Estudo de Modelos Oceânicos no Rio de la Plata

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Centro de Investigaciones del Mar y
la Atmósfera CIMA/CONICET-UBA
Proyecto AIACC LA2G
Informe CIMA/Oc-02-01 Septiembre 2002
C. Simionato, M. Nuñez y V. Meccia
Estudio de la respuesta del Modelo HamSOM/CIMA a vientos intensos
sobre el Río de la Plata
Resumen:
El objetivo del presente trabajo es estudiar la respuesta del conjunto de modelos oceánicos
anidados unidireccionalmente HamSOM/CIMA a situaciones de viento intensas sobre el
Río de la Plata. Con ese fin los parámetros del modelo fueron ajustado para reproducir
adecuadamente la altura de la superficie libre observada en distintas estaciones del Río de la
Plata cuando la superficie del océano es forzada con vientos de los reanálisis de
NCEP/NCAR. Estos datos demostraron ser los más apropiados para los objetivos de este
trabajo. Una vez logrado un ajuste adecuado, el modelo es utilizado para estudiar su
respuesta a situaciones de viento intenso sobre el Río de la Plata. Se concluye que el
conjunto de conjunto de modelos HamSOM/CIMA forzado por los reanálisis es apropiado
para realizar estudios para la determinación de escenarios climáticos.
Informe producido por:
Dra. Claudia G. Simionato
Dr. Mario N. Nuñez
Srta. Virna Meccia
i
ÍNDICE
1. OBJETIVOS Y ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO ..................................................... 1
2. DESCRIPCIÓN DEL MODELO..................................................................................... 4
3. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL CONJUNTO DE MODELOS
ANIDADOS..................................................................................................................... 8
4. EL FORZANTE DEL VIENTO..................................................................................... 15
5. AJUSTE DEL MODELO OCEÁNICO A LOS REANÁLISIS DE
NCEP/NCAR ................................................................................................................. 29
6. SIMULACIÓN DEL EFECTO DE LOS VIENTOS INTENSOS EN LA
ELEVACIÓN DE LA SUPERFICIE LIBRE EN EL RÍO DE LA PLATA .................. 37
7. RESUMEN DE CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN..................................................... 46
8. REFERENCIAS............................................................................................................. 51
ii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Dominio de los tres modelos anidados que componen el sistema
HamSOM/CIMA............................................................................................................. 10
Figura 2: Batimetría de los tres modelos anidados utilizados en las simulaciones....................... 13
Figura 3a: Comparación entre la evolución de la velocidad del viento a lo largo de la
tormenta del 6 de diciembre de 1982 proporcionada por los reanálisis del
NCEP/NCAR y el modelo anidado de alta resolución ETA. El panel superior
muestra en rojo la componente zonal y en verde la componente meridional de la
velocidad del viento derivada de los reanálisis a 35º S y 57º W, mientras que el
panel inferior muestra las mismas variables en el mismo punto derivadas de las
soluciones proporcionadas por el Modelo ETA. Ambos gráficos han sido realizados
conservando la escala a fin de facilitar la comparación. ..................................................... 18
Figura 3b: idem Figura 3a para la tormenta del 6 de marzo de 1988 .......................................... 19
Figura 3c: idem Figura 3a para la tormenta del 11 de noviembre de 1989. ................................. 20
Figura 3d: idem Figura 3a para la tormenta del 30 de agosto de 1991. ....................................... 21
Figura 3e: idem Figura 3a para la tormenta del 16 de mayo de 2000.......................................... 22
Figura 4a: Comparación entre el seudo-esfuerzo del viento en el momento de máximo
desarrollo de la tormenta del 6 de diciembre de 1982 proporcionada por los
reanálisis del NCEP/NCAR y el modelo anidado de alta resolución ETA. El panel
superior muestra el seudo-esfuerzo del viento derivado de los reanálisis, mientras
que el panel inferior muestra la misma variable derivada de las soluciones
proporcionadas por el Modelo ETA. Ambos gráficos han sido realizados
conservando la escala a fin de facilitar la comparación. ..................................................... 23
Figura 4b: idem Figura 4a para la tormenta del 6 de marzo de 1988. ......................................... 24
iii
Figura 4c: idem Figura 4a para la tormenta del 11 de noviembre de 1989. ................................. 25
Figura 4d: idem Figura 4a para la tormenta del 30 de agosto de 1991. ....................................... 26
Figura 4e: idem Figura 4a para la tormenta del 16 de mayo de 2000.......................................... 27
Figura 5a: Comparación entre la simulación de invierno realizada con el conjunto de
modelos HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación Palermo. ................................... 32
Figura 5b: Comparación entre la simulación de invierno realizada con el conjunto de
modelos HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación Oyarvide................................... 33
Figura 6a: Comparación entre la simulación de verano realizada con el conjunto de
modelos HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación Oyarvide................................... 35
Figura 6b: Comparación entre la simulación de invierno realizada con el conjunto de
modelos HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación San Clemente............................ 36
Figura 7. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo y Oyarvide durante la
tormenta de diciembre de 1982. Las observaciones se muestran en negro. En rojo se
muestra la solución del modelo cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B
y C, mientras que en rojo se indica la solución del modelo cuando el viento se aplica
sobre los tres dominios, A, B y C. .................................................................................... 39
Figura 8. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide y San
Clemente durante la tormenta de marzo de 1988. Las observaciones se muestran en
negro. En rojo se muestra la solución del modelo cuando el viento sólo se aplica
sobre los dominios B y C, mientras que en rojo se indica la solución del modelo
cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C. ............................................. 40
Figura 9. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
iv
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide, San
Clemente y Montevideo durante la tormenta de noviembre de 1989. Las
observaciones se muestran en negro. En rojo se muestra la solución del modelo
cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B y C, mientras que en rojo se
indica la solución del modelo cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A,
B y C.............................................................................................................................. 41
Figura 10. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide y San
Clemente durante la tormenta de agosto de 1991. Las observaciones se muestran en
negro. En rojo se muestra la solución del modelo cuando el viento sólo se aplica
sobre los dominios B y C, mientras que en rojo se indica la solución del modelo
cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C. ............................................. 42
Figura 11. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide, San
Clemente y La Plata durante la tormenta de mayo de 2000. Las observaciones se
muestran en negro. En rojo se muestra la solución del modelo cuando el viento sólo
se aplica sobre los dominios B y C, mientras que en rojose indica la solución del
modelo cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C. ................................. 43
v
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla I: Fechas de las situaciones asociadas a vientos intensos del sudeste analizadas en
el presente trabajo. ........................................................................................................... 15
Tabla II: Estaciones utilizadas para validar las simulaciones de verano e invierno de
ajuste del conjunto de modelos HamSOM/CIMA. .............................................................. 30
Tabla III. Observaciones directas de altura en el Río de la Plata durante las situaciones de
tormentas con vientos intensos del sudeste utilizadas para comparar con las
simulaciones. ................................................................................................................... 38
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 1
1. OBJETIVOS Y ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO
Antes de que un modelo oceánico pueda ser utilizado para realizar simulaciones bajo
diferentes escenarios climáticos, es necesario proceder a un adecuado ajuste del mismo y a
su validación bajo situaciones conocidas. El modelo debe demostrar ser capaz de reproducir
adecuadamente las observaciones no sólo bajo situaciones medias sino también bajo
situaciones extremas.
