El efecto del "barómetro invertido" por altas presiones
Variaciones del nivel del mar generadas por la alta presión atmosféricaCaso del 7-8 de enero de 2005 en el área mediterránea
Francisco Martín León, meteorólogo
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Fotos. Crispín Parra
Artículo de febrero de 2006. Recuperado en enero 2013.Nota de la RAM. A todos los que se dedican a la observación entusiasta del tiempo por su trabajo, especialmente, a Crispín Parra.
Palabras clave. Barómetro invertido, alta presión, nivel del mar, mareas, seiches, rissagues y tsunamis.
Introducción y motivaciones del artículo
Durante los meses invernales es muy común encontrarse un anticiclón a todos los niveles de la troposfera situado sobre la Península y, en determinadas ocasiones, extendiéndose por las aguas del Mediterráneo occidental. Este sistema atmosférico genera periodos amplios donde la ausencia de lluvias y vientos encalmados es la tónica general. En el mar, su nivel suele descender de forma llamativa por la reacción del fluido acuoso a las altas presiones: el anticiclón denso y pesado descansa sobre el mar y en está lucha de fluidos, aire-agua, el nivel de las aguas retrocede a causa del bonancible y pesado ambiente. Los periodos donde se aprecian estos dominios anticiclónicos llegan a ser, a veces, largos, perdurando días y algunas semanas. Esta ausencia de lluvias y disminución aparente del agua del mar al descender su nivel se le llama en Baleares “las seques de gener” o las sequías de enero. Este término, también aparece en otras regiones del interior y de las costas españolas con diferentes nombres según la zona.
En estas situaciones de tiempo “aburrido” para algunos, se da un fenómeno en el Mediterráneo que, como hemos comentado antes, produce un descenso del nivel de las aguas del mar generado por causas atmosféricas. Es el llamado efecto del barómetro invertido.
Este hecho no ha pasado desapercibido por algunos observadores avispados, como es el caso de Crispín Parra (Rodamet) que ha realizado diversas fotos en su zona, donde se pone de manifiesto lo comentado. Estos descensos naturales, en general, no tienen consecuencias adversas para la navegación marítima pero en determinadas ocasiones cuando, además, coinciden con la marea de origen “astronómica”, entonces el nivel de las aguas en algunos puertos desciende y se quedan sin la altura suficiente como para que puedan entrar algunos barcos en ellos.
Este trabajo tiene por objeto analizar el llamado efecto del barómetro invertido y está dividido en varios apartados. Comenzaremos por analizar los orígenes de las variaciones del nivel del mar. Posteriormente, nos centraremos en las variaciones debidas a las condiciones atmosféricas y, en particular, a las generadas por las situaciones anticiclónicas. Terminaremos analizando la situación vivida a primeros de enero de 2005 en el área mediterránea occidental.
Variaciones naturales del nivel del mar
De todos es conocido que el nivel del mar no permanece fijo, sino que está sometido a variaciones naturales y, a veces, artificiales. Dentro de las variaciones periódicas del nivel del mar, las más conocidas son las mareas. El influjo gravitacional de la Luna y el Sol genera sobre la envoltura acuosa de la Tierra unos movimientos periódicos de subidas y bajadas muy llamativos en todos los lugares costeros de la tierra. Son las llamadas mareas astronómicas o, simplemente, mareas.
De un análisis simple podemos expresar que el nivel del mar observado X(t), y siendo t la variable del tiempo cronológico, depende de la suma de varios sumandos:
X(t)= Zo(t)+T(t)+S(t)+O(t)
Siendo, Zo (t) el nivel medio del mar que, propiamente dicho, cambia muy poco con el tiempo. Fundamentalmente, estos cambios se deben a la dilatación térmica de las aguas, aportes por deshielos, cambios de regímenes sedimentarios en el mar, etc. Para nuestros propósitos lo supondremos constante.
T(t) es el sumando que se corresponde con las variaciones propias de las mareas astronómicas que todos conocemos. El primero en dar una explicación satisfactoria al fenómeno de las mareas, que incluyera una explicación de las oscilaciones de periodo semidiurno, fue Newton. Según su teoría, las mareas se originan por la diferencia existente en cada punto de la tierra entre dos fuerzas: la atracción de la Luna (o el Sol) sobre dicho punto (que depende de la distancia al satélite y por lo tanto es mayor en los puntos más cercanos a la Luna) y la fuerza centrífuga que sufre al girar en torno al centro de gravedad del sistema Tierra-Luna (constante en todos los puntos de la Tierra, pues todos ellos trazan un giro de idéntico radio en torno al citado centro de gravedad).
