INTRODUCCIÓN

Los datos altimétricos proporcionan una informa-ción muy valiosa sobre la dinámica de la capa supe-rior del océano, permitiendo estudiar la circulaciónoceánica y los efectos del océano sobre la meteorolo-gía y el clima, entre las aplicaciones más relevantes(Digby et al., 1999). El principio de operación de unaltímetro es muy simple. Por un lado, la altura del sen-sor respecto al elipsoide de referencia se calcula usan-do sistemas de radiofrecuencia, GPS y/o láser. Porotro lado, la señal recogida por el altímetro permiteestimar la distancia entre éste y la superficie marina,midiendo el tiempo entre la emisión y recepción depulsos, y teniendo en cuenta los efectos de la tropos-fera e ionosfera sobre la señal. Conociendo ambosparámetros, podemos conocer la altura de la superfi-cie marina respecto al elipsoide (Fu et al., 2001).

En este artículo mostramos 2 aplicaciones opera-cionales concretas: la extracción de corrientes geos-tróficas y el cómputo del contenido calórico de lacapa superficial oceánica.

DATOS

Los productos derivados de datos altimétricosusan por regla general y debido a los errores en el

geoide, las anomalías en la altura de la superficiemarina (Surface Height Anomalies–SHA), obteni-das usando una media multianual como campo dereferencia. En nuestro caso, los valores de SHA a lolargo de la trazada del satélite son obtenidos entiempo casi real por el US Naval Research Labora-tory, usando los datos procedentes de la constela-ción de altímetros para estimar los valores de SHA,altura de ola significativa y velocidad del viento enla superficie marina. Estos datos son rutinariamen-te transferidos y almacenados en nuestra base dedatos, siendo accesibles en el sitio web(http://cwcaribbean.aoml. noaa.gov) del NodoRegional del Caribe y Golfo de Mexico de Coast-Watch (CWCGoM).

Los valores de SHA sirven de base para estimarlos campos espaciales de este parámetro. Para elloy para una fecha determinada, interpolamos losdatos puntuales usando el método de las correccio-nes sucesivas (Bratseth, 1986), tomando como baselos datos de los últimos 10 días. Este algoritmo escomputacionalmente muy eficiente y permite obte-ner campos interpolados de SHA a partir de uncampo inicial de referencia, el cual es modificadode manera iterativa por las observaciones.

Los campos de SHA están disponibles en la webdel nodo (Figura 1). Para facilitar el acceso y mejo-rar la interactividad, hemos implementado una

Revista de Teledetección. 2006. Número Especial: 85-89

Número Especial - Junio 2006 85

Aplicaciones operacionales de la altimetría

J. A. Triñanes*, G. Goñi** y J. Varela*

trinanes@usc,es

* Universidades de Santiago de Compostela (USC). Instituto de Investigacións Tecnologicas** National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA)

Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory

RESUMEN

En este artículo presentamos varias aplicaciones delos datos de altímetro para estudios oceánicos, climay meteorológicos, tales como las corrientes geostrófi-cas y el calor potencial de ciclones tropicales.

PALABRAS CLAVE: variabilidad mesoescalar,dinámica oceánica, altimetría, corrientes geostróficas,ciclones tropicales.

ABSTRACT

This manuscript describes several applications ofaltimetry data for ocean, climate and weather studies,such as geostrophic currents and tropical cyclone heatpotential.

KEY WORDS: mesoscale variability, ocean dynamics,altimetry, geostrophic currents, tropical cyclones.

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interfaz basada en una aplicación desarrollada enJava. CWCGoM permite a los usuarios acceder alas observaciones de SHA, visualizar los pases delaltímetro y los campos de altura dinámica, repre-sentar las corrientes geostróficas, superponer con-tornos, enmascarar profundidades, etc. Este controlpermite seleccionar dinámicamente la región deestudio. Los datos de SHA cubren de manera dis-creta un gran porcentaje de la superficie marinalibre de hielo con la única limitación que imponenlas órbitas polares de los satélites que portan losaltímetros, las cuales impiden obtener datos enzonas situadas a partir de una determinada latitud,definida por las características orbitales de cadasatélite. Este es un problema menor para estudiosque no incluyan las regiones polares. Con esta sal-vedad, podemos afirmar, por tanto, que nuestrainterfaz proporciona cobertura global.

Por defecto, la interfaz muestra los campos deSHA. Podemos superponer los contornos en saltosde 10 cm y superponer los pases de cada satélite, quese mostrarán con colores diferentes para cada uno deellos y nos permitirá identificar las fuentes de datosy comprobar la cobertura espacial de las medidas.