El objetivo del presente trabajo es, particularmente, estudiar la respuesta del conjunto de
modelos oceánicos anidados unidireccionalmente HamSOM/CIMA durante situaciones de
vientos intensos sobre el Río de la Plata, así como determinar el dominio necesario para una
adecuada modelación de la propagación de las ondas de tormenta hacia el estuario.
A tal efecto, cinco situaciones, ocurridas en diciembre de 1982, marzo de 1988,
noviembre de 1989, agosto de 1991 y mayo de 2000, en las cuales se observaron intensas
crecidas en el Río de la Plata fueron seleccionadas por el Proyecto para ser estudiadas. La
evolución de estas situaciones en la atmósfera fue modelada utilizando el modelo regional
ETA en el contexto del Proyecto y las soluciones fueron provistas al CIMA para ser
utilizadas como forzante de su modelo oceánico.
Dado que las soluciones del modelo ETA sólo se guardaron durante 72 horas,
comenzando 24 horas antes del pico del evento atmosférico, tiempo claramente insuficiente
para acelerar un modelo oceánico de gran escala, y además el dominio de estos datos es
menor que nuestro modelo de mayor escala, fue necesario complementar estos datos con
otros de alguna fuente adicional. Como el modelo ETA fue corrido tomando condiciones de
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
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contorno de los reanálisis de NCEP/NCAR, esta última parece ser la fuente de datos
complementaria más razonable. Como primer paso entonces, se procedió a una
comparación entre ambos conjuntos de datos y se seleccionó la base más adecuada para
nuestras simulaciones.
Una vez conformada la base de datos de vientos, se realizó un ajuste del modelo
oceánico a los mismos. El ajuste se realizó a través de una serie de experimentos de
sensibilidad en dos simulaciones largas, una de invierno y otra de verano, efectuadas para
años en los cuales se disponía de observaciones de elevación de la superficie libre del mar
en el Río de la Plata con las que realizar comparaciones durante un período de tiempo
significativamente largo y bajo diferentes condiciones de viento.
Finalmente la respuesta del modelo HamSOM/CIMA a las cinco situaciones de vientos
intensos seleccionadas fue estudiada. Con el fin de determinar el dominio necesario para
una adecuada modelación de la onda de tormenta, el modelo se corrió en dos
configuraciones diferentes. En la primera de estas configuraciones, el dominio sobre el cuál
se aplica el efecto del viento empieza a los 42º S. En la segunda, el efecto del viento se
aplica al norte de 56.5º S. Las soluciones proporcionadas por el modelo fueron finalmente
comparadas con observaciones de la elevación de la superficie libre adquiridas en distintos
puntos del estuario.
Este trabajo está organizado de la siguiente manera. En la Sección 2, se describen las
ecuaciones y la parametrización del modelo HamSOM/CIMA. En la Sección 3 se detalla la
estructura del conjunto de modelos anidados y sus diferentes formas de funcionamiento. En
La Sección 4 se comparan los vientos proporcionados por el Modelo ETA con los reanálisis
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de NCEP/NCAR y se selecciona una base de datos adecuada para el forzado del modelo
oceánico. En la Sección 5, se describe el ajuste del modelo HamSOM/CIMA a la base de
datos de viento. En la Sección 6 se estudia la respuesta del modelo oceánico a las cinco
situaciones de vientos intensos seleccionadas. Finalmente, en la Sección 7 se realiza una
discusión y se resumen las conclusiones principales.
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2. DESCRIPCIÓN DEL MODELO
El modelo utilizado para realizar las simulaciones numéricas que se describen en el
presente informe es el HamSOM/CIMA (Hamburg Shelf Ocean Model – Versión CIMA)
Model), desarrollado por Backhaus (1983,1985) en el Institut für Meereskunde (IfM) de
Hamburg, Alemania.
Aunque este modelo ha sido descrito en muchas publicaciones (Backhaus, 1983, 1985;
Backhaus y Hainbucher, 1987; Rodriguez y Alvarez, 1991; Rodriguez et al., 1991; Stronach
et al., 1993; Alvarez et al., 1997), una breve reseña de las principales ecuaciones resueltas y
de la parametrización se realiza a continuación. Se trata de un modelo tridimensional
multinivel (coordenada z) en diferencias finitas, escrito en la grilla C de Arakawa. En su
versión barotrópica, el modelo está basado en el siguiente conjunto de ecuaciones de
Reynolds:
 zy
v
x
vAfu
y
p
z
vw
y
vv
x
vu
t
v
zy
u
x
uAfv
x
p
z
uw
y
uv
x
uu
t
u
y
h
x
h
∂
∂
+





∂
∂+
∂
∂+−=
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂
∂
∂
+





∂
∂+
∂
∂+=
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂
τ
ρ
τ
ρ
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
(1)
donde u y v son las componentes del vector velocidad; t es el tiempo; P es la presión; ρ es
la densidad del agua; f la frecuencia de Coriolis; τx y τy las componentes del vector esfuerzo
del viento y Ah es la viscosidad turbulenta horizontal.
Siguiendo la aproximación de Alvarez et al. (1997), quienes utilizaron el mismo
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modelo para estudiar la propagación de mareas en la costa española, el forzante
astronómico es despreciado.
La formulación se completa con las ecuaciones hidrostática y de continuidad:
g
z
p
z
w
y
v
x
u
ρ−=
∂
∂
=
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂ 0
(2)
donde g es la aceleración de la gravedad.
HamSOM está escrito en coordenadas Cartesianas. A fin de tener en cuenta la
convergencia de los meridianos debida a la esfericidad de la Tierra, todas las distancias a lo
largo del eje horizontal se computan como una función de la latitud y la celda de volumen
considerada de esta manera de distorsiona en la ecuación de conservación de masa.
El código utiliza un esquema numérico temporal de dos niveles (presente y futuro).
A fin de evitar inestabilidades, algunos términos de las ecuaciones son tratados de forma
semi-implícita (el gradiente de presión y la difusión vertical) y el resto de los términos de
forma explícita. El término de Coriolis es tratado utilizando la aproximación propuesta por
Wais (1985).
A fin de derivar y resolver las ecuaciones discretizadas del modelo, primero se
integran verticalmentelas ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento en
cada capa. De esta forma se encuentra una expresión para los transportes en cada capa, que
contiene la elevación de la superficie libre desconocida (lo que hace que la ecuación para la
primera capa sea no lineal) y el esfuerzo debido a la fricción vertical. Integrando en la
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vertical nuevamente, a lo largo de la columna de agua, se cancela el esfuerzo debido a la
fricción vertical y se obtiene una expresión para el transporte integrado verticalmente.
Cuando se sustituye esta expresión en la ecuación de continuidad integrada verticalmente
(aplicada a una celda en volumen) se obtiene una ecuación elíptica para el incremento del
nivel del agua. Esta última ecuación se resuelve por medio de una técnica de sobre
relajación iterativa, que se combina con un algoritmo de eliminación directa a fin de
acelerar la convergencia. De este modo, después de una parametrización de los términos
difusivos y de la fricción en el fondo, se pueden resolver las ecuaciones para la velocidad en
cada una de las capas por eliminación directa.
