan baja como 2 grados bajo cero (Stewart, 2006). Estratificación se refiere a la organización de masas de agua en capas de acuerdo a su densidad. La densidad del agua aumenta con la profundidad, pero no a ritmo constante. En regiones de mar abierto (con la excepción de los mares polares), la columna de agua se caracteriza generalmente por tres capas diferenciadas: una capa de mezcla superior, la termoclina y una zona profunda de agua densa y más fría en la que la densidad crece lentamente con la profundidad. Una característica importante de la distribución de muchas de las propiedades de agua oceánica es que están estratificadas más o menos horizontalmente. Esto quiere decir que los gradientes horizontales de una propiedad suelen ser mucho menores que los verticales. Por ejemplo, en las cercanías del ecuador, la temperatura de agua puede variar desde 25 o C en superficie hasta 5 o a 1000 metros de profundidad. Sin embargo, los gradientes horizontales existen y por lo tanto las propiedades del agua oceánica están distribuidas en tres dimensiones (Vidal, 2006). Las variaciones de salinidad en las regiones del océano abierto generalmente tienen un efecto menor en la densidad que las variaciones de temperatura. En otras palabras, la densidad del agua del mar en océano abierto está principalmente controlada por las variaciones de temperatura. En contraste con esto, en las regiones costeras afectadas por la entrada de grandes aguas fluviales y en las regiones polares donde se forma y funde el hielo, la salinidad desempeña un papel importante para la determinación de la densidad del agua y su estratificación. El análisis de la distribución global de la temperatura y salinidad de agua de mar ha demostrado que inmensos volúmenes de agua marina se pueden distinguir por características únicas de temperatura y salinidad. Las masas de agua son identificables porque el agua de superficie tiende a circular dentro de amplios márgenes latitudinales, adquiriendo temperatura y salinidad características, determinadas por las condiciones de calentamiento, enfriamiento, precipitación y evaporación. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 98 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC También el agua que se hunde en una región posee las características del agua superficial de esa región. Por lo tanto, cuando una masa de agua se hunde y fluye hacia otra zona, sus características físicas pueden servir como indicadores de su origen. De esta manera, se puede seguir la trayectoria de una masa de agua a través de miles de km desde su origen, observando solamente su temperatura y salinidad. Las masas de agua oceánica se dividen convencionalmente en superficiales, intermedias y profundas (Vidal, 2006). Mezclar las capas estratificadas requiere trabajo. La energía necesaria para mezclar es, como mínimo, la diferencia de energía potencial entre el fluido mezclado y el estratificado (algo de la energía, con frecuencia la mayoría, se pierde en forma de calor). Por tanto, cuanto más estratificada esté la columna de agua se requerirá más energía para la mezcla vertical (Denny, 1993). La densidad tiene una importancia fundamental para la circulación oceánica de gran escala. Un incremento en la densidad del agua de la superficie a través de un descenso de la temperatura o un incremento de la salinidad dá lugar a una inestabilidad gravitacional y por tanto, genera un hundimiento de aguas superficiales a profundidades. Una vez que una masa de agua en hundimiento alcanza la profundidad a la que su densidad coincide con la densidad ambiente, la masa fluye horizontalmente, a lo largo de las “superficies” de igual densidad. Este proceso de formación de agua densa y subsiguiente hundimiento es el motor de la circulación termohalina en el océano. Dentro de la capa de mezcla superior, la mezcla convectiva ocurre debido a la pérdida de calor de las aguas superficiales (mezcla inducida por el cambio de densidad) y debido al forzamiento por el viento y las olas (mezcla inducida mecánicamente). 13.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, examinar el efecto de la temperatura y salinidad sobre la densidad del agua de mar. - Sea capaz de, descubrir que la diferencia de densidades de agua produce estratificación en la columna para formar capas. - Sea capaz de, comprender como se lleva a cabo el proceso de mezcla en un océano estratificado y no estratificado. - Sea capaz de, describir el papel que juega el viento en dicho proceso. - Sea capaz de, analizar el proceso de convección que se lleva a cabo por la interacción de una masa de agua congelada y otra sin congelar. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 99 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 13.2 Material Materiales • Tanque con agua del grifo • Tanque que contenga fluido estratificado • Secador de pelo • Colorante alimentario (dos colores diferentes) • Pipetas largas • Un hielo de agua de mar de la bahía congelada y coloreada • Un recipiente con agua de mar a temperatura ambiente • Un recipiente con agua de mar fría Metodologia - Preparar un tanque con agua dulce. - Preparar un tanque con fluido estratificado en dos capas, llene el tanque con una solución fuertemente salina hasta su mitad o tres cuartas partes y complemente con agua dulce sin agitar ni mezclar los fluidos. 13.3 Desarrollo Procedimiento. La cuba es dividida tapando los orificios por donde circula el agua de un lado a otro. En uno de los lados se coloca agua dulce a temperatura ambiente, y el otro extremo se llena con agua salada. En cuanto se tiene llena la cuba con estas masas de agua con sus respectivas características se le agrega colorante rojo al agua salada y se mezcla. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 100 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Actividades  Predecir en qué tanque un colorante introducido en la superficie se mezclará más fácilmente en todo el tanque.  En la parte del tanque con la columna de agua sin colorante (agua aún no estratificada), inyecte con una pipeta larga unas pocas gotas de colorante en la superficie del agua.  Induzca un forzamiento con “viento” que fluya aproximadamente paralelo a la superficie del fluido, y observe cómo se mezcla el colorante. Abra los orificios de la división de la cuba, de manera que genere un fluido estratificado en 2 capas, como lo hizo en la práctica del experimento de Marsigli.  Con el tanque que contiene el fluido en dos capas, use la pipeta larga para inyectar cuidadosamente unas pocas gotas de colorante en la superficie y unas pocas gotas de un colorante diferente en el fondo del tanque.  Usando el secador, generad un viento similar al del paso2. Compare sus observaciones con lo observado en el tanque no estratificado. Leer alguna de las publicaciones indicadas en la bibliografía (en letra NEGRITA) y responder: ¿Cómo afecta la estratificación en los procesos biológicos y biogeoquimicos en el océano? ¿Cómo podría llevarse a cabo la mezcla entre capas profundas del océano y la superficie del mismo en ausencia de viento? Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 101 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Discuta en grupo algunos efectos potenciales del calentamiento global sobre la estratificación y mezcla en océanos y lagos ¿Cuáles podrían ser las consecuencias para los organismos marinos? 13.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 13.5 Bibliografía Bibliografia  Behrenfeld,M.J., R.OíMalley, D.Siegel, C.McClain, J.Sarmiento, G.Feldman, A.Milligan, P.Falkowski, R.Letelier, and E.Boss, 2006. Climate-driven trends in contemporary ocean productivity. Nature 444:752–755.  Denny, M.W.1993. Air and Water: The Biology and Physics of Life ís Media. Princeton University Press, Princeton, NJ, 360pp.  Doney, S.2006. Plankton in a warmer world. Nature 444:695–696.  Stewart,R, 2006: Introduction to Physical Oceanography. Department of Oceanography, Texas A & M University. 344 pp.  Vidal, C.P., 2012: Movimientos de agua en la plataforma continetal, G.IO.C, Universidad de Cantabria.  Visser, A.2007. Bio mixing of the oceans. Science 316:838 Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 102 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 14. Convección y doble difusión 14.1 I ntroducción Una de las propiedades físicas del agua que se caracteriza y se define como el cociente de la masa en un volumen determinado es la densidad, esta propiedad se encuentra definida por el efecto de la temperatura. En el agua de mar se tienen diferentes propiedades físicas a las de dulce, las cuales varían de acuerdo a la cantidad de sales, sustancias inorgánicas en suspensión y gases disueltos. La relación entre la temperatura y el océano consiste en que las sale disueltas en el agua de mar hacen descender su temperatura incluso llevarla más rápido al punto de congelación, la densidad en el agua de mar es directamente proporcional a su salinidad, cuando existe una mayor cantidad de sales, también habrá una masa superior por unidad de volumen. La densidad también puede variar con la profundidad, por lo que podemos encontrar una estratificación en el agua de mar, esta estratificación se da por la separación horizontal de diferentes capas con características particulares. Por ello si la densidad aumenta con la profundidad la estratificación