Medição de Parâmetros de Agitação MarítimaAna Margarida Gonçalves

MÉTODOS EXPERIMENTAIS em ENERGIA e AMBIENTE

Enquadramento e Objectivos

ENERGIA DAS ONDAS MARÍTIMAS

•Avaliação do recurso energético das ondas marítimas a partir de medições efectuadas por:

• Bóia Ondógrafo

• Radar Altímetro

210

4msH

21

20

m

mzT

01

mm

eT

eTs

HP2

5.0

ALTURA SIGNIFICATIVA

PERÍODO MÉDIO DE CRUZAMENTO DE ZEROS

PERÍODO MÉDIO DE ENERGIA

POTÊNCIA DE AGITAÇÃO MARÍTIMA

PARÂMETROS DE AGITAÇÃO MARÍTIMAPARÂMETROS DE AGITAÇÃO MARÍTIMA

Águas Profundas

2

Ha

k

2Comprimento de onda

Amplitude da onda

dffSnfnm )(

)(fS ESPECTRO DE FREQUÊNCIA

MOMENTO ESPECTRAL DE ORDEM n

Waverider (Waverider (19681968) – DATAWELL) – DATAWELL

-Segue os movimentos da superfície do mar.-Amplitude das oscilações da superfície do mar.

-Aço inoxidável .-0.7 a 0.9 m de diâmetro.

- Sistema de amarração inclui um cordão de borracha capaz de esticar até 3 vezes o seu comprimento.- 1.5% de erro máximo nas medicões.

- Triângulo Anti-Spin: passagem de navios transporte

Bóia OndógrafoBóia Ondógrafo

Bóia OndógrafoBóia Ondógrafo

Waverider não direccionalWaverider não direccional•Movimentos verticais da bóia - registos da elevação da superfície livre

-Altura e Período das ondasAltura e Período das ondas

•Ondas com períodos de 1.6s - 30s, > a bóia deixa de acompanhar o mov. a superfície do mar;< resposta lenta .

acelerómetroacelerómetro

Bóia OndógrafoBóia Ondógrafo

Waverider direccionalWaverider direccional•3 acelerómetros acelerações na verticalacelerações nos eixos N-S e E-W (pitch and roll)

•Altura das ondas Altura das ondas Alcance: : -20m – +20mResolução:1 cm•Direcção:Direcção:Alcance: 0º - 360ºResolução: 0.5 º•Temperatura da superfície do mar Temperatura da superfície do mar Alcance: -5ºc - +46ºCResolução: 0.2 ºC

Bóia OndógrafoBóia Ondógrafo

Registo de Onda

NívelMédi

o

Estação Ondógrafo

•Bóia Direccional DATAWELL•Receptor DIREC•Computador com unidade de gravação

20 minutos

50 Km

•Período de Amostragem: (Espaçamento entre amostras) 0.395 s (2.56Hz) - bóias não direccionais 0.78 s (1.28 Hz) - bóias direccionais

•Processamento:•Acelerómetro•Acelerações verticais•Dupla integração•Elevações da sup.livre (sinal contínuo)•Transmissão para Estação - transformação sinal discreto.•Produz o Registo de Onda•Análise Séries da elevação da sup. livre(método directo) •Altura Significativa e Período das ondas•Séries da elevação + Séries dos declives -análise espectral (Algoritmo FFT)•S(f) e uma direcção médiapor banda de frequência

f

Radar AltímetroRadar Altímetro

• Transmite permanentemente impulsos na vertical

em alta frequência (mais de 1700 por segundo)

na banda das micro-ondas (1 GHz - 100 GHz).

• O tempo de retorno permite calcular a distância

entre o sensor e a superfície reflectora.

Satélite MissãoPeríodo derepetição

SEASAT 1978 17 dias

GEOSAT 1986-1989 17 dias

ERS-1 1991-1996 35 dias

ERS-2 1995-2003 35 dias

T/P Início1992 10 dias

ENVISAT Início 2002 35 dias

JASON-1 Início 2002 10 dias

Agência

NASA

US-NAVY

ESA

ESA

NASA/CNES

ESA

NASA/CNES

RADAR ALTÍMETRO

CARACERÍSTICASCARACERÍSTICAS

Órbita :Órbita :

quase polar não heliosíncrona

Altítude: Altítude: 1336 km

Inclinação:Inclinação:

66º (eixo polar)

TOPEX - TOPEX - TOPographic EXPeriment for ocean circulation NASA (Agência Espacial Norte Americana)

POSEIDON -POSEIDON - Deus Grego dos tremores de terra e da água CNES (Agência Espacial Francesa)

RADAR ALTÍMETRO

Período de repetição:Período de repetição: 10 dias

5 dias na intersecção das passagens

127 revoluções ~ 254 Passagens

Ascendentes e descendentes

Equador - 316 km

Cobertura:

66º N - 66º Sul

•TOPEX: dupla Fequência13.6 GHz- Banda Ku5.3 GHz - Banda C

•Poseidon: 13.6 GHz- Banda Ku

RADAR ALTÍMETRO

TOPEX/POSEIDONTOPEX/POSEIDONDORIS (Doppler Orbitography and Radio

Positioning Integratedby Satellite ):

Localiza o satélite em orbita

em relação ao elipsóide de referência

(raio equatorial = 6378 km).

