El flujo residual sobre la constricción de Meninea, en período de

CONTROL HIDRÁULICO Y EFECTO DEL VIENTO SOBRE EL FLUJO
EN LA CONSTRICCIÓN DE MENINEA*
HYDRAULIC CONTROL AND WIND EFFECTS ON FLOW IN THE
MENINEA CONSTRICTION
SERGIO SALINAS1,
MANUEL CASTILLO2,
JUAN FIERRO3 & JAIME LETELIER1
1
Escuela de Ciencias del Mar.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
2
Estación Costera de Investigaciones Marinas.
Pontificia Universidad Católica de Chile
3
Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile.
*Proyecto CONA C7F 01-15.
Recepción: 30 de mayo de 2004 – Versión corregida aceptada: 30 de enero de 2007.
RESUMEN
Las corrientes, viento y nivel del mar se observaron durante tres meses en la constricción de Meninea en el
canal Moraleda. En la primavera de 2001 un sistema de dos correntómetros se instaló sobre el umbral en
Meninea para una estimación inicial del efecto de la corriente barotrópica y viento sobre la capacidad de
transporte de la constricción de Meninea. El experimento fue parte del programa multidisciplinario CIMAR 7
Fiordos. Los mareógrafos y las corrientes muestran intensa marea semidiurna. La circulación residual sobre la
constricción de Meninea, en período de invierno, es de dos capas y es modificada transitoriamente por la fuerza
del viento.
El flujo residual sobre la constricción de Meninea, en período de invierno, es de dos capas y es
modificado por la fuerza del viento. Se observan eventos en los cuales toda el flujo de agua sobre el umbral esta
penetrando hacia el sur en la dirección del viento fue determinada en gran medida por el campo de viento.
Palabras claves: Constricción; fiordo; capacidad de transporte; Chile.
1
ABSTRACT
Currents, wind and sealevel were registered during three months at the Meninea constricción within the
Moraleda channel. In the spring of 2001 an array of two currents meters was deployed over the sill at the
Meninea for an initial estimation of the effect of barotropic currents and winds on the two-layer transport
capacity of Meninea constriction. The experiment was part of the multidisciplinary program CIMAR 7 Fiordos.
Tide gages and current showed a strong semidiurnal tide. There are two events of four days in which the entire
water-mass above the sill was flushed in; this was associated to the offshore circulation of the Moraleda channel.
The mean residual circulation was strong related to the wind field.
Key words: Constriction; fjord; transport capacity; Chile.
INTRODUCCIÓN
El intercambio de dos fluidos de diferente densidad a través de la constricción en un canal es un tema
ampliamente investigado por diversos autores y tiene una gran gama de aplicaciones (Stigebrandt, 1976;
Svendsen & Thompson, 1978; Cáceres et al., 2002; Bjork et al., 2000; Valle-Levinson & Blanco, 2004, Salinas
y Hormazábal, 2004).
La existencia del umbral en un fiordo afecta el tipo de flujo de intercambio y el tiempo de renovación del
agua profunda al interior del fiordo. El agua profunda es atrapada por el umbral y no se comunica libremente con
el agua fuera de ella. Esto puede ser afectado por las mareas y ser de gran importancia para mezclar las aguas
superficiales de menor densidad con las aguas profundas (Stigebrandt, 1976, 1977; Helfrich, 1995). Otro de los
factores que afecta la capacidad de transporte de un sistema de dos capas en la constricción morfológica es el
viento y la fricción tanto lateral como de fondo (Svendsen & Thompson, 1978; Cáceres et al., 2002, ValleLevinson & Blanco, 2004). El tiempo de residencia de las aguas profundas puede originar situaciones de
estancamiento con aguas anóxicas en el interior del fiordo (Bjork et al., 2000).
Para determinar el transporte del flujo de dos capas sobre la constricción de Meninea Salinas y
Hormazabal (2004) midieron las corrientes sobre la constricción en dos profundidades pero no determinaron el
efecto del viento que puede ser un elemento dinámico que modifica el patrón de circulación. El flujo barotrópico
de la marea en un estuario, de importancia en la zona, tiene pérdida de energía debido a la fricción contra sus
bordes, la que a su vez es modificada por la magnitud y dirección del viento local (Svendsen & Thompson,
1978).
