Download tópicos de geodesia geométrica - LUZ

UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA GEODÉSICA
DEPARTAMENTO DE GEODESIA SUPERIOR
LABORATORIO DE GEODESIA FÍSICA Y SATELITAL
TÓPICOS DE GEODESIA GEOMÉTRICA
Volumen 3, Número 1, Enero 2013
GENERACIÓN DE SERIES DE TIEMPO
DEL NIVEL DEL MAR MEDIANTE
ALTIMETRÍA SATELITAL MULTIMISIÓN EN LOS PRINCIPALES
MAREÓGRAFOS DE VENEZUELA
Prof. Gustavo Acuña
Laboratorio de Geodesia Física y Satelital (www.lgfs.luz.edu.ve)
Dpto. de Geodesia Superior – Facultad de Ingeniería – Universidad del Zulia
Apartado 526, Maracaibo 4001-A, Venezuela
E-mail: [email protected] – Telefax: +58-261-412.88.18(70)
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
Tópicos de Geodesia Geométrica
Vol. 3, No. 1, Enero 2013
GENERACIÓN DE SERIES DE TIEMPO DEL NIVEL DEL MAR
MEDIANTE ALTIMETRÍA SATELITAL MULTI-MISIÓN EN LOS
PRINCIPALES MAREÓGRAFOS DE VENEZUELA
Gustavo Acuña
CA
Laboratorio de Geodesia Física y Satelital (www.lgfs.luz.edu.ve)
Dpto. de Geodesia Superior – Facultad de Ingeniería – Universidad del Zulia
Apartado 526, Maracaibo 4001-A, Venezuela
E-mail: [email protected] – Telefax: +58-261-412.88.18(70)
RI
RESUMEN
Datos CORSSHs de las misiones TOPEX/Poseidon,
ERS-1/2, GFO, Jason-1 y Envisat [AVISO, 2010] se
utilizaron en la generación de las series [Acuña,
2011a].
Para eliminar de éstas el ruido de alta frecuencia
introducido por la elevada resolución de muestreo
de los datos altimétricos, las series fueron filtradas
por oscilaciones con periodo menor a 30 días
[Acuña, 2012]. Esto también facilita en las series la
observación de las estructuras temporales de la
variabilidad del nivel del mar.
Así, las series muestran valores medios
mensuales del nivel del mar, producto del filtraje, y
los usuales valores medios diarios derivados del
método de extrapolación.
Las series reflejan valores absolutos de altura
elipsoidal de los niveles del mar, estando todas
referidas a un único y geocéntrico elipsoide, el
GRS80 [Moritz, 1980], orientado y posicionado
según el marco de referencia global ITRF2000
[http://itrf.ensg.ign.fr/]; lo que permite la directa
comparación de las series registradas en locaciones
distintas.
DE
S
1. INTRODUCCIÓN
IA
GE
OM
ÉT
Series de tiempo del nivel instantáneo del mar son generadas empleando datos satelitales altimétricos multimisión (i.e., TOPEX/Poseidon, ERS-1/2, GFO, Jason-1 y Envisat) para las locaciones de 16 importantes
mareógrafos de Venezuela, cubriendo el periodo 1992-2009. Las series sirven para caracterizar in-situ la
variabilidad del mar en la costa venezolana. En ellas se identifica un claro ciclo anual en la oscilación del
nivel del mar Caribe venezolano con amplitud ~30 cm y variabilidad RMS de ± 7 cm. Las tasas de variación
anual reportadas por las series, +2 mm/año en promedio, verifican el aumento secular del nivel del mar en
la región. El procedimiento empleado para la generación de las series demuestra que, prácticamente en
cualquier lugar de la costa venezolana y a partir de datos satelitales altimétricos multi-misión, es posible
producir relevante información espacio-temporal sobre el estado del mar local con una exactitud en el orden
pocos centímetros (5-6 cm).
Palabras clave: altimetría satelital, mareógrafo, series de tiempo del nivel del mar, costa de Venezuela.
PI
CO
SD
EG
EO
El trabajo trata la construcción de series de tiempo
del nivel del mar a lo largo de la costa de Venezuela
a partir de datos altimétricos multimisión registrados en el periodo 1992-2009 [Acuña, 2011a].
Su generación corresponde a la posición de
conocidos mareógrafos venezolanos (ver Tabla 1 en
[Acuña, 2012]), tanto los aún operativos como
aquellos ya desinstalados.
Las series permitirán observar la evolución de
largo periodo y características temporales de la
superficie del mar costero durante los últimos 17
años, particularmente en zonas que hasta el
momento carecen de ese tipo de información.
2. DATOS Y MÉTODOS
2.1 Sobre la construcción de las series de tiempo
altimétricas del nivel del mar
TÓ
Series de tiempo del nivel del mar fueron generadas
por altimetría satelital para 16 mareógrafos
venezolanos, a saber, 8 del IGVSB (Amuay, Pto.