Siguiendo la analogía de la viscosidad turbulenta ‘eddy’, los esfuerzos debidos a la
fricción vertical se parametrizan como una función de la velocidad de las capas; los
coeficientes de mezcla turbulenta vertical ‘eddy’ se actualizan utilizando una expresión para
la longitud de mezcla (Pohlmann, 1991). La fricción en el fondo se parametriza por medio
de una ley cuadrática en términos de la velocidad de la corriente:
bLbb uuC
ρρρ =τ (3)
donde bu
ρ es el vector velocidad horizontal en la capa de fondo del modelo y Luρ es la
velocidad horizontal promediada verticalmente en una capa friccional cercana al fondo. Cb
es el coeficiente adimensional de arrastre o de fricción de fondo. Por razones de estabilidad,
este término es tratado de forma semi-implícita, siendo buρ computado en el tiempo futuro y
Lu
ρ en el presente.
A fin de evitar valores excesivamente grandes de la fricción en áreas donde la
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profundidad de la capa de fondo es muy delgada, el transporte en el fondo es computado en
una capa de espesor constante (30 m) en todos aquellos lugares en los que la profundidad
total sea mayor a ese espesor (Rodriguez y Alvarez, 1991).
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3. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL CONJUNTO DE
MODELOS ANIDADOS
Debido a la carencia de observaciones directas que permitan proporcionar condiciones
de contorno adecuadas a un modelo de pequeña escala del Río de la Plata, el modelo
HamSOM/CIMA es trabajado como un conjunto de modelos anidados unidireccionalmente.
De esta manera, el estuario del Río de la Plata es alcanzado a través de un conjunto de tres
modelos. El ‘Modelo A’, de mayor escala cubre el área que se extiende entre 56.5º S y
23.5º S y 69.5º W y 45.5º W (Figura 1). La resolución horizontal es de 20’ en la dirección
zonal y de 15’ en la meridional, lo que representa aproximadamente unos 27 Km. En la
vertical se emplean diez capas, cuyos fondos se encuentran a 10, 20, 30, 60, 100, 200, 500,
1000, 3000 y 6000 m. Esta discretización vertical fue seleccionada a fin de proporcionar
una buena resolución de las capas superiores y, por lo tanto, resolver apropiadamente la
circulación forzada por el viento. La profundidad mínima permitida, a fin de evitar el
vaciado de capas es de 5 m. Dado que los datos de batimetría ETOPO5 muestran
características irrealmente muy someras sobre la Plataforma Continental Argentina, la
topografía se construyó combinando este último conjunto de datos con datos
proporcionados por el Servicio de Hidrografía Naval de Argentina (SHN, 1986) para
profundidades menores de 200 m. La batimetría así obtenida se muestra en el panel
izquierdo de la Figura 2, en la cual pueden apreciarse las características más relevantes de la
amplia Plataforma Continental Argentina.
El Modelo A proporciona condiciones de contorno a un modelo de mayor resolución del
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Río de la Plata y la Plataforma Continental Argentina (‘Modelo B’, Figura 1). Este modelo
cubre la región entre 42º S y 31.4º S, y 61.5º W y 51.5º W, con resoluciones de 6.66’ y 5’,
aproximadamente 9 Km, respectivamente. En este caso de utilizan 13 niveles verticales,
con fondos a 7, 10, 15, 20, 40, 60, 100, 150, 250, 500, 1000, 3000 y 6000 m. La
profundidad mínima permitida en este caso es de 4 m. Aunque la profundidad de la primera
capa es demasiado alta para resolver apropiadamente las regiones someras del Río de la
Plata, ésta ha sido seleccionada para ser lo suficientemente profunda para resolver la
primera capa en la parte sudoccidental del dominio del modelo, donde se sabe que las
amplitudes de la marea son grandes.
Finalmente, el Modelo B proporciona condiciones de contorno al ‘Modelo C’ de
mayor resolución (Figura 1) del Río de la Plata. Este cubre la región entre 36.5º S y 34.0º S
y 59.0º W y 54.5º W, con resoluciones horizontales de 1.8’ y 1.5’, aproximadamente 3 Km,
respectivamente. Este modelo tiene 13 capas verticales con fondos a 2, 4, 6, 8, 10, 14, 18,
22, 26, 30, 35, 45 y 55 m. La elección de estos niveles permite una buena resolución
vertical aún en las zonas muy someras del Río de la Plata superior. La profundidad mínima
permitida en este dominio es de 1 m.
Datos de batimetría de alta resolución para los modelos B y C fueron
proporcionados por el SHN y provienen de digitalización de cartas (SHN, 1992, 1993,
1999a, 199b). Las topografías correspondientes se muestran en los paneles superior e
inferior derechos de la Figura 2, respectivamente.
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Figura 1: Dominio de los tres modelos anidados que componen el sistema HamSOM/CIMA.
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Los grandes gradientes batimétricos presentes en la región de interés son evidentes
en la figura. Aún el Modelo B, de relativamente pequeña escala, tiene profundidades del
fondo que varían de los pocos centímetros en la parte superior del estuario a 5500 metros en
la plataforma exterior.
Este anidado de modelos es utilizado de dos maneras diferentes. En el caso en que el
Modelo A sea necesario para proporcionar condiciones de contorno que incluyan tanto el
efecto de la marea como el del viento al Modelo B y éste a su vez al Modelo C, salidas de la
elevación de la superficie libre modelada son guardadas de forma automática cada media
hora cuando se corren los modelos más grandes. Los modelos subsecuentes son entonces
forzados en los bordes con estas salidas, que son automáticamente interpoladas espacial y
temporalmente por el paquete de rutinas.
En el caso en los que los dominios B y C son suficientemente extensos como para
reproducir el fenómeno que interesa, el modelo de mayor envergadura, A, aún es necesario
a fin de proporcionar adecuadamente la condición de borde asociada a la onda de marea en
el Modelo B.
Debido a la carencia de observaciones de la marea en áreas no costeras, éstas no
pueden ser utilizadas para forzar directamente la marea en los bordes de los modelos
excepto a través de aproximaciones groseras. Aunque los modelos globales de marea tienen
suficiente grado de desarrollo como para proveer aproximaciones muy adecuadas a esta
onda en aguasprofundas (Le Provost et al., 1995, 1998), su resolución es muy baja (del
orden de 1º usualmente) lo que no permite una adecuada resolución de la marea en la
Plataforma Continental Argentina, conocida como una de las áreas de mayor disipación y
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resonancia de esta onda en el mundo (Andersen et al., 1995; Glorioso y Flather, 1997;
Simionato et al., 2002). Por lo tanto, el forzante de marea debe ser introducido lo más lejos
posible de la Plataforma Continental, procurando no atravesar la plataforma patagónica. En
nuestro conjunto de modelos esto se hace en el modelo de mayor envergadura (A).
Amplitudes y fases de las componentes armónicas derivadas del modelo global de mareas
de Zahel (1997) que asimila observaciones de altura de la superficie libre del mar
provenientes del altímetro de la misión Topex/Poseidón son utilizadas con este fin. Una
rutina de interpolación bilineal se utilizó para convertir las soluciones del modelo de Zahel
(1997) con 1º de resolución a amplitudes y fases a una resolución de 20’ X 15’ en los
bordes abiertos del Modelo A. Las ocho componentes más importantes de la marea se
incluyen en las simulaciones a fin de asegurar la calidad de las condiciones de borde que se
aplican a los modelos B y C de mayor resolución. Estas componentes son: M2, S2, K2, N2,
O1, P1, K1 y Q1. Rutinas que incorporan el cómputo de las constantes astronómicas fueron
incorporadas al modelo a fin de realizar las correcciones a la fase y la amplitud (factor
nodal) de la marea por fecha.