2
Los fiordos a menudo son profundos y las corrientes de marea son débiles. Si no existe otro mecanismo de
pérdida de energía en el fiordo la marea puede ser descrita por una onda estacionaria. Las constricciones originan
aceleraciones en las corrientes. Si las aguas que rodean el umbral esta verticalmente estratificadas se pueden
generar ondas internas, además de la presencia simultánea de ondas barotrópicas (Sjöberg & Stigebrandt, 1992).
El fenómeno de “estrangulamiento de marea” en un fiordo se produce cuando el rango de marea es inferior al
existente fuera del fiordo y la fase de marea esta retrasada respecto a la fase fuera del fiordo. Para estudiar la
existencia de este fenómeno en el área de estudio se registró la variación del nivel del mar en una estación al
M o
ral
ed a
norte y al sur de la constricción de Meninea (Fig. 1).
Mareógrafo
Isla Mechor
Can
al
Correntómetro
Estación meteorológica
Isla Meninea
Ite Castillo
A
Se no
ysé n
Isla Mitahue
Fig. 1: Ubicación del instrumental.
Fig. 1: Location of the instruments.
3
La marea en el canal Moraleda es de tipo semidiurno mixto y con máximo rango de marea en sicigia de
2,8 m (Fierro et al., 2000). La constricción de Meninea tiene una circulación con una componente importante
barotrópica de marea (Salinas y Hormazábal, 2004) siendo su componente principal la semidiurna con una
intensidad de 58 cm s-1 y una circulación de tipo baroclino dado por la circulación estuarina. Esta se presenta con
una capa superficial con flujo de salida desde la cuenca al sur de Meninea hacia el norte con velocidad media del
orden a los 16 cm s-1 y una capa profunda de gran homogeneidad con flujo que penetra en el fiordo hacia el sur
de 2 cm s-1. La onda de marea semidiurna es un importante factor de mezcla en la cuenca al sur del canal
Moraleda.
Los fiordos son cuerpos de agua que presentan flujos débiles en profundidad y que son muy dependientes
del grado de mezcla vertical. El alto grado de mezcla al sur de la constricción de Meninea se observa en la
dispersión de la isolineas de salinidad que determinan el campo de densidad, en contraste con la región al norte
de la constricción (Silva et al., 1995). En las mediciones realizadas en Meninea en primavera Valle-Levinson &
Blanco (2004) concluyen que el sistema tiene un comportamiento de dos capas transitoriamente modificado por
vientos intensos desde el norte que originan un sistema de tres capas. En este trabajo se discute, en forma
aproximada, por falta de mediciones intensivas, los avances de la discusión del control hidráulico de flujo sobre
constricciones y umbrales (Stigebrant, 1977; Farmer & Armi, 1986; Helfrich, 1995) y el efecto del viento. El
objetivo de este estudio es describir el efecto de la marea y el viento sobre el intercambio de flujos sobre la
constricción de Meninea.
MATERIALES Y METODOS
Se instaló un anclaje en la constricción de Meninea (Fig. 1) (45º15.6’S; 73º39.6’W) en el veril de 65 m
con un correntómetro Falmouth 2D-ACM a 25 m de profundidad y un correntómetro Aanderaa RCM9 a 45 m de
profundidad. Las mediciones se realizaron entre el 8 de julio y 29 de septiembre de 2001, durante la campaña de
mediciones del proyecto CIMAR 7 Fiordos . Para el análisis estadístico básico de las mediciones de corriente en
el anclaje se calcularon las componentes ortogonales y se determinó el ángulo de máxima varianza, asociado al
eje de máxima varianza, para las dos profundidades. Como forma de estimar el desplazamiento de una porción
de agua en un campo homogéneo, no acelerado se calculó el vector progresivo de la corriente en las dos
profundidades.