El término S(t) es la componente asociada al tiempo atmosférico que también repercute en la altura del nivel del mar. La presencia de altas o bajas presiones condiciona el peso del aire que hay sobre las aguas marinas, así como el viento que fluye sobre la superficie del mar. Cuando la subida del nivel del mar coincide con la marea natural y con la subida de las aguas por la irrupción de un huracán o borrasca de latitudes medias, se producen elevaciones del mar muy dañinas y peligrosas para las zonas costeras. Son las llamadas ondas de tormentas. Ver tabla adjunta para ver algunas ondas significativas de los últimos años.
De forma singular y extraordinaria también se incluyen las variaciones generadas por las seiches, tsunamis y los errores de medida de los aparatos que miden las propias mareas y que las englobaremos en el término O(t) . Para nuestros propósitos y en nuestra zona, las principales componentes de este término vendrán dada por los sistemas atmosféricos que se encuentren o actúen sobre dicho mar. En condiciones normales, esta contribución es casi nula. En el Mediterráneo se han detectados tsunamis poco intensos y las subidas repentinas del nivel del mar por origen atmosférico se dan en ciertos puertos, por de ejemplo, el de Ciudadela (Menoría). Allí el fenómeno es conocido como las rissagues.
En situaciones adversas de cambios bruscos de nivel del mar, los diferentes componentes pueden actuar positiva o negativamente al unísono y producir grandes desastrosos para el ser humano en las zonas costeras. En el caso de los grandes tsunamis, estos pueden generar cambios de niveles súbitos provocados por las propias olas que al llegar a la costa pueden alcanzar los 10 m o más.
Los efectos asociados a las variaciones de nivel por mareas astronómicas y al tiempo atmosférico se pueden observar de un día para otro en condiciones normales. De esta forma, se denominan residuos meteorológicos de las mareas a la diferencia entre el nivel observado del mar y el esperado por la componente gravitacional. Por lo tanto, se pueden generar mapas de residuos de mareas como aquellos que representan y se corresponden con las variaciones del nivel del mar producidas únicamente por el efecto de la presión atmosférica y del viento.
Los efectos sobre el nivel del mar del tiempo atmosférico: caso de las altas presiones
Cuando se analizan las variaciones del nivel del mar que pueden tener lugar en un sitio determinado se deben tener en cuenta las condiciones meteorológicas, ya que estas pueden modificar la altura del mar positivamente o negativamente. En el primer caso se pueden dar inundaciones costeras, como es el caso de los huracanes en las zonas caribeñas y de Estados Unidos, y en el periodo invernal en las costas europeas atlántica con las depresiones móviles atlánticas. La presión y el viento son los dos elementos que entran en juego a la hora generar ascensos y descensos del mar. En igualdad de condiciones estos efectos son más dañinos en los mares poco profundos o zonas costeras rodeadas por aguas someras. En algunas ocasiones, se han desarrollado inundaciones, incluso, a lo largo de orillas de lagos con fuertes vientos.
Estos aumentos del nivel de las aguas pueden llegar a ser realmente considerables cuando las costas se ven azotadas por tormentas tropicales (huracanes o tifones) o borrascas extratropicales de importancia. En este caso, la variación del nivel del mar debida a efectos meteorológicos se denominan como onda de tormenta ("storm surge" en la terminología anglosajona). Las mayores ondas de tormenta se producen en mares con una amplia plataforma continental y, por lo tanto, una extensa región de aguas someras o poco profundas.
Las ondas de tormenta pueden ser positivas (sobreelevación de la superficie del mar) o negativas (depresión de dicha superficie), siendo las primeras más frecuentes y, generalmente, de mayor amplitud y más adversas que las segundas.