El paso de tiempo utilizado en las simulaciones con el Modelo A fue de 5 minutos
(300 segundos). Con este paso de tiempo relativamente pequeño se garantiza la estabilidad
y la ausencia de difusión computacional o desfasajes computacionales que podrían ocurrir
de ser éste mayor (Kowalik y Murty, 1993). La viscosidad turbulenta horizontal fue
ajustada a un valor de 100 m2 s-1, aunque experimentos de sensibilidad indican que la
solución es poco sensible a este parámetro (Simionato et al., 2002).
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Figura 2: Batimetría de los tres modelos anidados utilizados en las simulaciones.
Cuando el Modelo A es utilizado únicamente para proveer la marea al Modelo B, sólo
se requiere del primero proporcionar valores adecuados de las constantes armónicas al
segundo. Con este fin el Modelo A se corrió por un equivalente a 48 meses desde el reposo.
Después de aproximadamente 10 días de simulación, la mayor parte de los transientes
debidos a la aceleración del modelo se habían disipado. A fin de asegurar la estabilidad de
la solución, el análisis se hizo descartando los primeros 4 meses de la simulación y
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utilizando salidas semi-horarias de la elevación de la superficie libre del mar. El análisis se
realizó por medio de rutinas de análisis que siguen la aproximación de Foreman (1977,
1978) para convertir las elevaciones de la superficie libre en amplitudes y fases de las ocho
componentes de la marea consideradas. Una vez que las amplitudes y las fases fueron
obtenidas para el Modelo A, se utilizaron técnicas de interpolación a fin de obtener
condiciones de contorno de marea para el Modelo B.
En el caso de este modelo, se eligió un valor de 50 m2s-1 para la fricción turbulenta
horizontal. El paso de tiempo fue de 5 minutos (300 segundos), suficientemente pequeño
para garantizar la estabilidad y la ausencia de problemas numéricos.
Finalmente para el caso del Modelo C de alta resolución la viscosidad turbulenta
horizontal fue ajustada a 50 m2s-1 y el paso de tiempo fue de 2.5 minutos (150 segundos).
El efecto de la descarga de los ríos Paraná y Uruguay fue considerado en las
simulaciones realizadas con los modelos de mayor resolución (B y C). A tal efecto, se
utilizaron datos mensuales de estas descargas proporcionados por el INA (Instituto
Nacional del Agua).
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4. EL FORZANTE DEL VIENTO
Para la elaboración del presente informe se trabajó sobre cinco situaciones asociadas a
vientos intensos sobre la región del Río de la Plata seleccionadas por el Proyecto, que se
resumen en la Tabla I. Cuatro de estas situaciones mostraron picos en la intensidad del
viento que corresponden a las siguientes fechas: 6 de diciembre de 1982, 6 de marzo de
1988, 12 de noviembre de 1989, 31 de agosto de 1991. La última situación, ocurrida
durante mayo de 2000, corresponde a una situación de vientos intensos del este sostenidos a
lo largo de varios días.
Situación Dia y Mes Año
A 5 a 9 de Diciembre 1982
B 5 a 9 de Marzo 1988
C 10 a 15 de Noviembre 1989
D 29 de Agosto a 5 de Septiembre 1991
E 14 a 20 de Mayo 2000
Tabla I: Fechas de las situaciones asociadas a vientos intensos del sudeste analizadas en el presente
trabajo.
Datos de viento a 10 metros de altura provenientes de simulaciones de alta resolución
realizadas con el Modelo ETA fueron proporcionadas por el Proyecto. En estos casos, el
modelo regional fue anidado a los reanálisis del NCEP/NCAR (Escobar, Comunicación
Personal). Detalles acerca del Proyecto NCEP/NCAR y el conjunto de datos se
proporcionan en Kalnay et al., 1996 y discusiones acerca de su calidad sobre el Hemisferio
Sur se proporcionan en Simmonds y Keay, 2000.
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Debido a que la región en la cual se realizaron las simulaciones proporcionadas no
cubre completamente el área correspondiente al Modelo HamSOM/CIMA y que sólo se
recibieron datos correspondientes a 72 horas (tiempo insuficiente para acelerar
correctamente un modelo oceánico de gran escala), resultó indispensable complementar
estas simulaciones con otros datos en las regiones en las que hubiera información faltante.
Dado que estas simulaciones fueron realizadas utilizando como condición de borde los
reanálisis del NCEP/NCAR, este conjunto parece ser la fuente complementaria más
adecuada.
Como primer paso, a fin de estudiar la viabilidad de la superposición de ambos
conjuntos de forzantes, se procedió a una comparación entre los mismos. Las Figuras 3 a-e
muestran la evolución de la velocidad del viento a lo largo de la tormenta para cada una de
las situaciones estudiadas según ambos conjuntos de datos. En cada uno de los gráficos el
panel superior muestra en línea llena la componente zonal y en línea punteada la
componente meridional de la velocidad del viento derivada de los reanálisis en 35º S y 57º
W (un punto elegido arbitrariamente sobre el Río de la Plata), mientras que el panel inferior
muestra las mismas variables en el mismo punto derivadas de las soluciones obtenidas del
Modelo ETA. Ambos gráficos han sido realizados en la misma escala a fin de facilitar la
comparación.
Como puede apreciarse en las figuras, con excepción de la tormenta del 6 de
diciembre de 1982, hay una importante diferencia en la evolución del viento proporcionada
por ambos modelos. En varios de los casos, los vientos derivados del Modelo ETA son no
sólo muy poco intensos sino que no alcanzan un pico acompañando el momento de máximo
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 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
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desarrollo de la tormenta, como se observa en los reanálisis de NCEP/NCAR. Esta
característica es notable, puesto que en general se cree que los vientos de los reanálisis son
de por sí débiles.
Dadoque el Modelo ETA ha sido forzado en los bordes con datos provenientes de los
reanálisis, éstas últimas son características muy curiosas que parecen sugerir algún tipo de
error en las simulaciones de alta resolución o en las soluciones archivadas.
El océano es forzado por el esfuerzo del viento y no por el viento directamente. Este
esfuerzo es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento. Por lo tanto, el efecto de la
subestimación en los campos de vientos sería multiplicado al utilizar los campos derivados
del Modelo ETA. A fin de ilustrar el grado de diferencia en los forzantes que implica el uso
de cada una de las alternativas (reanálisis de NCEP/NCAR y Modelo ETA), las Figuras 4 a-
e muestran el seudo-esfuerzo del viento derivado de cada una de ellas para los momentos de
máximo desarrollo de todas las tormentas bajo análisis.
El seudo-esfuerzo del viento se define como el vector velocidad del viento
multiplicado por el módulo de dicho vector y es proporcional al esfuerzo del viento a través
del coeficiente de arrastre. Puede observarse en las figuras, que la solución del Modelo
ETA no sólo subestima intensamente el principal forzante oceánico cuando se lo compara
con los reanálisis, sino que además ambos conjuntos de datos presentan diferencias
significativas en la ubicación del máximo de esta variable. Esta última diferencia es
evidente, por ejemplo, en el caso de la tormenta de noviembre de 1989 (Figura 4c).
Teniendo en cuenta tanto estas últimas figuras, como la Figura 3, los reanálisis
parecen ser más representativos del desarrollo real de las tormentas.