será estable debido a que las capas más pesadas se encontraran en el fondo, pero si hay un cambio en la profundidad no será estable la estratificación por lo que en el océano se pueden dar cambios al hundimiento de las capas pesadas que se encontraban en superficie. El oceanógrafo noruego Hellan Hansen propuso hacer uso de la relación entre la salinidad y la temperatura, esta relación ayuda para caracterizar una masa de agua, ya que podemos encontrar masas de agua con la misma densidad pero que tengan una variación en temperatura o salinidad, por ello según Hansen cada masa de agua se encuentra definida por un diagrama de temperatura-salinidad. El estudio de las diferentes masas de agua y la determinación de la densidad producida por la relación temperatura-salinidad, es una de las operaciones de gran importancia para la oceanografía física, debido a que crea los conocimientos para entender toda la dinámica del océano y proporciona las bases para establecer la síntesis sobre los movimientos del agua del mar. Las corrientes que se encuentran ligadas a diferencias de temperatura y salinidad son las corrientes de densidad, estas se mueven a lo largo de las zonas de igual densidad a diferentes profundidades en el océano. En el océano intervienen los vientos los cuales impulsan hacia alta mar las aguas superficiales que son reemplazadas en la costa por aguas profundas, pero también hay vientos que intervienen que empujan hacia la costa las aguas de alta mar, que se hunden y vuelven hacia ella a cierta profundidad, como resultado de estos vientos se originan eventos de surgencia, lo cual lleva un ascenso de las aguas profundas 2 . El análisis global de la Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 103 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC temperatura y salinidad han demostrado que las masas de agua son identificables, porque el agua de superficie tiende a circular dentro de amplios márgenes latitudinales, donde va adquiriendo temperatura y salinidad características que se encuentran determinadas por condiciones de calentamiento, enfriamiento, precipitación y evaporación. La circulación profunda del océano es muy importante, ya que determina la estratificación vertical del mismo y porque modula el clima. Ésta es impulsada por la mezcla vertical, que es más grande por encima de las cordilleras oceánicas, montes submarinos, y en corrientes limítrofes fuertes. La circulación profunda es demasiado débil como para ser medida directamente, se infiere a partir de observaciones de las masas de agua definidas por su temperatura y la salinidad (Steward, 2008), ésta se debe a la mezcla, no por el hundimiento de agua fría en las altas latitudes. Munk y Wunsch (1998) señalan que la convección profunda en sí misma conduce a un estancamiento profundo, una piscina (pool) de agua fría. En este caso, la circulación profunda se limita a las capas superiores del océano; mezcla o “surgencia” son necesarias para bombear el agua fría hacia arriba a través de la termoclina e impulsar la circulación profunda. Los vientos y las mareas son la fuente primaria de energía conduciendo la mezcla. Marotzke y Scott (1999) señalan que la convección profunda y mezcla son procesos muy diferentes. La convección reduce la energía potencial de la columna de agua, y se auto alimenta. La mezcla en un fluido estratificado aumenta la energía potencial, y que deben ser impulsadas por un proceso externo (Steward, 2008). 14.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, explicar el proceso de convección en altas latitudes. - Sea capaz de, determinar el efecto de la presencia de una costa o plataforma continental en el proceso de convección en el océano. 14.2 Material - Hielo de agua de mar coloreado - Hielo de agua dulce coloreado - Agua de mar fría - Agua de mar a temperatura ambiente 14.3 Desarrollo Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 104 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Coloque el hielo coloreado en cada uno de los recipientes que contienen agua de mar a diferentes temperaturas (primero en uno, y luego en otro). 1. Al colocar el cubito de hielo en el contenedor lleno de agua de mar fría, a medida que el hielo se funde, observe y explique el comportamiento de los fluidos. 2. Al colocar el cubito de hielo en el contenedor lleno de agua de mar a temperatura ambiente, a medida que el hielo se funde, observe y explique el comportamiento de los fluidos. Compare ambas observaciones. 3. Observe si el comportamiento del fluido en los tanques depende de si el hielo está cerca de las paredes del tanque o en el centro del tanque y relacione estas observaciones con escenarios oceánicos semejantes (por ejemplo, chimeneas de convección en el océano abierto –vs- convección en la plataforma). 