Predicciones de la altura de las olas
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Predicción de la altura de la ola de mar de viento.- Una guía de los pasos a seguir para la predicción de la altura de la ola de mar de viento puede ser:
1. Determinar los límites de la zona generadora en el mapa esbozandolos con trazo suave.
2. Medir en grados de latitud la distancia entre los límites anterior y posterior de la zona generadora transformandolos en NM (1º de latitud equivale a 60 NM). Esta distancia es el fetch.
3. Si en la zona las isobaras son exageradamente curvas, habra que determinar mas de una zona generadora y por lo tanto dos fetch. Lo mismo se hara si el viento varía en un punto o mas de la escala Beaufort.

4. Determinar el viento geostrófico, utilizando el promedio de la mayor cantidad posible de isobaras.
5. Calcular el estado del mar en función de los abacos.
Predicción de la altura de la ola de mar de fondo.- Distancia de amortiguamiento
§ Se llama distancia de amortiguamiento a la existente entre el final de la zona generadora y el punto para el cual queremos calcular la altura de la mar de fondo. Resulta ser, y aproximadamente lo confirma la experiencia, que la altura de las olas se reduce en un tercio cuando la mar ha recorrido en millas nauticas una distancia igual a sulongitud en pies.
EJEMPLO: Tenemos al final de una zona generadora un mar cuyas características son: Ho (altura al final de la zona) = 7.5 mts., L = 150 mts 492 pies » 500 pies). Para calcular el mar de fondo en un punto situado a 1200 NM.
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para las terceras 500 NM la disminución de la altura de la ola sería

para las 200 NM restantes, la disminución es:

por lo que la altura pedida sera 3.3 - 0.4 = 2.9 mts.
El calculo también se puede hacer utilizando las fórmulas siguientes:

siendo D la distancia de amortiguamiento y H~ la altura de la ola al final de la zona generadora. En el ejemplo H~ = 7.5 mts., D = 1200 NM y L = 492 ft., por lo que


Capítulo 23:
Generación y propagación de ondas- Fetch móvil
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Lo expuesto hasta ahora no ha tenido en cuenta el desplazamiento de la zona generadora cuando el sistema del cual forma parte se mueve.
El meteorólogo marino puede determinar con el mapa sinóptico el viento, la persistencia y el Fetch de las zonas generadoras, y conéstos valores calcular, por medio de abacos, la mar asociada a ellos, pero el problema se complica en la practica si tenemos en cuenta que en el caso de las depresiones extratropicales, por ejemplo, se desplazan mas o menos en dirección W-E, y con ellas sus zonas generadoras, con lo que entra en juego un nuevo parametro: el vector de la velocidad de la depresión que se considere.
En caso de que esto ocurra habra que tener en cuenta la velocidad de la zona generadora. También hay que tener en cuenta, que el desplazamiento de una depresión puede tener lugar formando un angulo cualquiera con la dirección del viento en las zonas generadoras, lo que complica extraordinariamente el problema, debiendo limitarnos aquí solamente a bosquejar los casos en que la dirección de los vientos de las zonas generadoras es paralela o perpendicular al movimiento de ésta. Los tres casos simples que pueden ocurrir son los siguientes: a) que se mueva en la dirección y sentido de los vientos, b) que se mueva en la misma dirección pero en sentido contrario, y c) que se mueva perpendicularmente a la dirección del viento.
En el caso a), un fetch móvil equivaldra a un fetch estacionario mas largo. En el caso b), a uno mas corto, y en el caso c), la persistencia se determina dividiendo el ancho de la zona generadora por su velocidad de traslación. Por ejemplo, supongamos que una zona generadora con un ancho de5º de latitud (300 N.M.), se desplaza perpendicularmente al viento con una velocidad de 15 nudos, tendremos que:

Altura de olas de mar de viento.- Recordemos que la altura de las olas producidas
por el mar de viento era una función de la intensidad de éste, W, del fetch, F, y de la
persistencia t; simbólicamente:
H = f(W,F,T)
Si la mar esta plenamente desarrollada, lo que ocurre cuando la persistencia alcanza un determinado valor, llamado 'persistencia mínima', la altura del oleaje levantado es independiente del tiempo, por haberse alcanzado un 'estado estacionario'. Es decir, t se convierte en un parametro si es mayor que tm, pudiéndose escribir entonces
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H = f(W,F)
En otras palabras, el factor limitativo de la altura de las olas en régimen estacionario (mar plenamente desarrollada), es el fetch, para cada intensidad de viento. Cuanto mas largo sea aquél, mas alta sera la mar.
Uso del abaco: El abaco (a) muestra la altura de las olas levantadas en régimen estacionario. En abcisas se representa el fetch, en millas nauticas y en grados de latitud, y en ordenadas la altura del oleaje levantado, en metros. Las curvasgruesas corresponden a intensidades de viento rotuladas en grados de la Escala Beaufort.
Si por el contrario la mar no ha llegado a su pleno desarrollo el régimen es transitorio, ya que la energía transmitida por el viento a la mar, y, por lo tanto, la altura del oleaje levantado va creciendo con el tiempo hasta alcanzar el pleno desarrollo.
En tal caso, el factor limitativo de la altura de las olas es la persistencia, mientras su valor sea inferior al de la mínima, y, por lo tanto, el fetch puede considerarse como parametro, resultando así la ecuación del régimen transitorio, cuya representación grafica es el grafico (b). En él se han representado en abcisas la persistencia, en horas, y en ordenadas la altura de las olas en metros. Las curvas corresponden a las distintas fuerzas del viento en la Escala Beaufort.
Ambos abacos se han construido teniendo en cuenta hipótesis ideales: desarrollo de la mar debido al fetch, con persistencia ilimitada y desarrollo por persistencia con fetch supuesto infinito. En la practica de la predicción del oleaje nos encontramos, sin embargo, con fetch y persistencias limitados por lo que al entrar en los abacos nos encontraremos, para un viento dado, con dos alturas de olas distintas. En este caso, debemos escoger como real, la menor de las alturas dadas por ambos abacos.
Viento y estabilidad El viento que crea el estado del mar en un areageneradora no es el viento geostrófico, ya que hay que tener en cuanta la estabilidad de las capas de aire en contacto con el océano, puesto que el aire frío engendrara olas mas altas a igualdad de las demas condiciones. Un índice de estabilidad es la diferencia de temperaturas entre el mar y el aire

Los criterios a adoptar en la corrección del viento geostrófico de un area generadora son los siguientes:

El viento así corregido se llama viento compensado y es el que debe utilizarse para entrar en los abacos de fetch y persistencia.

ROMPIENTES La ola se hace inestable cuando su pendiente H/L es igual o mayor que 1/7. En ese caso la velocidad de las partículas en la parte alta de la ola excede a la propia velocidad de la ola provocando un desbordamiento por la parte delantera de la ola, produciendo 'rociones'.
Cuando la ola llega a la costa siente el fondo y su velocidad comienza a disminuir y la ola empieza a alinearse con la línea de costa, por lo que en este caso las rompientes son función de la profundidad. Para el calculo aproximado de las rompientes se utiliza la siguiente fórmula
d = 1.3H
es decir, que la ola rompera cuando la profundidad sea 1.3 veces la altura de la ola. El procedimiento aproximado a seguir para la predicción de rompientes utilizado para costas dependientes suaves es el siguiente
1. Calculo de mar de fondo junto a la costa en cuestión.
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2. Calculo de la profundidad a la cual rompera la ola.
3. Obtener de una carta nautica la distancia de la costa a la cual se encuentra el veril cuya profundidad se halló en 2.-. La distancia a que éste se encuentre de la línea de costa sera la distancia a la cual aproximadamente rompan las olas.
EL BUQUE EN EL OLEAJE Los movimientos del buque en un sistema de olas, que equivale a un sistema de fuerzas exteriores actuando sobre un sólido libre que es el buque, haran que este se desvíe de la línea recta según tres desviaciones posibles de su centro de gravedad (de arriba abajo, de babor a estribor y de proa a popa) y de tres giros alrededor de los tres ejes que pasan por éste (balance, cabezada y guiñada).
De los seis movimientos citados, los mas importantes son el de arriba abajo (traslación vertical), el de cabezada (elevación y descenso alternativos de la proa y la popa), y el de balance o 'rolido', (giro alrededor del eje longitudinal del buque).
El buque según su configuración y distribución, tendra un período de oscilación propio para cada uno de los movimientos, y cuando uno de estos períodos propios del buque coincida con el del oleaje exterior, se produciraresonancia y el movimiento de que se trate se vera enormemente amplificado.
Tiempo de llegada El tiempo de llegada de la mar de fondo al punto pedido, lo obtenemos dividiendo la distancia por la velocidad. De acuerdo al abaco obtenemos un período de 10 segundos, por lo que utilizando la fórmula