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Figura 3a: Comparación entre la evolución de la velocidad del viento a lo largo de la tormenta del
6 de diciembre de 1982 proporcionada por los reanálisis del NCEP/NCAR y el modelo anidado de
alta resolución ETA. El panel superior muestra en rojo la componente zonal y en verde la
componente meridional de la velocidad del viento derivada de los reanálisis a 35º S y 57º W,
mientras que el panel inferior muestra las mismas variables en el mismo punto derivadas de las
soluciones proporcionadas por el Modelo ETA. Ambos gráficos han sido realizados conservando
la escala a fin de facilitar la comparación.
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Figura 3b: idem Figura 3a para la tormenta del 6 de marzo de 1988
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Figura 3c: idem Figura 3a para la tormenta del 11 de noviembre de 1989.
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Figura 3d: idem Figura 3a para la tormenta del 30 de agosto de 1991.
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Figura 3e: idem Figura 3a para la tormenta del 16 de mayo de 2000.
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Figura 4a: Comparación entre el seudo-esfuerzo del viento en el momento de máximo desarrollo
de la tormenta del 6 de diciembre de 1982 proporcionada por los reanálisis del NCEP/NCAR y el
modelo anidado de alta resolución ETA. El panel superior muestra el seudo-esfuerzo del viento
derivado de los reanálisis, mientras que el panel inferior muestra la misma variable derivada de
las soluciones proporcionadas por el Modelo ETA. Ambos gráficos han sido realizados
conservando la escala a fin de facilitar la comparación.
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Figura 4b: idem Figura 4a para la tormenta del 6 de marzo de 1988.
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Figura 4c: idem Figura 4a para la tormenta del 11 de noviembre de 1989.
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Figura 4d: idem Figura 4a para la tormenta del 30 de agosto de 1991.
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Figura 4e: idem Figura 4a para la tormenta del 16 de mayo de 2000.
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Por esta razón se decidió no proseguir el estudio utilizando los resultados
provenientes de las simulaciones realizadas con el Modelo ETA y, a cambio, se lo realizó
sobre la base de los reanálisis de NCEP/NCAR.
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5. AJUSTE DEL MODELO OCEÁNICO A LOS REANÁLISIS DE
NCEP/NCAR
El ajuste de conjunto de modelos HamSOM/CIMA a los reanálisis de NCEP/NCAR
y la prueba de su adecuado funcionamiento fue realizado a través de dos simulaciones
largas, una de verano y una de invierno, para la cual se disponía de observaciones
simultáneas de la elevación de la superficie en algunos puntos sobre el estuario para realizar
comparaciones. Estas pruebas fueron realizadas utilizando los Modelos A, B y C, en la
configuración en que el modelo A sólo proporciona la condición de contorno de marea a los
otros modelos.
La simulación de invierno cubre el período abril a septiembre de 1996. Para este
caso se disponía de observaciones en las estaciones Oyarvide y Palermo (Buenos Aires). La
simulación de verano cubre el período diciembre de 1999 a abril de 2000. En este caso las
observaciones disponibles correspondían a las estaciones Oyarvide y San Clemente del
Tuyú. La Tabla II muestra la posición geográfica de dichas estaciones. Los datos fueron
proporcionados por el Servicio de Hidrografía Naval de Argentina.
Aunque en general se sostiene que los vientos de los reanálisis de NCEP/NCAR son
débiles respecto de los observados, se desconoce el grado de subestimación con precisión
suficiente como para realizar un ajuste de los mismos. Por esta razón el ajuste se realizó en
este caso de forma inversa, buscando el coeficiente necesario para que los vientos de
NCEP/NCAR reproduzcan razonablemente las alturas observadas en el Río de la Plata. Se
encontró que el mejor ajuste se obtiene cuando se utiliza un coeficiente de la forma
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 30
)/15/(1 smVe−+ , donde V es el módulo de la velocidad del viento. De esta manera el
coeficiente adquiere un valor de 2 para vientos muy débiles y tiende a caer a 1 para vientos
muy intensos. El ajuste de este coeficiente parece indicar que los reanálisis subestiman en
un 100% los vientos más débiles, pero captan en forma más realistas los eventos de mayor
intensidad.
Resultados de la comparación entre la solución del conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y las observaciones correspondientes a la simulación de invierno se
muestran en las Figuras 5 a (Estación Palermo) y b (Estación Oyarvide). El panel superior
corresponde a una comparación directa entre los resultados de las simulaciones y las
observaciones, a las cuales no se les aplicó ningún tipo de suavizado; la altura media de
carta fue extraída de las observaciones. En ambos casos la comparación visual es
sumamente satisfactoria, reproduciendoel modelo adecuadamente no sólo la evolución de
la marea en el punto sino las excursiones asociadas al efecto del viento. El coeficiente de
correlación entre el producto de la simulación y la altura resultó de 0.82 en Oyarvide y 0.86
en Palermo.
Estación Latitud (S) Longitud (W)
Buenos Aires 34° 34’ 58° 23’
Torre Oyarvide 35° 06’ 57° 08’
San Clemente 36° 21’ 56° 23’
Tabla II: Estaciones utilizadas para validar las simulaciones de verano e invierno de ajuste del
conjunto de modelos HamSOM/CIMA.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
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A fin de evaluar la capacidad del modelo oceánico de reproducir el efecto del viento,
de baja frecuencia respecto de la marea, promedios móviles con una ventana de 24 horas
fueron aplicados a las series. Los resultados correspondientes se muestran en los paneles
centrales de las Figuras 5 a (Palermo) y b (Oyarvide). Puede observarse que aunque el
modelo no reproduce todos los detalles de la variabilidad observada, el ajuste entre las
observaciones y las simulaciones es sumamente satisfactorio, sobre todo teniendo en cuenta
que el modelo fue forzado en la superficie del mar con reanálisis y no con observaciones
directas de viento. Las correlaciones, en este caso, resultaron de 0.88 para la Estación
Oyarvide y 0.83 para la Estación Palermo.
Finalmente, los paneles inferiores de las Figuras 5 a y b muestran la variabilidad de
alta frecuencia, definida como la diferencia entre las series originales y las derivadas de
aplicar promedios móviles. Estas series representan entonces esencialmente la variabilidad
con períodos inferiores a las 24 horas. Esta variabilidad está ligada no únicamente a la
marea, sino que representa además toda la variabilidad forzada por las altas frecuencias de
la atmósfera (como por ejemplo el efecto de brisa) y el ruido de las observaciones .
La comparación también resulta satisfactoria en este caso. En particular puede
apreciarse que modelo demuestra ser capaz de reproducir con precisión la fase y el batido
de la marea. Las correlaciones entre las series observadas y simuladas resultaron de 0.83 en
ambas estaciones.
Las Figuras 6 a (Oyarvide) y b (San Clemente) son análogas a las 5 a y b pero para
el caso de la simulación de verano. Los resultados obtenidos son asimismo comparables.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
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Figura 5a: Comparación entre la simulación de invierno realizada con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación Palermo.
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Figura 5b: Comparación entre la simulación de invierno realizada con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación Oyarvide.
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C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 34
Cuando se considera toda la variabilidad, tanto la de alta como la de baja frecuencia,
los coeficientes de correlación obtenidos resultan de 0.84 y 0.83 para las Estaciones
Oyarvide (panel superior de la Figura 6 a) y San Clemente (panel superior de la Figura 6 b)
respectivamente.