Si una onda positiva coincide con una marea viva pueden producirse importantes inundaciones en las zonas costeras. Así, por ejemplo, la onda de tormenta producida por el huracán Vera en 1959 causó miles de muertos en Japón y una tormenta que se desarrolló en el Mar del Norte a principios de Febrero de 1959 produjo serias inundaciones, lo suficientemente importantes como para que varios países, como Holanda y Gran Bretaña, se decidieran a construir costosas barreras físicas para evitar que la situación se repitiera. El mayor residuo del que se tiene conocimiento (7.5 m) se produjo en Gulfport (cerca de Nueva Orleans, en la costa americana del Golfo de México) en 1969 y fue debido a los efectos del huracán Camille. La onda de tormenta más devastadora se produjo en el Golfo de Bengala en 1970. Fue debida a un ciclón y dejó tras de sí una estela de más de 300.000 muertos.
Las ondas de tormenta negativas pueden tener importantes efectos económicos, pues pueden alterar el normal funcionamiento de los puertos al reducir la profundidad de los canales de navegación y, por lo tanto, impedir la circulación de buques que necesitan gran calado.
Afortunadamente, la ausencia de una amplia plataforma continental y lo benigno del clima hacen que las ondas de tormenta que se producen en las costas españolas no sean extremadamente grandes. Desde la puesta en funcionamiento de la REDMAR la mayor onda de tormenta registrada fue de 69 cm el 1 de Enero de 1996 en Vigo. (* Tomado del portal de Puertos del Estado).
El tiempo atmosférico puede actuar, básica y generalmente, de dos maneras sobre los cambios sobre el nivel del mar, mediante la presión y el viento. Nos centraremos en el primero de ellos, no por su importancia pero sí por el caso que nos ocupa: la situación que aconteció el mes de enero de 2005 donde un potente anticiclón se adueño del tiempo en la zona peninsular y Baleares.
La presión y el nivel del mar: efecto barómetro invertido
La presión atmosférica induce cambios en el nivel del mar ya que el aire pesa y dicho peso genera cambios invertidos a sus variaciones. Cuando la presión aumenta, el nivel del mar diminuye y viceversa. Hablamos entonces del mecanismo del barómetro invertido.
Vamos a tratar de analizar este fenómeno de forma simple. Supongamos que se ha alcanzado un nivel del mar con una presión determinada y donde no hay corrientes de aire. En estas condiciones, para un nivel horizontal a una profundidad, H, en el agua se tendrá:
Pa + rg H=constante
Donde Pa es la presión atmosférica, r es la densidad del agua, g es la gravedad y H la profundidad a la que nos encontramos respecto al nivel del mar de referencia. Si ahora varía la presión del aire en DPa se tendrá que el nivel del mar variará en sentido contrario. Por lo tanto, se habrá producido una variación en H:
D H= (D Pa)/gr
Si ponemos los valores de r=1026 kg/m3 y g= 9.8 m/s2 en la expresión anterior, tendremos que
D H= -0.993(D Pa)
Donde D H se mide en cm y D Pa en hPa. Vemos que, y en términos aproximados, un incremento de 1 hPa produce un decrecimiento del nivel del mar del orden de 1 cm. Hagamos algunas cuentas conceptuales.
Si el nivel de referencia en la costa de Alicante lo tomamos con 1013 hPa de presión, cuando se sitúa un anticiclón de 1043 sobre dicha, por ejemplo en enero, tendremos que la variación de nivel habría sido, sólo por esta contribución, del orden de -40cm. En una situación donde el paso de una borrasca de 983 hPa sea seguido por una situación anticiclónica donde el barómetro llegué a los 1023 hPa, se habrá producido una diferencia de desnivel del mar que va desde los +0,30cm a los -10cm. Todo ello sin tener en cuenta los efectos generados por el viento, que situaciones anticiclónicas es poco significativo.
En las zonas de paso de las depresiones extratropicales y tropicales estas variaciones de nivel del mar por efecto invertido pueden ser notorias y entrar en resonancia con las mareas y los efectos del viento, generando con frecuencia inundaciones costeras por mareas.
La presencia de vientos suele enmascarar el efecto de la presión en los residuos meteorológicos de las mareas por su importante contribución. Las perturbaciones de presión del nivel de las aguas se aprecian es situaciones anticiclónicas invernales con poco viento o bajo gradiente de presión.