14.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.), de lo contrario no podrá salir del laboratorio. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 105 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 14.5 Bibliografía  Granachaud, A. and C., Wunsch, 2002: Cycles. Global Biogeochemistry. 16, 1057.  Marotzke J., and J.R. Scott, 1999: Convective mixing and the thermohaline circulation. Journal of Physical Oceanography 29 (11): 2962–2970.  Steward, H., 2008: Introduction to physical Oceanography. Department of Oceanography. Texas A&M University.  Wunsch C., 2002: What is the thermohaline circulation? Science 298 (5596): 1179–1180. http://kmacgill.com/documents/thermohaline_circulation.pdf  1 http://www.fisica.uson.mx/manuales/mecyfluidos/mecyflu-lab10.pdf  2 http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_12.html Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 106 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Práctica 15. Orrientes geostróficas 15.1 I ntroducción El objetivo de la dinámica de fluidos geofísicos es el estudio de los procesos naturales que ocurren a grandes escalas principalmente en la Tierra. Los problemas típicos de esta ciencia involucran las variaciones en la atmósfera y el océano con fenómenos como el cambio del estado del tiempo, la propagación de ondas, vórtices y corrientes. Históricamente ha surgido como una necesidad el estudio de todos estos fenómenos, pues las condiciones del océano son algo que se quiere saber siempre que se planean actividades en zonas costeras, como exploración para comercio, turismo, pesquerías e incluso guerras. Es gracias a los avances en la dinámica de fluidos geofísicas que hoy en día se pueden predecir los caminos a seguir por huracanes, la altura del oleaje, la presencia de tsunamis, todo esto hace que sea un conocimiento invaluable en cuanto a planeación de protección se refiere (Cushman y Beckers, 2010). Al lidiar con las ecuaciones de movimiento, los científicos se han encontrado con el problema de que son expresiones demasiado complejas y con variables demasiado difíciles de medir en ocasiones; lo cual hace que su solución analítica no se haya podido encontrar hasta hoy en día. Sin embargo se puede trabajar con casos especiales, en los cuales se pueda considerar que ciertos términos son despreciables, y que se pueda obtener una solución analítica que brinde un panorama parcial del movimiento de dicho fluido. Uno de estos casos es considerar que la fuerza de Coriolis es tan importante por efectos de la rotación, que los términos temporales, advectivos y de viscosidad son prácticamente nulos. De esta manera se obtiene que la fuerza de Coriolis se balancee únicamente con el gradiente de presión y dicho balance genera una corriente en dirección perpendicular a ambos denominada corriente geostrófica (Pond and Pickard, 1978). Dadas las imposibilidades económicas y tecnológicas que se tienen hoy en día para hacer mediciones continuas y que cubran grandes extensiones y rangos de profundidades, se han tenido que desarrollar métodos que permitan conocer un panorama general de la circulación, al menos en zonas oceánicas. Esto involucra el cálculo de las velocidades geostróficas a partir del concepto de potenciales de gravedad, lo cual se refiere únicamente a realizar una estimación de la fuerza ejercida por algo sometido a la gravedad en cada punto del muestreo. Este concepto es útil porque se puede calcular a partir de la temperatura, salinidad y presión, de tal forma que al realizarse el cálculo en dos lugares se puede obtener el gradiente y de ahí derivar las velocidades. Este es un método que asumen que a cierta profundidad determinada Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 107 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC no existe movimiento alguno, por lo cual se hace el cálculo de todas las velocidades considerando la resta entre la zona a calcular y la velocidad de referencia de acuerdo con la siguiente fórmula: [ ] Esta fórmula se conoce como la forma estándar de la ecuación geostrófica y considera L (distancia entre muestreos) que generalmente es mayor a 10000m, f (fuerza de Coriolis) que depende de la latitud y la diferencia entre los potenciales. El resultado es un perfil de velocidades que geográficamente corresponde al sitio medio entre las estaciones y que va en dirección perpendicular a la línea que une a las estaciones (Pond and Pickard, 1978). 