4
La serie de tiempo de dirección y rapidez del flujo medido por cada instrumento se descompuso en
componentes ortogonales en la dirección de la máxima y mínima varianza de la corriente. Cada componente fue
filtrado mediante un filtro de paso bajo Lanczos con período de corte de 34 horas para separar las oscilaciones de
marea de las fluctuaciones de corrientes residual asociada con el forzamiento distinto a la marea.
Para el análisis en el dominio de la frecuencia de las series de nivel del mar y corrientes se estimaron los
autoespectros de cada serie mediante la metodología propuesta por Bendat & Piersol (1986). Una manera de
proveer una mayor significancia estadística a partir de las estimaciones espectrales, es dividir las series en trozos
o segmentos de igual tamaño, con cada segmento se calcula un espectro que luego se promedia para cada
frecuencia (Emery & Thomson, 1998) cada espectro posee una distribución 2 con dos grados de libertad, por lo
cual los grados de libertad del espectro promedio será igual al doble de número de trozos (Bendat & Piersol,
1986). Todas las estimaciones espectrales efectuadas en este trabajo se realizaron con 12 grados de libertad.
Por lo tanto en este estudio se analiza la variabilidad submareal del flujo de intercambio en la constricción
y el efecto del viento. Para establecer la importancia relativa de la marea en las corrientes se aplicó el análisis
armónico según el método de Foreman (1978).
Además, el 19 y 20 de noviembre se efectuaron mediciones de corrientes en una sección entre la isla
Traiguén y la isla Mitahue (Fig. 1). Estas observaciones se realizaron utilizando un correntómetro acústico
perfilador Doppler (ADCP, en sus siglas en inglés) RD Instruments de 307.2 kHz montado sobre un catamarán
de 2 m x 2 m, con sus transductores sumergidos 0.5 m y apuntados hacia el fondo del canal. El catamarán fue
remolcado a un lado de la embarcación Millabú a una velocidad promedio de 2,5 m s-1, de esta forma se
completaron 17 repeticiones dentro de un ciclo de 12.5 horas (marea semi-diurna). El ADCP fue programado
para obtener mediciones cada 4 segundos en capas de 4 m de espesor, luego estas observaciones fueron submuestreadas cada 1 minuto. Además, se utilizó un equipo de posicionamiento satelital (GPS) ASTEC Z-12 el
cual entregó posición geográfica en forma conjunta con los datos del ADCP.
Los datos de corriente erróneos fueron removidos siguiendo los criterios de Valle-Levinson & Atkinson
(1999), en tanto que los datos de dirección obtenidos del compás del ADCP fueron corregidos siguiendo la
metodología propuesta por Joyce (1989). Con los datos corregidos de corrientes se determinaron grillas de
velocidad, referidas a un punto en tierra, para este caso se escogió un punto situado en el lado este del isla
Mitahue (45º 24’ 41’’ S; 073º 44’ 57’’ W), de aquí en adelante se entiende que los datos están referidos a este
punto. Además, los datos fueron separados en componentes V (Norte-Sur) y U (Este-Oeste) e interpolados,
creando grillas con una separación de 200 m en la distancia (eje x), mientras que en profundidad (eje y) la
separación fue de 2 m.
5
De manera análoga a las mediciones de ADCP remolcado en el canal Darwin (Castillo, et al., 2006), se
determinaron los armónicos semi-diurnos (sd) para cada componete (U y V), mediante el ajuste por mínimos
cuadrados (Emery & Thomson, 1998), según la relación expuesta en la ecuación (1) con el objetivo de establecer
la circulación no-mareal.
V(U,V)=V(U,V) r + V(U,V) sd x sen( sd t + sd)
(1)
Donde V(U,V) representa el vector velocidad, mientras que V(U,V) r es la velocidad residual. Además, V(U,V) sd es la
amplitud del armónico semi-diurno, sd es la frecuencia semi-diurna (2/ 12 h) y sd representa la fase
semidiurna.