Cabello, La Guaira, Cumaná, Pta. de Piedras,
Carúpano, Güiria y Pto. Hierro); 6 del INC
(Maracaibo, Malecón, Pta. Diablo, Pta. Palmas,
Zapara y el Tablazo); y 3 de PDVSA (Las Morochas,
Pueblo Viejo y La Ceiba), ver [Acuña, 2012].
El procedimiento de extrapolación de datos
altimétricos hacia posiciones costeras, descrito p.ej.
en [Acuña et al., 2002], [Acuña y Bosch, 2004] y
[Acuña, 2012], fue aplicado para tal fin.
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las Figuras 1 a 9 muestran, a manera de ejemplo,
una secuencia de series de tiempo del nivel del mar
generadas/registradas a todo lo largo de la costa de
Venezuela.
Construidas para 9 de los mareógrafos más
importantes del país, desde Maracaibo en el
1
Tópicos de Geodesia Geométrica
Vol. 3, No. 1, Enero 2013
occidente, hasta Pto. Hierro en el oriente del país, las
series describen en detalle la variabilidad temporal y
espacial del nivel del mar en esa región geográfica.
La series de originales de datos medios diarios se
grafican en azul mientras que en rojo se representan
las series filtradas a valores medios mensuales.
Además de los gráficos de las series de tiempo
para los mareógrafos, se exhiben respectivas figuras
que indican las ubicaciones geográfico-costeras de
esas estaciones de marea y la posición relativa de los
datos altimétricos utilizados.
Estos se muestran como pasos por misión
dispuestos en un área de 1° alrededor del
mareógrafo en cuestión. Estadísticas para cada serie
de tiempo (i.e., número de mediciones utilizadas,
valor medio del nivel del mar, RMS de las
observaciones y rata de cambio anual) se presentan
en la descripción de cada figura.
GE
OM
ÉT
RI
CA
Mareógrafo INC Maracaibo
IA
Figura 1. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed. = 29838 ; NMM = -14,356 m ; RMS = ± 0,089 m ; DRIFT = +0,4 mm/año), en el mareógrafo
Maracaibo.
PI
CO
SD
EG
EO
DE
S
Mareógrafo IGVSB Amuay
Figura 2. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed .= 29827; NMM = -21,143 m ; RMS = ± 0,078 m ; DRIFT = +1,2 mm/año), en el mareógrafo
Amuay.
TÓ
Mareógrafo IGVSB Puerto Cabello
Figura 3. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed. = 15179 ; NMM = -17,651 m ; RMS = ± 0,065 m ; DRIFT = +0,6 mm/año), en el mareógrafo
Pto.Cabello.
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
2
Tópicos de Geodesia Geométrica
Vol. 3, No. 1, Enero 2013
RI
CA
Mareógrafo IGVSB La Guaira
OM
ÉT
Figura 4. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed. = 31013 ; NMM = -18,722 m ; RMS = ± 0,075 m ; DRIFT = +4,2 mm/año), en el mareógrafo La
Guaira.
EO
DE
S
IA
GE
Mareógrafo IGVSB Cumaná
Mareógrafo IGVSB Punta de Piedras
TÓ
PI
CO
SD
EG
Figura 5. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed. = 17963 ; NMM = -29,568 m ; RMS = ±0,078 m ; DRIFT = +0,7 mm/año), en el mareógrafo
Cumaná.
Figura 6. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar periodo,
1992-2009 (Nmed. = 33422 ; NMM = -29,474 m ; RMS = ± 0,071 m ; DRIFT = +1,9 mm/año), en el mareógrafo
Pta.Piedras.
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
3
Tópicos de Geodesia Geométrica
Vol. 3, No. 1, Enero 2013
RI
CA
Mareógrafo IGVSB Carúpano
OM
ÉT
Figura 7. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed. = 19969 ; NMM = -32,603 m ; RMS = ± 0,075 m ; DRIFT = +4,6 mm/año), en el mareógrafo
Carúpano.
EO
DE
S
IA
GE
Mareógrafo IGVSB Güiria
Mareógrafo IGVSB Puerto Hierro
TÓ
PI
CO
SD
EG
Figura 8. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar periodo,
1992-2009 (Nmed. = 22907 ; NMM = -39,453 m ; RMS = ± 0,052 m ; DRIFT = -2,2 mm/año), en el mareógrafo
Güiria.
Figura 9. Posición geográfica, distribución de datos altimétricos multimisión y serie de tiempo del nivel del mar, periodo
1992-2009 (Nmed. = 23419 ; NMM = -39,708 m ; RMS = ± 0,062 m ; DRIFT = +0,5 mm/año), en el mareógrafo
Pto.Hierro.