15.1.1Objetivo Que el alumno: - Sea capaz de, calcular corrientes geostróficas a partir de datos hidrográficos. - Sea capaz de, describir las corrientes indirectas asociadas con el campo de masa en un área determinada del océano a partir de datos hidrográficos. 15.2 Material - Leer el capítulo 8 del libro: Introductory Dynamical Oceanography de S. Pond y G. L. Pickard - Software MATLAB para el cálculo de las velocidades geostróficas y la elaboración de gráficas. 15.3 Desarrollo A partir de las componentes del balance geostrófico: 1 p fu y µ c + = ÷ c ; 1 p fv x µ c ÷ = ÷ c Se demostró en clase teórica que: vo dz x f g v o + c c ÷ = } µ µ uo dz y f g u o + c c ÷ = } µ µ Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 108 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Asumiendo que u o =0, v o = 0, µ o es la densidad media en la columna, y µ la densidad potencial. 1. Calcule la velocidad geostrófica en la componente correspondiente a partir de dos lances hidrográficos de la tabla de datos de abajo. 2. Obtener la densidad para cada lance. La integral la deberá resolver del fondo del lance (1000 m) hasta la superficie. 3. Grafique la velocidad geostrófica -vs- Profundidad. Deberá hacer uso de la siguiente fórmula para el cálculo del potencial: ̅ ( ) ̅ Posteriormente calcular la velocidad geostrófica utilizando la forma práctica de la ecuación geostrófica. Repetir el mismo ejercicio con las funciones de MatLab. Calcular la distancia entre 2 puntos con sw_dist, la densida sw_dens....etc. Tabla I. Complementar la tabla calculando los potenciales en la estación A a diferentes profundidades. Depth (m) T °C S Sigma-t Δs,t δs,p δr,p δ 0 5.99 33.71 26.56 148 25 6 33.78 26.61 144 50 10.3 34.86 26.81 125 75 10.3 34.88 26.83 123 100 10.1 34.92 26.89 117 150 10.25 35.17 27.06 101 200 8.85 35.03 27.19 89 300 6.85 34.93 27.41 68 400 5.55 34.93 27.58 52 600 4.55 34.95 27.71 39 800 4.25 34.95 27.74 37 1000 3.9 34.95 27.78 33 ̅ ̅ ∅ Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 109 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Tabla II. Complementar la tabla calculando los potenciales en la estación B a diferentes profundidades Depth (m) T °C S Sigma-t Δs,t δs,p δr,p δ 0 13.04 35.62 26.88 118 25 13.09 35.63 26.88 118 50 13.07 35.63 26.88 118 75 13.05 35.64 26.89 117 100 13.05 35.62 26.88 118 150 13 35.61 26.88 118 200 12.65 35.54 26.9 116 300 11.3 35.36 27.02 105 400 8.3 35.09 27.32 76 600 5.2 34.93 27.61 49 800 4.2 34.92 27.73 38 1000 4.2 34.97 27.77 34 Tabla III. Calcular las velocidades geostróficas a partir de los geopotenciales. Depth (m) Vrel (m/s) 0 25 50 75 100 150 200 300 400 600 800 1000 ̅ ̅ ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 110 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 15.4 Método de Evaluación Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.), de lo contrario no podrá salir del laboratorio. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado. 15.5 Bibliografía  Cushman, B. y Beckers, J., 2010: Introduction to geophysical fluid dynamics. Academic Press 768 pp.  Pond, S. y Pickard, G., 1978: Introductory dynamical oceanography. Institute of oceanography, UBC. 263 pp.  Stommel, H., 1965: The Gulf Stream, a Physical and Dynamical Description. UC Press, California. 243 pp. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 111 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Anexo Las formulas Sea-Water CSIRO para calcular la velocidad geostrófica: function vel = sw_gvel(ga,lat,lon)% SW_GVEL Geostrophic velocity %=================================================================== % vel = sw_gvel(ga,lat,lon);Calculates geostrophic velocity given the geopotential anomaly and position of each station. % % INPUT:ga = geopotential anomoly relative to the sea surface. % % lat = latitude % OUTPUT: % vel = geostrophic velocity RELATIVE to the sea surface. % dim(m,nstations-1) SW_GPAN Geopotential anomaly %====================================================================== [ga] = sw_gpan(S,T,P) % DESCRIPTION: % Geopotential Anomaly calculated as the integral of svan from the % the sea surface to the bottom. Thus RELATIVE TO SEA SURFACE. % P = Pressure [db] % (P may have dims 1x1, mx1, 1xn or mxn for S(mxn) ) % OUTPUT:ga= m^2 s^-2 function [dist,phaseangle] = distance(lat,lon,units) % SW_DIST Distance between two lat,lon coordinates %=================================================================== % SW_DIST $Revision: 1.4 $ $Date: 1994/10/10 04:55:23 $ % Copyright (C) CSIRO, Phil Morgan & Steve Rintoul 1992. % % USAGE: [dist,phaseangle] = distance(lat,lon {,units} ) % % DESCRIPTION: % Calculate distance between two positions on glode using the "Plane % Sailing" method. Also uses simple geometry to calculate the bearing of % the path between position pairs. % % INPUT: % lat = decimal degrees (+ve N, -ve S) [- 90.. +90] % lon = decimal degrees (+ve E, -ve W) [-180..