El nivel del mar se midió mediante dos mareógrafos, uno con registro Aanderaa modelo 3634 y sensor de
presión modelo 3191 instalado en islote Castillo al sur de Meninea y otro con registro CQV modelo 2000 con
sensor de presión VQVO2 instalado al norte en la isla Melchor.
El viento local se midió con una estación meteorológica Aanderaa modelo AWS2700 instalada en el faro
de la isla Mitahue. Las series de nivel del mar y de viento fueron filtradas de manera análoga a las corrientes.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El flujo residual en un estuario como el encerrado por la constricción de Meninea puede tener varias
componentes Una es la interacción de las corrientes de marea con la batimetría de la cuenca al sur de Meninea,
originando un movimiento semi constante en el tiempo excepto en marea de sicigia y otros armónicos de baja
frecuencia; otra es la circulación de tipo estuario, que depende de la magnitud de la descarga de agua dulce en la
cuenca y la meteorológica de viento y fluctuación de la presión atmosférica. Estos factores se analizan a partir de
los resultados de las mediciones.
En el dominio del tiempo, las series filtradas y sin la media del nivel del mar en isla Melchor y en islote
Castillo (al norte y sur de la constricción de Meninea, respectivamente, Fig. 1) presentan variaciones cíclicas de
2 días y más débiles de 6 y 8 días (Fig. 2). Estas series muestran una buena consistencia entre las oscilaciones de
baja frecuencia registradas a ambos lados de la constricción, claramente el evento más concordante se registró
entre el 23 y el 29 de agosto.
6
Fig. 2: Series filtradas de nivel del mar: isla Melchor e islote Castillo.
Fig. 2: Time series of sea level: island Melchor and island Castillo.
En la constricción de Meninea (Fig.1), en el período de estudio las corrientes medidas a 25 m de
profundidad se encontraron alineadas con el eje del canal. El eje de máxima varianza de 172,16º explicó el 98%
de la varianza total de la serie. El patrón de flujo residual en la constricción mostró un sistema transiente de dos
capas con flujo residual saliente cerca de la superficie y entrante por el fondo. La componente a lo largo de la
constricción tuvo un promedio de 0,43 cm s-1 hacia el norte, con un valor máximo de 102,5 cm s-1 hacia el norte
y de 129,0 cm s-1 hacia el sur. El correntómetro ubicado a 45 m de profundidad mostró corrientes alineadas con
el eje del canal. El eje de máxima varianza de 164,6º explicó el 93% de la varianza total de la serie del
correntómetro profundo. La componente a lo largo de la constricción tiene un promedio de 7.6 cm s -1 hacia el
sur, con un valor máximo de 109,9 cm s-1 hacia el norte y de 119,5 cm s-1 hacia el sur.
El flujo de entrada al fiordo a través de la constricción de Meninea fue en la dirección de ~210° y el flujo
de salida en la dirección de ~330°. Esta falta de alineación de las corrientes con el eje del canal sería causada por
la morfología de la zona y/o la posición del anclaje de correntómetros.
7
Las series filtradas de las corrientes (Fig.3 y Fig.4) muestran el diagrama de vectores y el de componentes
norte-sur (V) y este-oeste (U). El análisis armónico de las corrientes a 25 m de profundidad, los armónicos
(amplitudes) de mayor importancia fueron para M2 (17 cm s-1), S2 (53 m s-1), N2 (15 cm s-1), K1 (8 cm s-1) y O1 (5
cm s-1 ); mientras que para las corrientes a 45 m de profundidad los armónicos (amplitudes) de mayor
importancia fueron para M2 (54 cm s-1), S2 (17 cm s-1), N2 (12 cm s-1), K1 (8 cm s-1 ) y O1 (7 cm s-1),
confirmando el carácter semidiurno de la marea en el canal Moraleda encontrado por Salinas & Hormazábal
(2004) y por Fierro et al. (2000).
Fig. 3: Series filtradas de: a) vector de corrientes a 25 m b) componente U c) componente V.
Fig. 3: Time series of: a) currents vector at 25 m depth b) component U c) component V.
8
Fig. 4: Series filtradas de: a) vector de corrientes a 45 m b) componente U c) componente V.