Distancia de amortiguamiento efectivo.- Puede ocurrir que las olas de mar de fondo atraviesen en su trayectoria zonas en las cuales haya viento. Estas zonas se denominan 'zonas de viento secundario' y se definen como aquellas regiones en las que sopla una componente del viento paralela a la mar de fondo de al menos 6 nudos, ya que las componentes mas débiles no alteran la altura de las olas. En este caso hay que calcular la distancia de amortiguamiento efectivo De, para cuyo calculo utilizamos la fórmula siguiente
De = D(1 - W'/V)
siendo W' la componente del viento secundario (positivo si es de la misma dirección del oleaje y negativa en caso contrario), y V la velocidad de propagación de grupo.
Es decir 'para vientos de igual dirección que la mar, el recorrido efectivo es menor que el real; para vientos de dirección opuesta es mayor'.
Dos casos :
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a) Si W' =V la distancia de amortiguamiento efectivo sería nula, es decir no habría amortiguamiento.
b) Si W' = -V, entonces De = D(1+1) = 2D, por lo cual el recorrido efectivo en calma debe ser el doble que el real.
En la practica no aparecen velocidades W' superiores a V, lo que daría De negativos. Si esto sucediera, estaríamos frente a una nueva zona generadora.
Procedimiento para el calculo del mar de fondo en un punto dado
§ Determinación por parte del meteorólogo en el mapa sinóptico del viento, persistencia y fetch de las areas generadoras.
§ Efectuar en función de los métodos sinópticos el calculo del desplazamiento de los sistemas, si los hubiese, y por lo tanto del movimiento de los fetch.
§ Predecir el estado del mar de viento (altura de las olas).
§ Predecir la altura de las olas de mar de fondo para el punto de interés una vez que la mar haya abandonado el area generadora, utilizando el calculo mencionado anteriormente.
Seis son los parametros o variables que caracterizan las olas. De ellos tres son variables independientes y hay que medirlos directamente. Los otros pueden obtenerse de estos tres mediante fórmulas sencillas. Los parametros a medir directamente son
Altura (H): Distancia vertical entre una cresta y un seno consecutivos.
Período (T): Tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas (o dos senos) consecutivos por un mismo lugar (por ejemplo, unobjeto flotante sin velocidad propia).
Longitud (L): Distancia entre dos crestas consecutivas.
Interesan ademas los siguientes parametros
Amplitud (A): De la ondulación es la mitad de la altura (A = H/2).
Velocidad (C): De propagación, es la de avance de una línea de crestas; resulta igual a la longitud dividida por el período (C = L/T).
Pendiente: Es el cociente de dividir la altura por la longitud de onda (P = H/L).
Atendiendo a la pendiente se puede establecer la siguiente clasificación de olas
Olas pequeñas : si H/L menor que 1/100
Olas moderadas: si 1/100 menor H/L menor 1/25
Olas grandes : si 1/25 menor H/L menor 1/7
Altura significativa de la ola (H(1/3).- La llamada 'altura significativa' de la ola se define como «la altura media del tercio mayor de todas las olas observadas». Aunque esta definición pueda parecer algo complicada, por naturaleza, un observador tiende a poner mas atención a las olas mayores, de tal manera que cuando reporta la altura de las olas, normalmente esta altura es coincidente con la altura significativa.
Parametros de la ola significativa
c = 3.03T
L = 1.56T2
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V = 1.53T
Con C y V en nudos, L en metros y T en segundos
Relaciones, considerando h1/3 = 1.00
H = 0.64 H1/3
H1/10 = 1.29 H1/3
Hx = 1.87H1/3
Especificaciones de las olas de mar de viento y mar de fondo
a) Longitud de las olas de mar de fondo
Corta 0 - 100 mts.
Media 100 - 200 mts.
Larga mas de 200 mts.
b) Altura de las olas del mar de fondo
Baja 0 - 2 mts.
Moderada 2 - 4 mts.
Grande mas de 4 mts.
c) Ver Escala Beaufort
En todo caso se elige siempre la longitud o altura correspondiente a la categoría menor, es decir cuando tiene 2 mts. de altura se denomina 'baja'. Cuando el estado del mar no se considera adecuado a ninguno de los términos descriptivos arriba mencionados se utilizara el término 'confuso'.
Dirección de las olas La mejor manera de hallar la dirección de la que proceden las olas es mirar a lo largo de las crestas girando después 90º haciendo frente al avance de las olas. El observador se hallara entonces dando frente a la dirección de la que proceden las olas.