+180] % units = optional string specifing units of distance % 'nm' = nautical miles (default) % 'km' = kilometres % % OUTPUT: % dist = distance between positions in units % phaseangle = angle of line between stations with x axis (East). Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 112 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC % Range of values are -180..+180. (E=0, N=90, S=-90) % % AUTHOR: Phil Morgan and Steve Rintoul 92-02-10 % % DISCLAIMER: % This software is provided "as is" without warranty of any kind. % See the file sw_copy.m for conditions of use and licence. % % REFERENCE: % The PLANE SAILING method as descriibed in "CELESTIAL NAVIGATION" 1989 by % Dr. P. Gormley. The Australian Antartic Division. %================================================================== % CALLER: general purpose % CALLEE: none %---------------------- % CHECK INPUT ARGUMENTS %---------------------- if nargin > 3 error('sw_dist.m: No more than 3 arguments allowed') elseif nargin==3 if ~isstr(units) error('sw_dist.m: units argument must be string') end %if elseif nargin==2 units = 'nm'; % default units else error('sw_dist.m: wrong number of arguments') end%if [mlat,nlat] = size(lat); if mlat~=1 & nlat~=1 error('sw_dist.m: lat, lon must be vectors. No matrices allowed') else if mlat == 1 Transpose = 1; % row vector passed in else Transpose = 0; % accept column vector end%if end%if lat = lat(:); %force to column vectors lon = lon(:); if length(lat)~=length(lon) error('sw_dist.m: lat and lon must have same number of elements') end%if %----------------- % DEFINE CONSTANTS %----------------- DEG2RAD = (2*pi/360); RAD2DEG = 1/DEG2RAD; DEG2MIN = 60; DEG2NM = 60; Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 113 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC NM2KM = 1.8520; % Defined in Pond & Pickard p303. % BEGIN npositions = length(lat); ind=1:npositions-1; % index to first of position pairs dlon = diff(lon); if any(abs(dlon)>180) flag = find(abs(dlon)>180); for ii=1:length(flag) dlon(flag(ii))= -sign(dlon(flag(ii))) * (360 - abs(dlon(flag(ii))) ); end %for end %if latrad = abs(lat*DEG2RAD); dep = cos( (latrad(ind+1)+latrad(ind))./2 ) .* dlon; dlat = diff(lat); dist = DEG2NM*sqrt(dlat.^2 + dep.^2); % in n.miles if strcmp(units,'km') % defaults to n.miles dist = dist * NM2KM; end %if % CALCUALTE ANGLE TO X AXIS phaseangle = angle(dep+dlat*sqrt(-1))*RAD2DEG; if Transpose dist = dist'; phaseangle = phaseangle'; end %if return %-------------------------------------------------------------------- function dens = sw_dens(S,T,P) % SW_DENS Density of sea water %========================================================================= % SW_DENS $Revision: 1.3 $ $Date: 1994/10/10 04:39:16 $ % Copyright (C) CSIRO, Phil Morgan 1992. % % USAGE: dens = sw_dens(S,T,P) % % DESCRIPTION: % Density of Sea Water using UNESCO 1983 (EOS 80) polynomial. % % INPUT: (all must have same dimensions) % S = salinity [psu (PSS-78)] % T = temperature [degree C (IPTS-68)] % P = pressure [db] % (P may have dims 1x1, mx1, 1xn or mxn for S(mxn) ) % % OUTPUT: % dens = density [kg/m^3] % % AUTHOR: Phil Morgan 92-11-05 ([email protected]) % Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 114 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC % DISCLAIMER: % This software is provided "as is" without warranty of any kind. % See the file sw_copy.m for conditions of use and licence. % % REFERENCES: % Fofonoff, P. and Millard, R.C. Jr % Unesco 1983. Algorithms for computation of fundamental properties of % seawater, 1983. _Unesco Tech. Pap. in Mar. Sci._, No. 44, 53 pp. % % Millero, F.J., Chen, C.T., Bradshaw, A., and Schleicher, K. % " A new high pressure equation of state for seawater" % Deap-Sea Research., 1980, Vol27A, pp255-264. %========================================================================= % CALLER: general purpose % CALLEE: sw_dens0.m sw_seck.m % UNESCO 1983. eqn.7 p.15 %---------------------- % CHECK INPUT ARGUMENTS %---------------------- if nargin ~=3 error('sw_dens.m: Must pass 3 parameters') end %if % CHECK S,T,P dimensions and verify consistent [ms,ns] = size(S); [mt,nt] = size(T); [mp,np] = size(P); % CHECK THAT S & T HAVE SAME SHAPE if (ms~=mt) | (ns~=nt) error('check_stp: S & T must have same dimensions') end %if % CHECK OPTIONAL SHAPES FOR P if mp==1 & np==1 % P is a scalar. Fill to size of S P = P(1)*ones(ms,ns); elseif np==ns & mp==1 % P is row vector with same cols as S P = P( ones(1,ms), : ); % Copy down each column. elseif mp==ms & np==1 % P is column vector