Fig. 4: Time series of: a) currents vector at 45 m depth b) component U c) component V.
Los registros de viento crudo (no-filtrado) de isla Mitahue, no presentaron una clara orientación (ambas
componentes explicaron ~50%), a diferencia de las componentes filtradas donde el eje norte-sur fue
predominante (V explicó mas del 60% de la varianza total). El viento filtrado (Fig. 5) presentó oscilaciones del
orden de 2 a 3 días, registrando una velocidad máxima de 8 m s-1 en la dirección oeste el 21 de julio de 2001. En
general, no se presentaron vientos de gran intensidad.
9
Fig. 5: Series filtradas de componente norte-sur del viento.
Fig. 5: Low-pass time series of north-south component of wind.
Entre el 13 y el 19 de julio (Fig. 6) se observó un flujo intenso típico a dos capas con flujo saliente de 10
cm s-1 hacia el norte por superficie y entrante hacia el sur por el fondo con velocidades medias promedios del
orden de los 20 cm s-1 esto corresponde al período de disminución del nivel del mar en isla Melchor e islote
Castillo (con una pendiente del nivel del mar hacia el sur). En este período los vientos medios son intensos
mayores a 4 m s-1 hacia el norte. Flujos análogos de dos capas se produjeron el 3 y 4 de agosto con viento hacia
el norte mayor a 5 m s-1; y entre el 23 y 27 de septiembre con viento hacia el norte. Estos resultados indican que
el flujo submareal en la constricción de Meninea es de tipo baroclino de dos capas saliendo hacia el norte por
superficie, en 25 m, y entrando por el fondo, a 45 m, para vientos intensos hacia el norte mayor a 4 m s -1. En
estos períodos de viento hacia el norte se produciría la mayor capacidad de transporte de la constricción para
flujo submareal.
10
Fig. 6: Densidad espectral del nivel del mar medido en isla Melchor e islote Castillo .
Fig. 6: Spectral density of sea level at Melchor and Castillo islands.
Entre el 8 y el 13 de julio se observó un flujo barotrópico hacia el sur en ambos correntómetros con viento
débil hacia el sur. Flujos análogos de corriente y viento se producen entre el 27 de julio y 2 de agosto; el de
mayor intensidad se produce entre el 24 y el 29 de agosto en ambos correntómetros con velocidades del orden de
80 cm s-1 en la capa superior y 60 cm s-1 en la capa profunda para viento intenso hacia el sur; y el 7 y 8 de
septiembre las corrientes son hacia el sur para viento débil hacia el sur. Flujos diferente se produce entre el 21 y
27 de julio con flujo barotrópico hacia el norte y viento promedio hacia el norte (Fig. 6).
En el período entre el 24 el 29 de agosto el nivel del mar tendió a subir en los dos mareógrafos, siendo el
nivel del mar mayor en isla Melchor, lo que significaría una pendiente negativa con el nivel del mar más bajo en
el sur.
En el período de medición se observó numerosos pulsos de corriente hacia el sur en ambos
correntómetros, con viento hacia el sur de mediana intensidad. Esta dinámica de flujo submareal barotrópico es
más intensa en el período entre el 24 y 29 de agosto y corresponde al mayor aumento del nivel del mar y el
mayor impulso de viento hacia el sur, en el período de medición. Esto esta indicando que el efecto del viento
contrario al flujo superficial del sistema dos capas interrumpe el control hidráulico en la constricción de
11
Meninea. Esta dinámica de intensos eventos de flujos penetrando a la cuenca al sur de Meninea permitirá
renovar las aguas profundas y antiguas de menor oxígeno disuelto.
En el período entre el 31 de agosto y el 4 de septiembre para viento intenso promedio de 4,5 m s-1 hacia el
norte el sistema de dos capas se rompe y el flujo superficial y de fondo sale desde la cuenca hacia el norte (Fig.
6).
Estos resultados muestran que el flujo residual tuvo una capa de salida hacia el norte en superficie y hacia
el sur en profundidad. Esto fue afectado por el viento, modificando en forma transiente el perfil de dos capas.