Cuando se observe y se fije la dirección de las olas (dwdw), el observador debe establecer la diferencia entre mar de viento y mar de fondo. Cuando cifre mar de viento no es necesario cifrar la dirección, pues generalmente coinciden. Cuando se cifra mar de fondo es importante recordar que si la dirección es 360º dwdw se cifrara 36 y no 00, pues este último indica que no se observa mar de fondo. Cuando existan varios sistemas de mar de fondo se cifrara cada tipo por grupos separados. Se recuerda que la dirección del mar de fondose cifra 'desde donde viene' tal como la dirección del viento, y no 'hacia donde va', que es como se cifra la dirección de las corrientes.
Período de las olas Desde una posición elevada a bordo de un buque el observador esperara a que se aproxime una serie de olas bien formadas. A continuación observara un pequeño objeto flotante o una zona característica de espuma situada a determinada distancia del buque. Comenzara a cronometrar cuando el objeto aparezca en la cresta de una ola y anotara el tiempo de paso de una cresta a otra. Esto se repetira varias veces y se anotara en el libro de registro el tiempo medio obtenido para las olas mayores bien formadas.
Altura de las olas La altura que debe cifrarse es la denominada 'altura significativa de la ola', que es el valor medio del tercio superior de todas las olas de un sistema.
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La marcha del trabajo que se recomienda es la siguiente: el observador elige varias posiciones a bordo, a alturas conocidas sobre el nivel de mar. El mejor puesto de observación es el que se aproxime mas al centro del buque para evitar todo lo posible los efectos de cabeceo y balanceo. Cuando el observador ha elegido la mejor posición y el buque se halle en situación vertical durante un breve espacio de tiempo,la cresta de las olas y el horizonte estaran en línea y al nivel del ojo del observador.
Olas rompientes En aguas profundas, tratandose de mar de viento, únicamente rompen las olas que son inestables, o lo que es lo mismo las muy abruptas, la de pendiente suficientemente acusada para que la velocidad de las partículas de agua en las crestas sea mayor que la de propagación de la ola, entonces se escapa el agua de la cresta hacia adelante originandose los rociones. Dicha pendiente se obtiene dividiendo la altura de la ola (H) por la longitud de onda (L). Cuando esa pendiente es mayor a 1/7, la ola rompe.
La mar de fondo, después de un largo recorrido sólo contiene olas con líneas de cresta muy largas, de poca pendiente (poca altura y mucha longitud de onda). Cuando el oleaje se aproxima a una playa la ola empieza a deformarse en cuanto el fondo marino esta a una profundidad igual a su longitud de onda; a partir de entonces el perfil de la ola se hace asimétrico con la cara delantera progresivamente mas vertical, hasta que el agua de la cresta cae por delante en rociones, rompiendo a veces en forma tan violenta que puede resultar peligrosa la aproximación de pequeñas embarcaciones a la costa. Al mismo tiempo el oleaje es frenado y mas donde el fondo esté menos profundo, con lo que la línea de cresta va girando hasta ponerse paralela a los sucesivos veriles (líneas de igualprofundidad del fondo), y por fin a la línea de costa, si es que venía atravesada a ésta.
Teórica y experimentalmente, se ha llegado a la conclusión que en el caso de aguas someras las olas rompen en cuando la profundidad del fondo marino es igual a la altura de la ola multiplicada por 1.3 (d = 1.3H). Con una carta de veriles puede pronosticarse a que distancia de la línea de costa comenzaran las rompientes.
Capítulo 21:
Refracción, reflexión, difracción e interferencia