P = P( :, ones(1,ns) ); % Copy across each row elseif mp==ms & np==ns % PR is a matrix size(S) % shape ok else error('check_stp: P has wrong dimensions') end %if [mp,np] = size(P); % IF ALL ROW VECTORS ARE PASSED THEN LET US PRESERVE SHAPE ON RETURN. Transpose = 0; if mp == 1 % row vector P = P(:); T = T(:); S = S(:); Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 115 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Transpose = 1; end %if %***check_stp %------ % BEGIN %------ densP0 = sw_dens0(S,T); K = sw_seck(S,T,P); P = P/10; % convert from db to atm pressure units dens = densP0./(1-P./K); if Transpose dens = dens'; end %if return %-------------------------------------------------------------------- Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 116 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Anexos Normas Generales de Seguridad e Higiene 1. El uso de bata es obligatorio. 2. Antes de empezar el trabajo en el laboratorio tienes que familiarizarte con los elementos de seguridad disponibles. 3. Es necesario localizar las salidas principales y de emergencia por si se diese el caso de una evacuación por fuego o por cualquier otro incidente, así como conocer la localización exacta de extintores, duchas de seguridad y duchas de ojos. 4. Es obligatorio usar gafas de seguridad siempre que se esté en el laboratorio. 5. No usar lentes de contacto en el laboratorio, ya que en caso de accidente las salpicaduras de productos químicos o sus vapores pueden pasar detrás de las lentes y provocar lesiones en los ojos antes de poder retirar las lentes. En estos casos es recomendable el uso de gafas graduadas o de gafas de seguridad cerradas. 6. Sí un producto químico te salpica los ojos, utiliza inmediatamente una ducha de ojos y lava completamente el ojo afectado durante 15 minutos sin interrupción. Actúa siempre con urgencia, en menos de 10 segundos. No dirijas una corriente de alta presión de agua de un grifo directamente al ojo porque podrías lesionarlo. Informa al encargado del laboratorio de lo que ha sucedido y si es necesario pide asistencia médica. 7. El uso de bata (preferentemente de algodón) es obligatorio, ya que por mucho cuidado que se tenga al trabajar, las salpicaduras de productos químicos son inevitables. 8. Así mismo se recomienda llevar zapatos cerrados y no sandalias. 9. No comer ni beber en el laboratorio, ya que hay la posibilidad de que los alimentos o bebidas se hayan contaminado con productos químicos. 10. Los recipientes del laboratorio nunca deben utilizarse para el consumo y conservación de alimentos y bebidas; tampoco las neveras u otras instalaciones destinadas al empleo en los laboratorios. 11. Lavarse siempre las manos después de hacer cualquier análisis y antes de salir del laboratorio. 12. Procure quitarse la bata hasta que salga del laboratorio. 13. Está prohibido fumar en el laboratorio por razones higiénicas y de seguridad. 14. No inhales, pruebes o huelas productos químicos si no estás debidamente informado. 15. Cerrar herméticamente los frascos de productos químicos después de utilizarlos. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 117 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC 16. Para pipetear los líquidos utilice siempre una bombilla pipeteadora, no absorber directamente con la boca. 17. Cuando caliente tubos de ensaye hágalo siempre en la parte superior del líquido y con agitación suave, nunca por el fondo del tubo, y debe estar inclinado y no apuntar hacia ninguna persona. 18. No deben transportarse innecesariamente los reactivos de un sitio para otro del laboratorio. Sí tuviese que hacerlo, tenga cuidado con las botellas, las cuales deben ser siempre transportadas cogiéndolas por el fondo, nunca por la boca de la botella. 19. El área de trabajo tiene que mantenerse siempre limpia y ordenada, sin libros, abrigos, bolsas, productos químicos vertidos. 20. La conducta en el laboratorio debe ser seria, sin bromas, sin correr, jugar, empujar, gritar, etc. 21. No se puede hacer ningún experimento no autorizado. 22. No utilices nunca un equipo o aparato sin conocer perfectamente su funcionamiento. 23. No utilices material de cristal en mal estado ya que aumenta el riesgo de accidentes. 24. El material y los aparatos utilizados tienen que dejarse siempre limpios y en perfecto estado de uso. 25. Todos los productos químicos tienen que ser manejados con mucho cuidado de acuerdo con las Hojas de Seguridad de cada una de las sustancias. 