Para vientos intensos desde el norte el flujo fue hacia el sur en toda la columna. El efecto del forzamiento
barotrópico de la marea en la constricción de Meninea es modificado por la fuerza del viento, que varía con la
profundidad, y por el efecto de la pendiente del nivel del mar que origina gradientes de presión con corrientes
barotrópicas en toda la columna que pueden ser contrarias al viento. Esto estaría demostrando que el sistema se
comporta en promedio de dos capas con eventos de viento que modifican el balance de tipo hidráulico del flujo
sobre la constricción de Meninea. Otro factor es el flujo intenso que penetra desde el norte por el canal Moraleda
como resultado de una dinámica causada por el viento sobre la plataforma continental, como propone el modelo
de Klinck et al. (1981). Este resultado estaría de acuerdo con lo encontrado por Svendsen & Thompson (1978)
en un fiordo noruego, donde el viento es el principal forzante de la circulación aunque se presente un importante
aporte de agua fresca.
En el dominio de la frecuencia, los resultados del análisis espectral de la serie del nivel del mar sin filtrar
(Fig. 7) indican que la mayor parte de la energía se encuentra asociada a las bandas de frecuencia semidiurna
(~12,5 h) y diurna (~23,93 h), por otra parte, en la baja frecuencia (para este caso para períodos mayores a 1 día)
se presentan claramente dos acumulaciones de energía en la baja frecuencia, en torno a 0,005 cph (8.33 días) y a
0,02 cph (2,1 días), lo cual es consistente con lo reportado en el dominio del tiempo (Fig. 2). Además, se observa
una clara disminución de la energía del nivel del mar desde la estación de isla Melchor a islote Castillo (de norte
a sur). Estos resultados coinciden con lo encontrado en la zona por Salinas & Hormazábal (2004) y Fierro et al.
(2000).
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Fig. 7: Densidad espectral de las componentes U y V de las corrientes a 25 m de profundidad.
Fig. 7: Spectral density of U and V component of currents at 25 m.
Los resultados del análisis espectral de la serie de las componentes de la corriente de los dos
correntómetros (Fig. 8 y Fig. 9) indican que la mayor energía en ambos correntómetros se encuentra en las
bandas de períodos de 22,2 horas; 12,1 horas y 6,0 horas. Esto indica el carácter mixto de la corriente de marea
con dominio de la componente semidiurna. Además, los autoespectros muestran una acumulación importante de
energía en las bandas de 2 y 6 días en el correntómetro más superficial y de 8 días en el más profundo.
13
Fig. 8: Densidad espectral de las componentes U y V de las corrientes a 45 m de profundidad.
Fig. 8: Spectral density of U and V component of currents at 45 m depth.
14
Fig. 9: Series de tiempo filtradas de viento, nivel del mar en Melchor y corrientes en Meninea registradas a
25 m y 45 m de profundidad.
Fig. 9: Time series of winds, Melchor sealevel and Meninea currents registered at depths of 25 m and 45 m.
Más al sur de Meninea (Fig. 1) se efectuó un muestreo de los perfiles de corrientes a lo ancho del canal
(entre isla Traiguén e isla Mitahue) mediante el arrastre del ADCP sobre un catamarán, con el objetivo de
contrastar los flujos al norte y al sur de islote Castillo, estudiando si existe una consistencia del patrón de dos
capas apreciado en el sistema anclado en el área de isla Mitahue. De esta manera, durante los días 19 y 20 de
noviembre se remolcó al ADCP durante un ciclo semidiurno de marea de 12,5 horas, permitiendo caracterizar las
corrientes promedio y de la amplitud de las corrientes semidiurnas de marea, en la sección entre isla Traiguén e
isla Mitahue.
Las corrientes residuales muestran un patrón de flujo superficial de salida del fiordo, con velocidades
entre 5 y 25 cm s-1 hacia el suroeste, entre la superficie y los 75 m de profundidad. Bajo los 75 m de profundidad
se presentó un flujo de entrada al fiordo de menor intensidad con velocidades entre 5 y 10 cm s-1 hacia el noreste.