La variabilidad de baja frecuencia es también bien representada por el modelo como
indican los paneles centrales de las Figuras 6 a (Oyarvide) y 6 b (San Clemente). Los
coeficientes de correlación resultaron para estas frecuencias de 0.89 y 0.79 en Oyarvide y
San Clemente respectivamente.
Finalmente, los paneles inferiores de las Figuras 6 a y b muestran la variabilidad de
alta frecuencia para ambas estaciones. Los coeficientes de correlación resultaron en este
caso de 0.78 en Oyarvide y 0.88 en San Clemente. El valor relativamente bajo de la
correlación en la comparación de estas frecuencias en la Estación Oyarvide con respecto al
caso de invierno podría estar asociada al hecho de que en verano el efecto de la brisa es
especialmente importante cerca de las costas Uruguayas, como es el caso de esta estación.
El efecto de la brisa está claramente ausente en el forzante, si se utilizan los reanálisis de
NCEP/NCAR.
Sobre la base de lo expuesto se concluye que el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA forzado por los reanálisis de NCEP/NCAR es apropiado para reproducir
las características de la variabilidad de la altura de la superficie libre debidas a los efectos
conjuntos del viento y la marea.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
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C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 35
Figura 6a: Comparación entre la simulación de verano realizada con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación Oyarvide.
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Figura 6b: Comparación entre la simulación de invierno realizada con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en la Estación San Clemente.
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6. SIMULACIÓN DEL EFECTO DE LOS VIENTOS INTENSOS EN
LA ELEVACIÓN DE LA SUPERFICIE LIBRE EN EL RÍO DE LA
PLATA
A fin de estudiar la capacidad del modelo HamSOM/CIMA de reproducir la elevación
de la superficie libre observada durante situaciones de vientos intensos, se llevaron a cabo
un conjunto de simulaciones que corresponden a las tormentas discutidas en la Sección 3 y
resumidas en la Tabla 1. Las soluciones proporcionadas por el modelo fueron comparadas
con observaciones directas de la elevación de la superficie libre en el Río de la Plata
proporcionadas por el Servicio de Hidrografía Naval (SHN) de Argentina y el Servicio de
Oceanografía e Hidrografía de la Marina (SOHMA) de Uruguay. Los datos disponibles para
cada una de las situaciones, indicando la Estación y la extensión de las series se muestra en
la Tabla 3.
Para evaluar la extensión del dominio necesario para simular apropiadamente las
situaciones, el conjunto de modelos oceánicos fue corrido en cada caso en dos maneras:
1. Sólo se simula el efecto del esfuerzo del viento sobre el océano en los dominios B y C
(Figura 1). En este caso el Modelo A sólo proporciona la condición de contorno de
marea al Modelo B.
2. Se simula el efecto del esfuerzo del viento sobre el océano en los tres dominios, A, B y
C.
En lo que sigue nos referiremos al primero de los modos como ‘Dominio B’ y al
segundo de los modos como ‘Dominio A’.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
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Para asegurar la estabilidad de las soluciones y la apropiada propagación de la señal
debida al viento en el océano, en todos los casos las simulaciones fueron comenzadas un
mes antes del inicio del evento atmosférico.
Situación Estación Latitud (S) Longitud (W) Período
A - 1982 Oyarvide 35° 06’ 57° 08’ 5 al 9 de Diciembre
Palermo 34º 34’ 58° 23’ 5 al 9 de Diciembre
B – 1988 Oyarvide 35° 06’ 57° 08’ 5 al 9 de Marzo
Palermo 34º 34’ 58° 23’ 5 al 9 de Marzo
San Clemente 36° 21’ 56° 23’ 5 al 9 de Marzo
C – 1989 Oyarvide 35° 06’ 57° 08’ 10 al 14 de Noviembre
Palermo 34º 34’ 58° 23’ 10 al 14 de Noviembre
San Clemente 36° 21’ 56° 23’ 10 al 14 de Noviembre
Montevideo 34° 55’ 56° 13’ 10 al 11 de Noviembre
D – 1991 Oyarvide 35° 06’ 57° 08’ 29 de Agosto – 4 de Septiembre
Palermo 34º 34’ 58° 23’ 29 de Agosto – 4 de Septiembre
San Clemente 36° 21’ 56° 23’ 29 de Agosto – 4 de Septiembre
E – 2000 Oyarvide 35° 06’ 57° 08’ 14 al 19 de Mayo
Palermo 34º 34’ 58° 23’ 14 al 19 de Mayo
San Clemente 36° 21’ 56° 23’ 14 al 19 de Mayo
La Plata34° 50’ 57° 53’ 14 al 19 de Mayo
Tabla III. Observaciones directas de altura en el Río de la Plata durante las situaciones de tormentas
con vientos intensos del sudeste utilizadas para comparar con las simulaciones.
Una vez obtenidas las soluciones, se extrajeron series temporales correspondientes a
cada uno de los puntos en los cuales se dispone de observaciones para comparar (Tabla III).
El resultado de las comparaciones para las situaciones A a E (Tabla I) se muestran en las
Figuras 7 a 11 respectivamente. En todos los casos, se ha dibujado en negro los datos, en
rojo la solución del modelo utilizando el ‘Dominio B’ y en azul la solución del modelo
utilizando el ‘Dominio A’. Todos los gráficos fueron realizados en la misma escala para
facilitar la comparación.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 39
Figura 7. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo y Oyarvide durante la tormenta de
diciembre de 1982. Las observaciones se muestran en negro. En rojo se muestra la solución del
modelo cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B y C, mientras que en rojo se indica la
solución del modelo cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 40
Figura 8. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide y San Clemente durante la
tormenta de marzo de 1988. Las observaciones se muestran en negro. En rojo se muestra la
solución del modelo cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B y C, mientras que en rojo
se indica la solución del modelo cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 41
Figura 9. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide, San Clemente y
Montevideo durante la tormenta de noviembre de 1989. Las observaciones se muestran en negro.
En rojo se muestra la solución del modelo cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B y
C, mientras que en rojo se indica la solución del modelo cuando el viento se aplica sobre los tres
dominios, A, B y C.
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 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 42
Figura 10. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide y San Clemente durante la
tormenta de agosto de 1991. Las observaciones se muestran en negro. En rojo se muestra la
solución del modelo cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B y C, mientras que en rojo
se indica la solución del modelo cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C.
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Figura 11. Comparación de las simulaciones realizadas con el conjunto de modelos
HamSOM/CIMA y observaciones en las Estaciones Palermo, Oyarvide, San Clemente y La Plata
durante la tormenta de mayo de 2000. Las observaciones se muestran en negro. En rojo se muestra
la solución del modelo cuando el viento sólo se aplica sobre los dominios B y C, mientras que en
rojo se indica la solución del modelo cuando el viento se aplica sobre los tres dominios, A, B y C.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 44
Una primera e interesante observación es que las soluciones modeladas, con
excepción de la correspondiente a mayo de 2000, reproducen adecuadamente los tiempos de
comienzo y fin de la onda de tormenta en el estuario, indicando que el timing de los vientos
es correcto en los reanálisis. En el caso de la última tormenta (mayo de 2000), el modelo
adelanta ligeramente la crecida en Palermo y por varias horas las crecidas en La Plata y
Oyarvide. En este caso es también notable que, como indican los datos, el pico de la crecida
se produce antes en Palermo que en Oyarvide y La Plata, lo cual no se observa en ninguna
de las otras situaciones analizadas.