CORRIENTES GEOSTRÓFICAS

Los campos de SHA permiten estimar las anoma-lías en las corrientes geostróficas (CG). Por ello, siconocemos la topografía dinámica media del océa-no referida un nivel de referencia, siempre podemosemplear los campos de SHA para evaluar los com-

ponentes geostróficos zonales (u) y meridionales(v) de la corriente. Para ello, empleamos lassiguientes ecuaciones:

donde SSH es la altura dinámica, resultado desumar el campo medio y SHA, g es la fuerza de lagravedad y f es la componente de Coriolis. Se partede la suposición, que la pendiente de la altura diná-mica esta relacionada directamente con el gradien-te de presiones, lo cual por regla general considera-mos válido excepto en un pequeño intervalo delatitudes en torno el ecuador.

Varias topografías dinámicas están disponibles.El usuario puede escoger entre 3 alturas dinámicasmedias:

• LEVITUS1000m. Topografía dinámica mediarelativa a una profundidad de 1000 metros ycon una resolución espacial de 1º extraída apartir de la climatología de Levitus(http://www.nodc.noaa.gov/OC5/dyn.html).

• Modelo OCCAM (Fox et al., 2000). Este campoderiva del modelo OCCAM con vientos realesdel ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Los errores en lasregiones de la corriente del Golfo y Kuroshio secorrigen usando alturas dinámicas de las clima-tologías Lozier y Levitus, respectivamente. Laresolución espacial es de 0.25º.

• OCCAM_XBT. Este campo deriva de correr elmodelo OCCAM con vientos del ECMWFdurante un período de 4 años (1992-1996) conasimilación de datos subsuperficiales proceden-tes de medidas XBT. La media representa losaños 1993-95. La resolución espacial es de 0.25º.

Cualquiera de ellas puede ser empleada para esti-mar los componentes de CG. En un futuro muy pró-ximo incluiremos la nueva version de Rio05 (Río yHernández, 2004), estimada usando datos decampo, campos altímetricos multianuales y ungeoide del proyecto GRACE (Gravity Recovery andClimate Experiment).

Los campos de corrientes pueden obtenerse en for-mato gráfico y también en forma de ficheros de datos.La interfaz permite resaltar aquellas zonas en las quela velocidad de la corriente es mayor. Sobre el campoescalar de altura dinámica, se superponen los vectoresque revelan el flujo geostrófico y que siguen laslíneas equipotenciales del campo (Figura 2).

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Figura 1. Interfaz de acceso a datos y productos deriva-dos de altímetros.

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Dado que tratamos con estimaciones geostróficasmesoescalares, hemos incluido la posibilidad deenmascarar las áreas con profundidades por debajodel valor seleccionado. En este paso hemos usadocomo referencia Etop05.

Los campos de corrientes obtenidos usando datosaltimétricos pueden contrastarse con las velocida-des de boyas de deriva. De esta manera, podemosevaluar estadísticamente las diferencias entreambos conjuntos de variables, y así determinar lamagnitud de otras componentes que afectan alcampo de corrientes superficial. Nuestra interfazpermite superponer las trayectorias de las boyasderivantes sobre el campo de CG. Incluimos laposibilidad de escoger un intervalo temporal entre 1y 50 días anteriores a la fecha seleccionada.

La energía recogida por el altímetro podemosrelacionarla con la velocidad del viento en la super-ficie marina, mientras que la forma de la señal nospermite estimar la altura de las olas o, en nuestrocaso, la altura de ola significativa, definida como lamedia de alturas de un tercio de las olas de mayormagnitud. La US Navy estima todos estos paráme-tros y los integra con las medidas de SHA. Tanto losvientos como la altura de ola también están dispo-nibles en las páginas del CWCGoM.

Aplicaciones: un ejemplo

Las aplicaciones prácticas de los datos y produc-tos derivados de altímetros son múltiples: pesquerí-as, dinámica oceánica, variabilidad climática,modelos, etc. En este apartado mencionaremos losservicios que un sistema operacional de provisiónde corrientes superficiales puede prestar a la nave-gación deportiva.

La regata Volvo Ocean Race alrededor delmundo es uno de los mayores acontecimientos en

el mundo de la navegación a vela, sólo compara-ble a la Copa América. En la edición 2005-2006,NOAA/AOML y CWCGoM han estado distribu-yendo datos operacionales de vientos y CG a los participantes en este evento deportivo(http://www.noaanews.noaa.gov/stories2005/s2537.htm, http:// www.aoml.noaa.gov/keynotes/PDF-Files/Jan-Feb 06.pdf). Para ello, hemos desarrolla-do una página web a través de la cual estos pará-metros estan siendo distribuidos para cada una delas etapas de la regata tanto en forma gráficacomo en el formato de datos GRIB. De esta mane-ra, los navegantes pueden usar esta informaciónen sus modelos de navegación para seleccionar laruta más conveniente durante la competición.