Cuando grandes masas de agua están protegidas por zonas heladas circundantes, también suele ser otro factor para apreciar estos efectos de la presión sobre el nivel del mar. Fue Sir James C. Ross, (Pugh, 2004) el que observó estas variaciones negativas, realizadas en el Ártico canadiense durante el invierno de 1848-49 cuando investigaba la perdida de una expedición. Se dio cuenta del efecto invertido para un mar cubierto por hielo.
En las figuras adjuntos vemos el retrato del citado explorador y realizador de las mediciones aludidas.
Recientemente, Roden y Rossby (1999) apuntan que fue Nils Gissler (1715–71), un afanado científico sueco, el primero que descubrió el efecto del barómetro invertido, basándose en observaciones del nivel del mar y la presión atmosférica en Härnösand, un pequeño pueblo del golfo de Botnia. Su trabajo fue publicado en 1747, pero ha pasado desapercibido, posiblemente, al publicarlo en su lengua natal.
La situación que analizaremos posteriormente se corresponde a primeros de enero de 2005, cuando un potente anticiclón se asentó sobre la península y el Mediterráneo occidental. Los vientos en esos días fueron débiles y predominaron las calmas en capas bajas.
El viento
La fricción del viento contra la superficie marina genera unos efectos en el desplazamiento de las aguas del mar, muy notorias cuado el aire sopla intensamente y de forma persistente y constante en amplias zonas marinas poco profundas. Ese transporte de agua puede ser crítico en situaciones de tormentas tropicales intensas y activas, o en borrascas extratropicales. Su análisis y tratamiento quedan fuera de los objetivos del presente trabajo y del caso analizado.
Las Seiches (rissagues) y tsunamis
Las seiches es el nombre genérico que se dan a las oscilaciones del nivel del mar de alta frecuencia y en muchas ocasiones son oscilaciones locales resonantes. Estas oscilaciones pueden tener periodos de minutos hasta de horas y están provocadas por condiciones meteorológicas especiales en zonas de aguas poco profundas.
En España son famosas las seiches (o secas) del puerto de Ciutadella en Menoría. Allí se les conoce como rissagues. El periodo propio de la "seiche" del puerto de Ciutadella de Menorca es de 10 minutos y el de la bahía de Palma, de casi 30 minutos. En el puerto de Ciutadella y en otros de las Illes Balears y de las costas catalanas, un excitador ideal son las oscilaciones de presión atmosférica y viento asociadas a ondas atmosféricas internas, cuando dichas ondas afectan a una capa de inversión térmica.
Más sobres las rissagues en:
http://www.inm.es/wcmt/palm/cmt/html/rissagues.htm
Por último, indicar que existen otras causas de la variación súbita del nivel del mar, los tsunamis, generados por un maremoto intenso. Estos últimos pueden generar olas y variaciones del nivel del mar en las zonas costeras, que se acentúan al llegar a la costa pudiendo darse olas de 10 a 15 m de altura. Recientemente, parte de las costas del Océano Indico han sufrido un gran tsunami durante el 26 de diciembre de 2004.
Últimos datos de residuos tomados por satélite a nivel global
Podemos aproximarnos a lo acontecido estos días según los datos de satélites. Las imágenes muestran las anomalías de la altura del nivel del mar a nivel global. Cada imagen es el promedio de los datos de 10 días centrados en el día señalado.
Podemos ver, que, incluso, con la baja resolución de estas imágenes, el nivel del mar Mediterráneo presenta unas anomalías negativas que llegan a alcanzar casi los 18 cm en su vertiente más occidental.
Imágenes han sido tomadas del portal de la NASA usado datos del satélite Jason-1. Para más información de estas imágenes ir a:
http://sealevel.jpl.nasa.gov/science/jason1-quick-look/
El caso de los días 7-8 de enero de 2005
Un potente y persistente anticiclón se situó en la vertical de la península durante los días que estamos comentando. Su influencia se dejaba ver en todos los niveles y su centro se situaba sobre la península Ibérica y extendiéndose hacia su lado oriental, afectando de esta manera al Mediterráneo. Los vientos en superficie y sobre el mar eran muy débiles y las nieblas se apoderaron del ambiente en superficie. Las condiciones para que se dieran el efecto de barómetro invertido eran idóneas: las estáticas altas presiones tenderían a ejercer su peso e influencia sobre el nivel del mar.