Se observa, además, que una importante mejora en la predicción de la altura
máxima se consigue utilizando el ‘Dominio A’ (azul en las figuras) respecto del ‘Dominio
B’ (rojo) en casi todos los casos.
Respecto de la altura máxima, en tres de los cinco casos (1988, 1991 y 2000,
Figuras 8, 10 y 11, respectivamente) el modelo provee una predicción de excelente calidad.
En el caso de la tormenta de diciembre de 1982 (Figura 7), el modelo subestima la altura
máxima de la onda de tormenta tanto en la estación Palermo como en la Estación Oyarvide.
Una posible explicación para esta discrepancia puede obtenerse del análisis de la Figura 3a,
que muestra la evolución de la intensidad del viento a lo largo del tiempo durante esta
situación. Puede verse en esta figura, que el evento atmosférico alcanzó según los reanálisis
un pico alrededor de las 12z del 6 de diciembre, con una rápida caída inmediatamente
después, a diferencia de todas las otras situaciones analizadas (figuras 3b a 3e) que
corresponden a situaciones de viento más sostenidas a lo largo del tiempo. Es posible que la
resolución temporal de los reanálisis no sea suficiente para definir apropiadamente la
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 45
duración del pico. Otra explicación es que, sencillamente, los reanálisis subestimen la
intensidad de la tormenta más que en las demás situaciones analizadas. Finalmente, para el
caso de 1989 (Figura 9), el modelo reproduce adecuadamente la onda de tormenta en
Oyarvide, San Clemente y Montevideo, pero subestima la altura en Palermo. Es notable que
en este caso la altura máxima observada en Palermo fue intensamente mayor que en
Oyarvide; esto parece sugerir la presencia de un fuerte efecto local en los vientos no
reflejado por los reanálisis.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 46
7. RESUMEN DE CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN
El objetivo del presente trabajo fue estudiar la respuesta del conjunto de modelos
oceánicos anidados unidireccionalmente HamSOM/CIMA durante situaciones de vientos
intensos sobre el Río de la Plata, así como determinar el dominio necesario para una
adecuada modelación de la propagación de las ondas de tormenta hacia el estuario.
A tal efecto, cinco situaciones, ocurridas en diciembre de 1982, marzo de 1988,
noviembre de 1989, agosto de 1991 y mayo de 2000, en las cuales se observaron intensas
crecidas en el Río de la Plata fueron seleccionadas por el Proyecto para ser estudiadas. La
evolución de estas situaciones en la atmósfera fue modelada utilizando el modelo regional
ETA en el contexto del Proyecto y las soluciones fueron provistas al CIMA para ser
utilizadas como forzante de su modelo oceánico.
Dado que las soluciones del modelo ETA sólo se guardaron durante 72 horas,
comenzando 24 horas antes del pico del evento atmosférico, tiempo claramente insuficiente
para acelerar un modelo oceánico de gran escala, y además el dominio de estos datos es
menor que nuestro modelo de mayor escala, fue necesario complementar estos datos con
otros de alguna fuente adicional. Como el modelo ETA fue corrido tomando condiciones de
contorno de los reanálisis de NCEP/NCAR, estaúltima parece ser la fuente de datos
complementaria más razonable. Como primer paso entonces, se procedió a una
comparación entre ambos conjuntos de datos. Se encontró que hay una importante
diferencia en la evolución del viento proporcionada por ambos modelos. Los vientos
derivados del Modelo ETA son no sólo muy poco intensos sino que no alcanzan un pico
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 47
acompañando el momento de máximo desarrollo de la tormenta, como se observa en los
reanálisis de NCEP/NCAR. Esta característica es notable, puesto que en general se cree que
los vientos de los reanálisis son de por sí débiles.
Dado que el Modelo ETA ha sido forzado en los bordes con datos provenientes de los
reanálisis, estas últimas son características muy curiosas que parecen sugerir algún tipo de
error en las simulaciones de alta resolución o en las soluciones archivadas.
El océano es forzado por el esfuerzo del viento y no por el viento directamente. Este
esfuerzo es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento. Por lo tanto, el efecto de la
subestimación en los campos de vientos sería multiplicado al utilizar los campos derivados
del Modelo ETA.
Teniendo en cuenta este análisis se concluye que los reanálisis parecen ser más
representativos del desarrollo real de las tormentas. Por esta razón se decidió no proseguir
el estudio utilizando los resultados provenientes de las simulaciones realizadas con el
Modelo ETA y, a cambio, se lo realizó sobre la base de los reanálisis de NCEP/NCAR.
Una vez conformada la base de datos de vientos, se realizó un ajuste del modelo
oceánico a los mismos. El ajuste se realizó a través de una serie de experimentos de
sensibilidad en dos simulaciones largas, una de invierno y otra de verano, efectuadas para
años en los cuales se disponía de observaciones de elevación de la superficie libre del mar
en el Río de la Plata con las que realizar comparaciones durante un período de tiempo
significativamente largo y bajo diferentes condiciones de viento. Aunque en general se
sostiene que los vientos de los reanálisis de NCEP/NCAR son débiles respecto de los
observados, se desconoce el grado de subestimación con precisión suficiente como para
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
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realizar un ajuste de los mismos. Por esta razón el ajuste se realizó en este caso de forma
inversa, buscando el coeficiente necesario para que los vientos de NCEP/NCAR
reproduzcan razonablemente las alturas observadas en el Río de la Plata.
Finalmente la respuesta del modelo HamSOM/CIMA a las cinco situaciones de vientos
intensos seleccionadas fue estudiada. Con el fin de determinar el dominio necesario para
una adecuada modelación de la onda de tormenta, el modelo se corrió en dos
configuraciones diferentes. En la primera de estas configuraciones, el dominio sobre el cuál
se aplica el efecto del viento empieza a los 42º S. En la segunda, el efecto del viento se
aplica al norte de 56.5º S. Las soluciones proporcionadas por el modelo fueron finalmente
comparadas con observaciones de la elevación de la superficie libre adquiridas en distintos
puntos del estuario. La comparación resulta exitosa, sobre todo teniendo en cuenta las
limitaciones en los forzantes utilizados, puesto que los vientos a 10 metros de altura de los
reanálisis no provienen directamente de observaciones sino que son un producto derivado
de modelo.
Las soluciones modeladas, con excepción de la correspondiente a mayo de 2000,
reproducen adecuadamente los tiempos de comienzo y fin de la onda de tormenta en el
estuario, indicando que el timing de los vientos es correcto en los reanálisis. En el caso de
la última tormenta (mayo de 2000), el modelo adelanta ligeramente la crecida en Palermo y
por varias horas las crecidas en La Plata y Oyarvide. En este caso es también notable que,
como indican los datos, el pico de la crecida se produce antes en Palermo que en Oyarvide y
La Plata, lo cual no se observa en ninguna de las otras situaciones analizadas.
Se observa, además, que una importante mejora en la predicción de la altura
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 49
máxima se consigue utilizando el ‘Dominio A’ respecto del ‘Dominio B’ en casi todos los
casos.