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
4
Tópicos de Geodesia Geométrica
Vol. 3, No. 1, Enero 2013
CA
RI
ÉT
OM
4. CONCLUSIONES
Series de tiempo del nivel del mar generadas por
altimetría satelital para el periodo 1992-2009, fueron
construidas en las locaciones de 16 mareógrafos
venezolanos.
Las series sirvieron para caracterizar in-situ la
variabilidad del mar costero venezolano. Fue posible
entonces identificar la magnitud y periodo de las
oscilaciones máxima y secundarias del nivel del mar
a lo largo de las costas del país.
El estado del mar en Venezuela muestra niveles
máximo en Septiembre y mínimo en Febrero, con un
claro ciclo anual. La magnitud de la oscilación anual
es ~30 cm en el occidente del país, que disminuye a
~20 cm en el oriente.
La variabilidad del mar registrada en la costa por
las mediciones altimétricas es, en términos
generales, pequeña, aprox. ± 7 cm RMS.
Las tasas de variación anual reportadas por las
series verificaron el aumento secular del nivel del
mar en la región. Aunque las series presentaron
valores extremos en las tasas anuales de -2,2 y +4,6
mm/año, en promedio, una variación anual de +2
mm/año fue obtenida. Esta media es bastante
próxima al valor estimado para toda la región del
Caribe por altimetría, i.e., +2,8 mm/año.
En mareógrafos como La Guaira, la tasa anual
estimada (+4,2 mm/año) fue significativamente
mayor a la media general. Esto es indicativo de la
magnitud de los cambios locales en el aumento
secular del nivel del mar a lo largo de la costa
venezolana. Considerando la tasa anterior, en La
Guaira el nivel del mar experimentó un ascenso de
~7 cm durante el periodo 1992-2009, y
probablemente, de ~42 cm en los últimos 100 años.
TÓ
PI
CO
SD
EG
EO
DE
S
IA
Observando los gráficos de las series se identifica la
principal característica de la variabilidad del mar en
la costa venezolana, la oscilación anual.
Las mayores variaciones observadas en el nivel
del mar local, en todas las locaciones analizadas,
muestran un claro periodo anual de recurrencia,
directamente relacionado con el ciclo anual de
calentamiento solar en el hemisferio norte.
Éste causa que las temperaturas máxima y
mínima alcanzadas por las capas superficiales de los
océanos del norte, tengan lugar poco después de
concluir el verano y finalizando la temporada de
invierno, respectivamente.
Precisamente, y debido a la expansión termal de
las masas de agua oceánica, el estado del mar en
nuestras regiones muestra niveles máximo en
Septiembre y mínimo en Febrero.
En cualquiera de los gráficos anteriores se
aprecia bastante bien este comportamiento. Es clara
también la amplitud total de la oscilación anual. Ésta
muestra un valor (entre máximos y mínimos) de
aprox. de 30 cm en la costa occidental que tiende a
disminuir hacia la zona oriental, donde alcanza
valores cercanos a 20 cm.
Se observan también cambios del estado del mar
con periodo de aprox. 3 meses generando niveles
máximo y mínimo secundarios a mediados de cada
año, entre los meses Febrero y Septiembre. Esta es
otra característica identificable en la mayoría de los
registros.
La variabilidad del mar en la región, registrada
por las observaciones altimétricas, es en términos
generales pequeña, aprox. ± 7 cm.
Su magnitud es una medida del impacto de las
fluctuaciones irregulares en la temperatura,
salinidad, vientos, presión atmosférica y corrientes
oceánicas de la región costera venezolana sobre el
nivel del mar.
De nuevo, los mayores valores se observan en la
costa occidental (± 9 cm en Maracaibo y ± 8 en
Amuay), probablemente relacionados con la mayor
dinámica de las aguas del Golfo de Venezuela y del
estrecho del lago de Maracaibo. En esas zonas
suelen también
ser
inexactas
importantes
correcciones a los datos altimétricos, p.ej., las
pertinentes a mareas oceánicas, troposfera húmeda y
barómetro inverso [Acuña, 2011b].
Respecto a la tasa de cambio anual del nivel del
mar regional, en todos los lugares, con la excepción
del mareógrafo en Güiria, las series de tiempo
registran un aumento permanente (sostenido) en el
nivel del mar. Los mareógrafos de La Guaira, Pta. de
Piedras y Carúpano son los más consistentes con los
estimados regionales derivados en [Acuña, 2011a].
Por ejemplo, la tasa determinada en La Guaira
(+4,2 mm/año) representa una elevación del nivel
del mar en ese lugar de aprox. 7 cm en el periodo
1992-2009, y de 42 cm en los últimos 100 años.