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Las olas se desplazan mas lentamente a medida que es menor la profundidad del agua y en aguas de profundidad variable, las olas situadas en aguas menos profundas disminuyen de velocidad, mientras que las que se hallan en aguas mas profundas la aumentan. Las olas se inclinan hacia las aguas menos profundas y este movimiento recibe el nombre de refracción. Debido a las distintas profundidades del fondo del océano, las trayectorias de la refracción de olas pueden ser muy complicadas. Ademas las olas que llegan a las islas pueden ser refractadas y después reflejadas en una dirección completamente distinta. El fenómeno de reflexión es analogo al que sufre la luz; el rayo luminoso es sustituido por la línea perpendicular al frente de la ola, y ésta se refleja al encontrar unobstaculo adecuado, cumpliendo con las leyes de reflexión, es decir, el angulo de incidencia y el de reflexión son iguales, quedando en un mismo plano el rayo incidente, el reflejado y la perpendicular a la superficie reflectora en el punto de incidencia. Los accidentes geograficos, naturales o artificiales tales como cabos, islas, entradas estrechas a bahías, pasos estrechos entre dos islas, etc., o fenómenos marinos como las corrientes marinas son los obstaculos mas comunes que pueden oponerse o interponerse al oleaje, produciendo los fenómenos de reflexión.
El fenómeno de la difracción es por comparación con la de la luz facil de comprender, se trata del fenómeno merced al cual si en una habitación oscura hay un orificio en una pared, vemos desde dentro la luz exterior desde cualquier lugar en que podamos divisar el agujero aunque no estemos enfrente de él.
En el caso del oleaje el fenómeno se origina con 'agujeros' enormemente mayores que en el caso de las ondas luminosas, como pueden serlo la boca de un puerto o de una bahía suficientemente cerrada. Los bordes de entrada al recibir el oleaje exterior se convierten en centros emisores de oleaje por 'difracción', mandando hacia el interior del puerto o bahía un oleaje distinto al que recibieron, y que se propaga como abriéndose en abanico, siendo mas débil que el que le dio origen. Como esto lo hacen ambos extremos de la entrada,las dos ondulaciones que penetran al interior se interfieren entre sí pudiendo llegar a picarse algo la mar dentro si el oleaje es fuerte fuera.
Pero esas olas generadas por difracción también son emitidas hacia el exterior del puerto, interfiriéndose con el oleaje que llega; si este es suficientemente uniforme puede llegar a surgir el curioso fenómeno de 'olas estacionarias' siendo esta una ondulación que no se propaga, por lo que sus crestas y senos aparecen siempre en los mismos lugares. Este oleaje estacionario no siempre tiene lugar siendo necesarias determinadas características en la longitud de onda.
Tratandose de una isla, el oleaje que llega se divide a barlovento (lugar desde donde viene el viento), en dos brazos o trenes de ondas distintos que rodean el obstaculo, volviéndose a reunir a sotavento (lugar hacia donde va el viento), donde se interfieren, pudiendo dar lugar a un oleaje mas alto que el de cada uno de esos trenes de onda por separado. Eso ocurre especialmente si la isla no presenta en su contorno salientes pronunciados.
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Otro tipo de obstaculo importante suele ser cualquier paso relativamente estrecho como el Estrecho de Le Maire, que separa el continente de la Isla de los Estados, aunque en este caso el obstaculo no essólido, sino una corriente marina creada por el pleamar y bajamar de las aguas.
Cuando el oleaje se encuentra con una corriente marina de sentido contrario al de propagación de las olas; la velocidad de propagación de las mismas disminuye, al mismo tiempo que se hacen mas cortas y mas altas. La consecuencia es que aumenta la pendiente del oleaje, apareciendo la mar con crestas que rompen (borreguillos).
Para poderse dar una idea de la ganancia en altura que adquieren las olas, en estos casos, baste decir que sólo con que la corriente marina contraria sea de 2 a 5 nudos de velocidad, la altura de las olas aumenta entre un 50 y un 100 por ciento. Así por ejemplo que si la altura del oleaje es de alrededor de 3 mts., una corriente contraria de 2 a 5 nudos le hace aumentar hasta alcanzar valores entre 4½ mts. y 6 mts
En consecuencia, basta que este bajando la marea, para que las olas que llegan a la costa aumenten notablemente de tamaño.
Por el contrario, en el caso de que el oleaje alcance un area donde haya una corriente marina de su misma dirección y sentido, las olas adquieren una velocidad de propagación mayor, se hacen mas rapidas, aumenta su longitud y disminuye su altura, haciéndose menos abrupta, mas tendidas y por tanto mas estables.
De esta forma, el oleaje que se propaga hacia la costa se hace mas tendido, mas largo y menos veloz durante la pleamar.