Respecto de la altura máxima, en cuatro de los cinco casos (1988, 1991 y 2000) el
modelo provee una muy buena predicción para todas las estaciones comparadas. En el caso
de la tormenta de diciembre de 1982, el modelo subestima la altura máxima de la onda de
tormenta tanto en la estación Palermo como en la Estación Oyarvide. Es posible que la
resolución temporal de los reanálisis no sea suficiente para definir apropiadamente la
duración del pico. Otra explicación es que, sencillamente, los reanálisis subestimen la
intensidad de la tormenta más que en las demás situaciones analizadas. Finalmente, para el
caso de 1989, el modelo reproduce adecuadamente la onda de tormenta en Oyarvide, San
Clemente y Montevideo, pero subestima la altura en Palermo. Es notable que en este caso la
altura máxima observada en Palermo fue intensamente mayor que en Oyarvide; esto parece
sugerir la presencia de un fuerte efecto local en los vientos no reflejado por los reanálisis.
Podrían conseguirse mejoras importantes en la calidad de las predicciones realizadas
con nuestro modelo en caso de disponer de datos de viento de mejor calidad que los
utilizados en este caso. Sería importante repetir las simulaciones atmosféricas de alta
resolución corrigiendo los errores que puedan haberse cometido, o utilizando otro modelo
atmosférico. También podrían conseguirse resultados más realistas, mejorando la
parametrización de la transferencia de cantidad de movimiento entre el océano y la
atmósfera en el modelo oceánico a través de la incorporación de un submodelo de olas. Este
trabajo se encuentra en etapa de desarrollo en el CIMA.
No obstante lo expuesto, el conjunto de modelos oceánicos HamSOM/CIMA
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forzado con los reanálisis de NCEP/NCAR ha probado ser suficientemente realista como
para ser utilizado para estudios climáticos o de escenarios.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 51
8. REFERENCIAS
Alvarez Fanjul, E. A., B. Pérez Gómez and I. Rodríguez Sanchez-Arévalo, 1997. A
description of the tides in the Eastern North Atlantic. Progress in Oceanography, 40,
217-244.
Andersen O. B., P. L. Woodworth and R. A. Flather, 1995. Intercomparison of recent ocean
tide models. Journal of Geophysical. Research, 100(C12), 25261-25282.
Backhaus, J. O, 1985. A three dimensional model for simulation of shelf sea dynamics.
Deutsche Hydrographische Zeitschirft. 38(H.4), 164-187.
Backhaus, J. O. and D. Hainbucher, 1985. A finite difference general circulation model for
shelf sea and its applications to low frequency variability on the North European Shelf.
In: Three dimensional model of marine and estuarine dynamics. J. C. Nihoul and B. M.
Jamars, (Eds.). Elsevier Oceanographic Series. 45, Amsterdam, 221-244.
Backhaus, J. O., 1983. A semi-implicit scheme for the shallow water equations for
application to shelf sea modelling. Continental Shelf Research, 2(4), 243-254.
Foreman, M.G.G.,1977. Manual for tidal heights analysis and prediction. Pac. Mar. Sci.
Rep. 77-10, Inst. of Ocean Sci., Patricia Bay, Sidney, B. C., Canadá, 97 pp.
Foreman, M.G.G.,1978. Manual for tidal heights analysis and prediction. Pac. Mar. Sci.
Rep. 78-6, Inst. of Ocean Sci., PatriciaBay, Sidney, B. C., Canadá, 70 pp.
Glorioso P.D. and J.H. Simpson, 1994. Numerical modelling of the M2 tide on the northern
Patagonian shelf. Continental Shelf Research, 14, 267-278.
Glorioso P.D. and R.A. Flather, 1995. A barotropic model of the currents off SE South
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 52
America. Journal of Geophysical Research, 100, 13427-13440.
Glorioso P.D. and R.A. Flather, 1997. The Patagonian Shelf tides. Progress in
Oceanography, 40, 263-283.
Glorioso, P., 2000. Patagonian Shelf 3-D tide and surge model. Journal of Marine Systems,
24, 141-151.
Kalnay, E. and Coauthors, 1996. The NCEP/NCAR 40-Year reanalisis project. Bulletin of
the American Meteorological Society, 77, 437-471.
Kowalik, Z. and T. S. Murty, 1993. Numerical modeling of ocean dynamics. Advanced
Series of Ocean Engineering. Vol. 5. World Scientific, 481pp.
Le Provost, C., A. F. Bennet and D. E. Cartwright, 1995. Ocean tide for and from
TOPEX/POSEIDON. Science, 267, 639-642.
Le Provost, C., F. Lyard, J. M. Molines, M. L. Genco and F. Rabilloud, 1998. A
hydrodynamic ocean tide model improved by assimilating satellite altimeter-derived data
set. Journal of Geophysical Research, 103(C3), 5513-5529.
Pohlmann, T., Untersuchung hydro- und thermo-dynamischer Prozesse in der Nordsee mit
einem dreidimensionalen numerischen Modell. PhD. Thesis, Hamburg University, 1991.
Rodriguez, I. and E. Alvarez, 1991. Modelo tridimensional de Corrientes. Condiciones de
aplicación a las costas españolas y análisis de resultados para el caso de un esquema de
mallas anidadas. Clima Marítimo Report, 42, 65 pp.
Rodriguez, I., E. Alvarez, E. Krohn and J. Backhaus, 1991. A mid-scale tidal analysis of
waters around the north western corner of the Iberian Peninsula. Proceedings of a
Computer Modelling in Ocean Engineering 91, Balkema, 568 pp.
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 53
SHN, 1986, Mar Argentino, de Río de la Plata al Cabo de Hornos, Carta Náutica 50, 4th
ed., Servicio de Hidrografia Naval, Armada Argentina.
SHN, 1992, Acceso al Río de la Plata, Carta Náutica H1, 5th ed., Servicio de Hidrografia
Naval, Armada Argentina.
SHN, 1993, El Rincón, Golfo San Matías y Nuevo, Carta Náutica H2, 4th ed., Servicio de
Hidrografia Naval, Armada Argentina.
SHN, 1999a, Río de la Plata Medio y Superior, Carta Náutica H116, 4th ed., Servicio de
Hidrografia Naval, Armada Argentina.
SHN, 1999b, Río de la Plata Exterior, Carta Náutica H113, 2nd ed.,Servicio de Hidrografia
Naval, Armada Argentina.
Simionato, C.G., W. Dragani, M.N. Nuñez and M. Engel, 2002. A set of 3-D nested models
for tidal propagation from the Argentinean Continental Shelf to the Río de la Plata
Estuary – Part I M2. Submitted to Continental Shelf Research.
Simmonds, I and K. Keay, 2000. Mean Southern Hemisphere extratropical cyclone
behavior in the 40-year NCEP-NCAR Reanalysis. Journal of Climate, 13, 873-885.
Simionato, C.G., M. N. Nuñez and M. Engel, 2001. The Salinity Front of the Río de la
Plata - a numerical case study for winter and summer conditions. Geophysical Research
Letters. 28(13), 2641-2644. 2001.
Stronach, J. A., J. Backhaus and T. S. Murty, 1993. An update on the numerical simulation
of oceanographic processes in the waters between Vancouver Island and the mainland:
the GF8 model. Oceanography and Marine Biology: An annual Review 31, 1-86.
Wais, R., 1985. On the relation of linear stability and the representation of Coriolis term in
 Estudio de la respuesta del modelo HamSOM/CIMA
 a vientos intensos sobre el Río de la Plata
C. Simionato, M. Núñez y V. Meccia Pagina 54
the numerical solution of the shallow water equations. PhD thesis. Hamburg University.
Zahel, W., 1997. Ocean Tides, in Lecture Notes in Earth Sciences 66, Springer 1997: Tidal
Phenomena, Helmut Wilhelm, Walter Zürn, Hans-Georg Wenzel (Eds.)