15
La amplitud de la corriente semidiurna (Figs. 10) alcanzó los 40 cm s-1, siendo mas intensa en la capa
superficial entre 8 m y 30 m de profundidad en el lado sur de la sección y más débil en el lado norte y
disminuyendo en profundidad hasta 10 cm s-1 a los 90 m de profundidad. La capa superficial hasta 8 m y la capa
de fondo bajo los 90 no pudieron resolverse con las mediciones de ADCP. En esta sección, entre isla Traiguen e
isla Mitahue, en la cuenca al sur de la constricción de Meninea la circulación media (Figs. 11) fue de tipo
estuarino con flujo superficial saliendo hacia el suroeste y un flujo subsuperficial penetrando hacia el noreste.
Esto coincide con los resultado de las mediciones realizadas por Castillo et al. (2006), en invierno en el canal
Darwin que conecta el océano con la cuenca al sur del Meninea.
Fig. 10: Transecto transversal de ADCP remolcado en canal Errázuriz (19 y 20 de noviembre). Amplitud y fase
semidiurna: a) componente norte-sur (V), b) componente este-oeste (U).
Fig. 10: Transversal transect of towed ADCP at the Errázuriz channel (19 and 20 of November). Amplitude
and phase: a) north-south component (V), b) east-west component (U).
16
Fig. 11: Transecto transversal de ADCP remolcado en canal Errázuriz (19 y 20 de noviembre). Velocidad
residual: a) componente norte-sur (V), b) componente este-oeste (U).
Fig. 11: Transversal transect of towed ADCP at the Errázuriz channel (19 and 20 of November). Residual
velocity: a) north-south component (V), b) east-west component (U).
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El análisis del flujo de intercambio a través de un estrecho sobre una teoría hidráulica estable propuesta
por Farmer & Armi (1986) del número interno de Fraude G, tal que,
G = u12 /g’H1 + u22 /g’H2
(g’= g(2-1)/2)
(2)
donde ui, Hi , i (i=1,2) son la velocidad, profundidad y densidad de la capa superior e inferior, respectivamente.
Se obtiene intercambio máximo de flujo con G=1, caso crítico para H1  H21/2H (Stigebrandt, 1977). Esto
aplicado por Salinas y Hormazábal (2004) a la constricción de Meninea se cumple para corrientes ≤77,5 cm s-1.
Pero esta relación no considera situaciones dependientes del tiempo, como la marea. Helfrich (1995) incorpora el
tiempo en el intercambio de dos capas y demuestra que depende de dos parámetros adimensionales:
γ=(g‘H)1/2T/L y q0= u0/(g‘H)1/2 (H: profundidad de la constricción; T tiempo del ciclo mareal; L: largo de la
constricción; u0: velocidad barotrópica). Donde γ es una medición de la longitud del estrecho relativa a la
distancia de una señal interna que viaja en un período de forzamiento; q0 es una medición de la intensidad del
flujo barotrópico comparada con la velocidad de forzamiento de boyantez. Para γ→∞ se tiene un estrecho
dinámicamente corto y se tiene una situación semi-estable. Para la constricción de Meninea, considerando un
largo L=5 km; H=65 m; Δρ/ρ=0,002 se tiene γ=10. Esto esta indicando valores altos de capacidad de transporte
de la constricción. Esto justifica la aproximación del modelo de Stigebrandt (1977) aplicado por Salinas y
Hormazábal (2004). Para Meninea q0 esta en el rango entre 0,5 y 1,0 en marea de cuadratura y en sicigia
respectivamente. Esto implicaría que en cuadratura el forzamiento es relativamente débil y tendría un efecto
menor sobre el transporte ya que G permanece con valores cercanos a 1. En tanto en sicigia (q0>1) G toma
valores diferentes a 1 la mayor parte del tiempo y por lo tanto la capacidad de transporte es mínima en la
constricción de Meninea forzada por la marea.