26. No inhales los vapores de productos químicos y trabaja siempre en vitrinas extractoras, especialmente cuando manipules productos tóxicos, irritantes, corrosivos o lacrimógenos. Medidas Generales en Caso de Accidente Plan general de emergencia - Dar la alarma. - Ponerse a salvo. - Ayudar a las personas. - Luchar contra el fuego. - Avisar al responsable del departamento. - Evacuación del edificio en caso necesario. - Avisar a ambulancias, bomberos. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 118 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC Fuego en el laboratorio - Evacuar el laboratorio, por pequeño que sea el fuego, por la salida principal o por la salida de emergencia, sí la principal está bloqueada. - Avisar a todos los compañeros de trabajo sin que se extienda el pánico y conservando siempre la calma. - Sí el fuego es pequeño y localizado, apagarlo utilizando un extintor adecuado, arena cubriendo el fuego con un recipiente de tamaño adecuado que lo ahogue. - Retirar los productos químicos inflamables que estén cerca del fuego. No utilices nunca agua para extinguir un fuego provocado por la inflamación de un disolvente. - Para fuegos grandes aislar el fuego, utilizar los extintores adecuados, sí el fuego no se puede controlar rápidamente accionar la alarma de fuego, avisar al servicio de extinción de incendios y evacuar el edificio. Fuego en el cuerpo - Sí se te incendia la ropa, pide inmediatamente ayuda. - Estírate en el suelo y rueda sobre ti mismo para apagar las llamas. - No corras ni intentes llegar a la ducha de seguridad si no es que está muy cerca de ti. - Es tu responsabilidad ayudar a alguien que se está quemando, cúbrele con una manta antifuego, condúcele hasta la ducha de seguridad, si está cerca, hazle rodar por el suelo, no utilices nunca un extintor sobre una persona. - Una vez apagado el fuego, mantén a la persona tendida, procurando que no coja frío y proporciónale asistencia médica. Quemaduras - Las pequeñas quemaduras producidas por material caliente, baños, placas, etc., se tratarán lavando la zona afectada con agua fría durante 10-15 minutos. - Las quemaduras más graves requieren atención médica inmediata. - No utilices cremas y pomadas grasas en las quemaduras graves. Cortes - Los cortes producidos por la rotura de material de cristal son un riesgo común en el laboratorio. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 119 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Las cortadas se tienen que lavar bien, con abundante agua corriente, durante 10 minutos como mínimo. - Sí la cortada es pequeña y deja de sangrar en poco tiempo, lávala con agua y jabón y tápala con una venda. - Sí la cortada es grande y no deja de sangrar, requiere de asistencia médica inmediata. Derrame de productos químicos sobre la piel - Los productos químicos que se hayan vertido sobre la piel han de ser lavados inmediatamente con agua corriente abundantemente, como mínimo durante 15 minutos. - Las duchas de seguridad instaladas en los laboratorios serán utilizadas en aquellos casos en que la zona afectada del cuerpo sea grande y no sea suficiente el lavado en una pila. - Es necesario sacar toda la ropa contaminada de la persona afectada lo antes posible mientras esté bajo la ducha. - Recuerda que la rapidez en el lavado es muy importante para reducir la gravedad y la extensión de la herida. - Proporcionar asistencia médica a la persona afectada. Corrosiones en la piel por ácidos y álcalis - Cuando ocurre una corrosión por ácidos, corta lo más rápidamente posible la ropa, lave con agua abundantemente la zona afectada, neutralice la acidez con bicarbonato de sodio durante 15-20 minutos, sacar el exceso de pasta formada, seca y cubra la parte afectada con linimento óleo- calcáreo o parecido. - Cuando se produce una corrosión por álcalis, lave la zona afectada abundantemente con agua corriente y aclárala con una disolución de ácido acético al 1%, seca y cubre la zona afectada con una pomada de ácido tánico. Corrosiones en los ojos - En este caso el tiempo es esencial (menos de 10 segundos), cuanto antes se lave el ojo, menos grave será el daño producido. - Lava los dos ojos con agua corriente abundantemente durante 15 minutos como mínimo en una ducha de ojos, y, si no hay, con un frasco de lavar los ojos. - Es necesario mantener los ojos abiertos con la ayuda de los dedos para facilitar el lavado debajo de los párpados. Manual de Prácticas de Laboratorio de Oceanografía Física Dinámica Oceánica Página 120 Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC - Es necesario recibir asistencia médica, por pequeña que parezca la lesión. I ngestión de productos químicos - Antes de cualquier actuación pide asistencia médica. - Sí el paciente está inconsciente, ponerlo en posición lateral de seguridad, con la cabeza de lado, y estirarle la lengua hacia fuera.