Laser Sation: Calibração sistemasde localização.

GPS: coordenadas do satélite

SS (Altura do Satélite):Distância entre o centro de massa do satélite e o elipsóide de referência.

RR (Distância Altimétrica):Distância entre o centro de massa do satélite e a sup. superfície do mar

SSH SSH (Altura da Superfície do Mar): Distância entre a sup. do mar e o elipsóide de referência.

SSHSSH=S-RS-R

SR

SSH

PARÂMETROS DE ONDAS PARÂMETROS DE ONDAS ALTÍMETROALTÍMETRO

TOPEX/Poseidon

sHAltura significativa - (m)

Impulso do Altímetro com uma certa espessura

Pegada (Footprint)

Área iluminada pelo impulso(Walsh, 1979)

Potência Relativa do Impulso de Retornoem função do tempo I II III IV

1 2 3 4

1 - O bordo anterior do impulso atingiu o nível do mar;

2- 0.47 m abaixo do nível do mar;

3 - 1.47m abaixo do nível do mar;

4 - 2.0 m abaixo do nível do mar.

PARÂMETROS DE ONDAS PARÂMETROS DE ONDAS ALTÍMETROALTÍMETRO

22

feTdTcbTaT AAAz

esTHP 25.0

21

4

0

m

mTA

31.0

10

2225.3

UHg

bmTT ze

•Algoritmo de DAVIES et al., (1998)

10U0• Coef. de Retrodispersão –dB

Secção eficaz de retrodispersãonormalizada pela área da pegada

•Intensidade do Vento – m/s

t

r

PP

GtH

222

434

•Pseudo idade das ondas

•Período característico

•Período de Energia

•Potência de Agitação Marítima

Intensidade do impulso de retorno

- Ajustes lineares a partir de obs.

Carter et al., 1992;

krogstad eBarstow, 1999

VANTAGENS e DESVANTAGENSVANTAGENS e DESVANTAGENS

Bóia AltímetroBóia Altímetro

Cobertura Espacial Selecção de Locais Riscos de Destruíção Informação do Período Informação Direccional Custos

•http://cdip.ucsd.edu/•http://aviso.jason.oceanobs.com/html/general/welcome_uk.htm•http://www.datawell.nl/l•http://www.tsgc.utexas.edu/topex/•http://www.ndbc.noaa.gov/wave.shtml

•AVISO, 1999AVISO, 1999: Side B TOPEX altimeter: Side B TOPEX altimeter evaluation. AVI-NT-011-317-CN, Ed. 1.0, July. evaluation. AVI-NT-011-317-CN, Ed. 1.0, July.

•AVISO, 1996: Aviso AVISO, 1996: Aviso User Handbook, Merged TOPEX/Poseidon Products (GDR-Ms)User Handbook, Merged TOPEX/Poseidon Products (GDR-Ms). .

AVI-NT-02-101-CN, 3rd Edition. AVI-NT-02-101-CN, 3rd Edition. CNESCNES, Toulouse, France., Toulouse, France.

•Carter, D.J.T., P.G. Challenor e M.A. Srokosz, 1992: An Assessment of GEOSAT Wave Height Carter, D.J.T., P.G. Challenor e M.A. Srokosz, 1992: An Assessment of GEOSAT Wave Height and Wind Speed Measurement Wave Height and Wind Speed Measurement.and Wind Speed Measurement Wave Height and Wind Speed Measurement. J. Geophys. Res.J. Geophys. Res., , 9797, nº C7, 11383-11392, July 15., nº C7, 11383-11392, July 15.

•Davies, C.G., P.D. Cotton, Challenor e D.J. Carter, 1998: On the measurements Davies, C.G., P.D. Cotton, Challenor e D.J. Carter, 1998: On the measurements of wave period from radar altimeters, ocean wave measurements and analysis, of wave period from radar altimeters, ocean wave measurements and analysis, Proc. 3rd Int. Symp. Waves’97, ASCE, Reston, VA, pp 819-826.Proc. 3rd Int. Symp. Waves’97, ASCE, Reston, VA, pp 819-826.

•Krogstad, H. E. e S. F. Barstow, 1999: Satellite wave measurementsKrogstad, H. E. e S. F. Barstow, 1999: Satellite wave measurementsfor coastal engineering applications. for coastal engineering applications. Coastal EngineeringCoastal Engineering, , 3737, 283-307., 283-307.

•Moreira, N.M., 2001: Medição das Ondas do Mar com Radar Altímetro. Moreira, N.M., 2001: Medição das Ondas do Mar com Radar Altímetro. Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Ciências Geofísicas, Especialização Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Ciências Geofísicas, Especialização em Meteorologia. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. em Meteorologia. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. 95 pp.95 pp.

•Walsh, E.J., 1979: Extraction of ocean wave height and dominant wavelength Walsh, E.J., 1979: Extraction of ocean wave height and dominant wavelength from GEOS-3 altimeter data. from GEOS-3 altimeter data. J. Geophys. Res.J. Geophys. Res., , 8484, nº B8,4003-4010, July 30., nº B8,4003-4010, July 30.

REFERÊNCIASREFERÊNCIAS