El efecto del viento sobre la circulación en un fiordo noruego observado por Svendsen & Thompsom
(1978) sería el principal forzante de la circulación y de menor importancia el aporte de agua fresca. Además la
fuerte picnoclina causada por el aporte de agua fresca sería importante en captar la respuesta a las capas más
superficiales. Otro forzante a considerar es el viento sobre la plataforma continental y la variación de la
surgencia que afecta el gradiente horizontal de la densidad y el tipo de reemplazo de las agua subsuperficiales.
Klinck et al. (1981) proponen un modelo para la dinámica de un fiordo forzado por el viento y concluyen que el
principal factor dinámico es la circulación geostrófica sobre la plataforma continental para controlar las
condiciones hidrográficas y circulación dentro del fiordo. Además establece que el viento a lo largo del fiordo
origina inclinación de la pendiente de la superficie del mar y de la picnoclina, pero el volumen total de agua
permanece constante en el fiordo. En tanto que un viento a lo largo de la costa origina flujo llenante o vaciante
del fiordo en su totalidad. Esta dinámica puede explicar el pulso intenso de corriente barotrópica que se produce
entre el 24 y 29 de agosto, que coincide con viento medio intenso hacia el sur que puede originar un aumento del
18
nivel del mar por el transporte de Ekman y generar un aumento del nivel del mar en isla Melchor e islote
Castillo, además de una pendiente del nivel del mar de norte a sur que origina un gradiente de presión hacia el
sur. Una situación similar de corriente barotrópica y viento hacia el sur se produce entre el 27 y 31 de julio, con
aumento del nivel del mar pero con una pendiente leve del nivel del mar hacia el sur que originaría un gradiente
de presión hacia el norte. El viento hacia el sur puede generar una circulación de tres capas al actuar sobre la
capa superficial de salida, esto puede ser captado si se miden las corrientes en toda la columna, como lo
realizado por Valle-Levinson & Blanco (2004) en un período de primavera-verano, pero esto esta más allá del
alcance de este estudio.
Esta es una primera aproximación por el corto período que se midió las corrientes en el canal. La
circulación neta submareal para una serie de cuencas separadas por constricciones y umbrales (Björk et al.,
2000) que están conectados con el océano puede estar forzado principalmente por diferencia de altura estéricas
entre sus extremos y el intercambio de agua en el sistema de fiordo ser dominado por intercambio baroclino.
Esto requiere observaciones complementarias del campo de densidad en especial de la salinidad y su variabilidad
en períodos largos de tiempo.
La constricción de Meninea puede ser un control hidráulico del sistema con una estratificación en la
densidad de 0,002 y una profundidad de 65 m, si las corrientes baroclinas tuvieran valores de velocidad en cada
capa igual o menor que 50 cm s-1. Estos valores de velocidad están comprendidos entre los rangos medidos por
los correntómetros, por lo cual, de acuerdo al modelo de dos capas, estacionario y sin fricción, el sistema puede
tener períodos de mezcla máxima.
CONCLUSIONES
Las mediciones para conocer la dinámica que rige el flujo sobre la constricción de Meninea, en período de
invierno, nos lleva a que el flujo a dos capas es modificado por la fuerza del viento. En general para flujo
submareal el viento en la dirección de la capa superficial saliendo desde el fiordo hacia el norte favorece el flujo
baroclino de dos capas. Por el contrario para viento hacia el sur contrario a la capa superficial el flujo residual es
de tipo barotrópico y por lo tanto se rompe el control hidrodinámico y esto debilita el flujo de intercambio entre
el fiordo y el mar exterior. Las corrientes tuvieron una fuerte componente de marea de tipo semidiurno.
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AGRADECIMIENTOS
Este estudio fue financiado por el SHOA dentro del marco del programa del CONA: CIMAR 7 Fiordos.
Agradecemos las facilidades prestadas por este organismo para la instalación del sistema anclado de
correntómetros, por el arriendo de la embarcación que remolcó el ADCP y la ayuda en los aspectos logísticos.
Se agradece el apoyo brindado por la Escuela de Ciencias del Mar, PUCV.
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