Como ejemplo del entorno sinóptico vivido mostraremos la situación del 7 a las 00 UTC en 500 hPa y superficie.
Mapas de residuos meteorológicos
Los mapas que mostramos a continuación presentan las anomalías de nivel del mar asociadas a los factores puramente meteorológicos en los días 7 y 8 de enero. Las imágenes se han tomado del portal de Puertos del Estado del Ministerio de Fomento. Estos mapas son más realistas que los de tipo global, mostrados con anterioridad.
Las anomalías de ascensos y descensos están expresadas en cm. Los valores “fríos” se presentan en colores verdes-azules y magenta. Podemos observar como se producen descensos en el Mediterráneo del orden de 16-20 cm de desnivel negativos.
Mapas de residuos meteorológicos, para los días señalados. Fuente, Puertos del Estado.
Fotos de Crispín Parra
A continuación ponemos los comentarios de Crispín Parra relativo al fenómeno observado por él, que lo titulo, “Descenso marítimo causado por las altas presiones”. Las fotos están fechadas en su parte inferior.
Un fenómeno habitual pero algo superior a lo normal (se ha dado estos días frente a las costas catalanas). Es una cosa que me fijo mucho con los cambios de presión, como reacciona el mar.
Os pongo una comparativa de una roca en el Roc Sant Gaietà (Roda de Barà) con 1013 hPa y con 1035 hPa donde se observa como se descubre parte de la roca siempre sumergida en presiones normales
Y otra comparativa del mar con 986 hPa del fuerte temporal del 31-10-2003 donde el nivel subió tanto que anegaron las playas por completo, comparando con la imagen de retirada del mar a causa del nivel más bajo de lo normal que presenta el mar con las altas presiones, hoy de 1035 hPa.
Más dos fotos de hoy también muy interesantes donde se observa perfectamente la bajada del nivel del mar dejando al descubierto muchas de las rocas del Roc ant Gaietà.
Un saludo
Texto y fotos tomadas del foro de Meteoclimatic:
http://forum.meteoclimatic.com/index.php?board=9;action=display;threadid=10882
Conclusiones
Los sistemas de presión generan variaciones significativas en el nivel del mar a causa del propio peso del aire y del influjo del viento al transportar y desplazar las aguas superficiales de un lugar a otro. Estas variaciones son analizadas y previstas en los mapas de residuos meteorológicos. Hemos analizado el llamado efecto del barómetro invertido (causado por las variaciones del nivel del mar a la respuesta de altas o bajas presiones sobre las aguas) en una situación anticiclónica acaecida en enero de 2005 en el que se produjeron variaciones del nivel del mar negativas muy significativas en las costas españolas del Mediterráneo. En determinadas ocasiones estos descensos de origen meteorológico pueden sumarse a los de las propias mareas y causar algunos problemas en los accesos de algunos puertos.
Referencias
Changing Sea Levels.Effects of Tides, Weather and Climate, 2004. David Pugh. Cambrigde University Press.
Early Swedish Contribution to Oceanography: Nils Gissler (1715–71) and the Inverted Barometer Effect, 1999. Gunnar I. Roden and H. Thomas Rossby. Bulletin of the American Meteorological Society: Vol. 80, No. 4, pp. 675–682.
Mapas de residuos meteorológicos http://www.puertos.es/
http://www.rapalamail.com/eltiempo/mareas
Anexo
Gráficas y verificaciones para el Puerto de Barcelona para el día 7 de enero del 2005
Este gráfico muestra los niveles medidos por el mareógrafo y los calculados por Nivmar en los últimos días, así como la previsión de marea correspondiente.
La figura superior muestra la evolución de los residuos (nivel del mar medido menos marea astronómica) en los últimos días tal y como ha sido calculado por Nivmar y medido por el mareógrafo. Los resultados "analizados" son calculados por el modelo tras la toma de datos atmosféricos, es decir, no son previsiones. A fin de obtener mayor precisión, dichas medidas atmosféricas son tomadas en cuenta a la hora de realizar las simulaciones "analizadas".
Ídem pero para el Puerto de Ibiza
Este gráfico muestra los niveles medidos por el mareógrafo y los calculados por Nivmar en los últimos días, así como la previsión de marea correspondiente.
Toda la información proviene del portal de Puertos del Estado:
https://www.eseas.org/products/