Propagación de ondas y transporte advectivo en modelado o oceánico

BECHTHOLD, PABLO; PALMA, ELBIO

Universidad Nacional del Sur

Jornada; 6tas. Jornadas Abiertas de Física 2010. Dpto. de Física, UNS; 2010

Dto de Física -UNS

Con muy pocas excepciones los procesos físicos involucrados en la dinámica del océano costero se estudian mediante simulaciones que emplean modelos numéricos hidrostáticos tridimensionales (3D) a superficie libre. Una de las razones fundamentales para emplear modelado numérico es la no-linealidad de las ecuaciones, pero no menos importante es que los campos ambientales que definen el problema (topografía del fondo, línea de costa y forzante) son funciones no-analíticas que se conocen en intervalos discretos de espacio y tiempo. De esta forma las soluciones son necesariamente aproximadas y deberemos investigar detalladamente los diferentes tipos de errores introducidos por la discretización. Dos de los aspectos físicos más relevantes del océano costero incluyen la propagación de ondas y el transporte advectivo (no-difusivo) de cantidad de movimiento y trazadores. La predicción de la elevación de la superficie libre es claramente esencial para muchos problemas costeros (mareas,ondas de tormenta, ondas costeras, etc). Lamentablemente estas son las ondas más veloces del problema y generan severos problemas de economía de calculo. Por otro lado los errores sistemáticos en la representación de estos procesos ondulatorios pueden tener consecuencia en la forma en que los modelos numéricos responden a la variabilidad temporal del forzante y de esta manera pueden alterar las propiedades de ajuste y equilibrio de la circulación simulada. Atributos deseables de los esquemas advectivos incluyen monotinicidad (no producción de extremos espurios en la concentración de trazadores), baja difusión implícita, preservación de invariantes (energía) facilidad de implementación y bajo costo computacional. Tradicionalmente se han empleado esquemas centrados o sesgados de mayor orden. En el transcurso de la ultima década  los modelistas oceánicos han comenzado a emplear esquemas de advección (transporte no difusivo) más sofisticados. En principio, todos los modelos deben reproducir el mismo comportamiento físico para una resolución numérica fija, y cada uno de ellos deberá aproximarse a la misma (verdadera) solución a medida que se mejora la resolución espacial y temporal. Lamentablemente esta situación no se presenta en la práctica. Modelos numéricos con formulaciones algorítmicas diferentes producen frecuentemente comportamiento cualitativo contradictorio o tienen propiedades de convergencia cuestionables. Tampoco podemos asegurar que exista una unica elección de modelo o que un  algoritmo numérico sea superior a otro. Dependiendo de la aplicación cualquier modelo puede ser mejor que otro. En este trabajo se realiza una revisión de dos de los modelos oceánicos costeros más empleados en la actualidad (Princeton Ocean Model y Regional Ocean Modeling System), evaluando su respuesta en simulaciones de procesos físicos de propagación y transporte de importancia en el océano costero.