En promedio, las series del nivel del mar en la
costa de Venezuela reportan para el periodo 19922009 un aumento menor al observado en La Guaira
de +2 mm/año, muy próximo al valor estimado
para toda la región del Caribe por altimetría
multimisión de +2,8 mm/año [Acuña, 2011a].
Sin embargo, como puede apreciarse en la Figura
15 de [Acuña, 2011a], a lo largo de la costa ocurren
variaciones espaciales en la tasa de aumento secular
que oscilan entre +1 y +5 mm/año.
Las anteriores estimaciones tienen aplicación en
para calcular las áreas de tierra continental sujetas a
inundación en las zonas costeras, debido al efecto
del sostenido aumento del nivel del mar observado
en la región durante las 2 últimas décadas por las
misiones satelitales altimétricas, ver p.ej., [Acuña,
2011c].
GE
3.1 Interpretando las variaciones observadas del
nivel del mar
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
5
Tópicos de Geodesia Geométrica
Vol. 3, No. 1, Enero 2013
CA
RI
ÉT
EO
REFERENCIAS
DE
S
IA
Este trabajo fue desarrollado con financiamiento del
Fondo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación
(FONACIT) como parte del proyecto de
investigación No. S1-2002000563, “Estudio de las
variaciones del nivel del mar en las costas venezolanas y
sus implicaciones en la gestión de riesgos, redefinición del
sistema de alturas y determinación del geoide”, ver
[Acuña et al., 2009].
OM
AGRADECIMIENTO
LGFS/DGS – Universidad del Zulia. Vol. 1, No. 3,
Julio-Septiembre 2011.
Acuña G. (2011c): Determinando el aumento secular del
nivel medio del mar en Venezuela. Mapping. No. 146,
Febrero-Marzo 2011. Págs. 58-75.
Acuña G. (2012): Comparación de datos satelitales
altimétricos y registros mareográficos en Venezuela y
el Caribe. Tópicos de Geodesia Geométrica. LGFS/DGS –
Universidad del Zulia. Vol. 2, No. 1, Enero-Marzo
2012.
AVISO (2010): DT_CorSSH and DT_SLA Product
Handbook. Aviso Altimetry user handbook CLS-DOSNT-08.341, Issue: 1 rev 7, 08 June 2010.
Moritz H. (1980): Geodetic Reference System 1980. Bulletin
Géodésique, Vol. 54:3.
GE
El procedimiento desarrollado en el proyecto
para la generación de series de tiempo del nivel del
mar en locaciones costeras, prácticamente en
cualquier lugar de la costa venezolana y a partir de
datos altimétricos multimisión, demostró la
capacidad de producir relevante información
espacio-temporal sobre el estado del mar local con
una exactitud en el orden pocos centímetros (5-6
cm); bastante aceptable si se considera que tal
información contiene los errores de las mediciones
altimétricas, del modelo geoidal y del método de
extrapolación.
Su aplicación, por ejemplo, en el monitoreo del
nivel del mar en zonas costeras desprovistas de
mareógrafos, en la recuperación de las variaciones
del nivel del mar en mareógrafos con pérdidas de
datos, en la reparación/corrección de los registros
de mareógrafos con funcionamiento anormal, y en la
gestión de riesgos costeros, es por lo tanto,
recomendable.
TÓ
PI
CO
SD
EG
Acuña G., Bosch W., Meissel B. (2002): Correlation
between multimission altimeter time series and time
gauge registrations in the Caribbean Sea. International
Association of Geodesy Symposia, Vol. 124. SpringerVerlag, pp. 231-237.
Acuña G., W. Bosch (2004): Absolute comparison of
satellite altimetry and tide gauge registrations in
Venezuela. IAG Symposium 126: Satellite Altimetry for
Geodesy, Geophysics and Oceanography, Springer-Verlag,
pp. 261-269.
Acuña G., M. Hoyer, M. Barrios, V. Cioce, A. López, G.
Royero, E. Wildermann (2009): Estudio de las
variaciones del nivel del mar en las costas venezolanas
y sus implicaciones en la gestión de riesgos,
redefinición del sistema de alturas y determinación del
geoide. Reporte Técnico del 3er. (y final) año del
proyecto FONACIT No. S1-2002000563. Laboratorio de
Geodesia Física y Satelital. Dpto. de Geodesia
Superior. Universidad del Zulia. Agosto, 2009. 152 p.
Acuña G. (2011a): Aplicación de la altimetría satelital para
el estudio de la variabilidad del nivel del mar en el
Caribe venezolano. Tópicos de Geodesia Geométrica.
LGFS/DGS – Universidad del Zulia. Vol. 1, No. 2,
Abril-Junio 2011.
Acuña G. (2011b): Extrapolación de datos altimétricos
multi-misión sobre regiones costeras de Venezuela y
del caribe oriental. Tópicos de Geodesia Geométrica.
 LGFS/DGS – Universidad del Zulia, 2013
6