CALOR POTENCIAL DE CICLONESTROPICALES

La capa superior del océano juega un papel muyimportante en los procesos de reforzamiento de losciclones tropicales. Las temperaturas superiores a26oC son generalmente condición necesaria pero nosuficiente para los fenómenos de ciclogénesis (Goñiet al., 2003). Otros factores contribuyen de maneraimportante a estos episodios, que podemos resumir enun conjunto de condiciones atmosféricas favorablesque favorecen la transferencia vertical de energía.

En los últimos años, una serie de episodios deintensificación repentina han revelado la importan-cia de usar datos altimétricos para explicar y pro-nosticar casos de reforzamiento súbito de ciclonestropicales (Shay et al., 2000). Por ejemplo, la inten-sificación repentina de los huracanes Opal (1995),Mitch (1998) y Bret (1999) puede explicarse por elpaso de estas tormentas por zonas de alto contenidocalórico. Más recientemente, en el año 2003, eltifón Imbudo (Goñi y Trinanes, 2003) alcanzó lacategoría de supertifón en un breve espacio de tiem-po en una región en la que los valores de contenidocalórico de la capa superficial oceánica eran eleva-dos (Figura 3). Eventos similares han ocurrido en elcaso de los huracanes Rita y Katrina(http://www.aoml. noaa.gov/phod/ altimetry/katri-na1.pdf) en el año 2005.

Los datos de SST procedentes de sensores queoperan en el rango de infrarrojos y microondas,muchas veces no permiten identificar las estructu-ras térmicas subsuperficiales, como ocurre con lacorriente de Lazo del Golfo de Mexico durantemeses, escondidas por una fina capa homogénea

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Figura 2. Mapa de corrientes geostróficas superpuestassobre el campo de topografía dinámica.

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que no supone un obstáculo para los datos altimé-tricos, que permiten identificarlas. Así, este mode-lo, desarrollado por NOAA/AOML permite estimarla profundidad de la isoterma de 26º a partir de larelación existente entre la altura de la superficiemarina y el campo de masa subyacente.

Es aquí donde definimos calor potencial deciclones tropicales o TCHP (Tropical CycloneHeat Potencial) que representa la temperaturaintegrada verticalmente desde la superficie a laprofundidad de la isoterma de 26º. Los campos deTCHP se estiman diariamente a partir de los datosde altímetros, radiómetros de microondas y clima-tologías. De manera experimental, este parámetroes empleado por el Joint Typhoon Center de la USNavy para sus predicciones de intensificación detormentas tropicales.

Este producto tiene cobertura global. La interfazweb distribuye los mapas de alta resolución de las 7

regiones en las que los ciclones tropicales tienenlugar (Figura 4):

• Atlántico N, Golfo de México y Caribe,• Pacífico NE, incluyendo la costa occidental de

Estados Unidos y Méjico.

• Pacífico NO, desde la línea de cambio de fechaa Asia, incluyendo el Mar de China.

• Índico N, abarcando la Bahía de Bengala y elMar de Arabia.

• Índico SO, extendiéndose hasta Madagascar yla costa oriental del continente africano.

• Índico SE, englobando la costa occidental deAustralia e Indonesia.

Incluímos también el Pacífico Central, debido alevidente interés en conocer y estudiar el contenidocalórico de la capa superficial oceánica en estaregión.

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Figura 3. Efecto del tifón Imbudo sobre los campos de TCHP entre 19 y 23 Julio del año 2003.

Figura 4. Regiones en las que los ciclones tropicales tienen lugar. En ellas generamos productos de mayor resoluciónespacial.

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Los productos para cada una de las zonas, asícomo los mapas globales están disponibles deforma operacional en el servidor web deNOAA/AOML. CWCGoM también contribuye a ladistribución de estos productos que incluyen, ade-más de TCHP, los campos de SHA, temperaturasuperficial marina y la profundidad de la isotermade 26º. Los mapas de TCHP incluyen los contornosde 50 y 100 KJ/cm2.

El usuario de la interfaz puede acceder fácilmen-te al archivo completo de mapas usando un busca-dor diseñado para realizar esta función.

BIBLIOGRAFÍA

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