Correntes de superfície medidas por RADAR HF entre o Cabo Raso e o Cabo Espichel: previsão operacional de correntes de maré

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Barroqueiro, Teotónio José Pires
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/47989
Resumo: Tese de mestrado em Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020
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spelling Correntes de superfície medidas por RADAR HF entre o Cabo Raso e o Cabo Espichel: previsão operacional de correntes de maréOceanografia costeiraCorrentes de MaréRADAR HFPrevisão OperacionalAnálise harmónicaTeses de mestrado - 2020Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasTese de mestrado em Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020A Previsão Operacional de Correntes Costeiras permite conhecer as condições garantes da segurança e sucesso das operações e atividades marítimas, quer no âmbito militar, quer civil, nomeadamente: na busca e salvamento, no combate à poluição, no apoio à hidráulica e na gestão portuária, nas operações militares especiais, no combate ao narcotráfico, na pesca, na navegação de recreio e no tráfego marítimo, e consequentemente na salvaguarda da vida humana no mar. Desde 2012, a Marinha Portuguesa mantém operacional o Sistema de Monitorização Operacional das Correntes Costeiras (SIMOC), que garante a monitorização remota das correntes de superfície e da agitação marítima, entre o Cabo Raso e o Cabo Espichel, dos 3 aos 90 km da costa. O acervo de dados resultantes deste sistema permite hoje avançar para o desenvolvimento de diferentes modelos de assimilação e deriva de aplicação em todo o espectro de usos do mar, o que exige o processamento, análise e interpretação das medições do campo vetorial das correntes de superfície obtidas pelos radares costeiros de alta-frequência (RADAR HF) do projeto SIMOC. O objetivo desta investigação é prever a corrente de maré entre o cabo Raso e o cabo Espichel, a partir da análise harmónica da corrente de superfície medida pelo sistema de RADAR HF São Julião – Espichel. Atingir este objetivo impõe: descrever as dimensões e características físicas da corrente de maré, reconhecer as propriedades do sinal da corrente de superfície que possibilitam o seu processamento matemático, calcular e interpretar a contribuição da maré na corrente de superfície, e avaliar os desafios que se põem diante da previsão operacional das correntes costeiras. Foram processadas e analisadas as medições da velocidade da corrente superficial medida por RADAR HF, na área geográfica limitada pelos meridianos e paralelos, respetivamente: 009.75°W e 009.15°W, e 38.3°N e 38.75°N, no tempo decorrido entre 01 de janeiro e 31 de dezembro de 2015. Foram ainda analisados períodos sazonais multianuais, entre 2013 e 2017, de especial interesse de força mento astronómico, bem como períodos de duração variável entre 24 e 720 horas, em 2015, de especial interesse de forçamento meteorológico da corrente de superfície. O processamento dos dados visou analisar a componente relativa à maré nas medições da velocidade da corrente superficial medida por RADAR HF, e prever a corrente de maré a partir das constituintes harmónicas calculadas. Com o propósito de resolver o sistema de equações definido pela análise harmónica das correntes de maré, os dados de corrente de superfície foram processados com a função UTide (Codiga, 2011) com dois métodos de regressão linear distintos, a saber: método dos mínimos quadrados ordinários (MMQ) e método dos mínimos quadrados ponderados (MMQP). Aplicou-se o MMQP com o propósito de melhorar os intervalos de confiança da solução obtida por comparação com o MMQ. Para tal, o autor adaptou e desenvolveu a formulação da função de ponderação do MMQP com a soma da covariância normalizada aos resíduos da regressão linear para garantir que as medições da corrente de superfície com menor covariância, logo maior certeza, fossem privilegiadas na regressão linear pelo MMQP. A análise harmónica da corrente de superfície com o método dos mínimos quadrados ponderados com o desvio padrão normalizado das componentes zonal e meridional das medições da corrente medida pelo sistema RADAR HF São Julião – Espichel reduziu o intervalo de confiança comparado quer com o resultante da análise harmónica com o método dos mínimos quadrados ordinários, quer com o resultante da análise harmónica com o método dos mínimos quadrados ponderados com a função de pesos cauchy, como proposta por Codiga (2011). A redução do intervalo de confiança com o método dos mínimos quadrados ponderados com o desvio padrão normalizado das componentes zonal e meridional da corrente medida mostra quão promissor pode ser este método se devidamente parametrizado e empiricamente validado. A previsão operacional da corrente costeira na área de estudo (AOI), em particular da sua componente de maré, implica reconstruir o sinal da corrente a partir das constituintes calculadas na análise harmónica da corrente de superfície medida pelo sistema de RADAR HF São Julião – Espichel. Uma vez que as principais constituintes diurnas (K1 e O1) se mostram contaminadas pela corrente radiacional, não devem ser incluídas na reconstrução da corrente de maré. Logo, o maior desafio que se põe diante da previsão operacional da corrente costeira na AOI, a par das pontuais falhas, temporais e espaciais, das medições do sistema de RADAR HF São Julião – Espichel, é a filtragem da corrente de superfície radiacional periódica de forçamento externo. Esta filtragem permite o cálculo das principais constituintes diurnas da corrente de maré, melhorando, assim, a reconstrução do sinal desta corrente, e consequentemente a previsão operacional da corrente costeira.The Operational Forecast of Coastal Currents allows to know the conditions guaranteeing the safety and success of maritime operations and activities, both in the military and civil scopes, namely: search and rescue, marine pollution control, port and hydraulic infrastructure management, special military operations, drug trafficking control, fishery activities, recreational navigation and maritime traffic, and consequently in safeguarding human life at sea. Since 2012, the Portuguese Navy has been operating the Coastal Current Operational Monitoring System (SIMOC), which ensures the remote monitoring of surface currents and wave conditions between Cabo Raso and Cabo Espichel, from 3 to 90 km from the coast . The data collection resulting from this system allows us today to advance to the development of different models of assimilation and drift with application in the whole spectrum of sea uses, which requires the processing, analysis and interpretation of the measurements of the surface currents vector field obtained by the SIMOC project high-frequency coastal radars (HF RADAR). The main purpose of this research is to predict the tidal current between Cabo Raso and Cabo Es pichel, based on the harmonic analysis of the surface current measured by the HF RADAR São Julião - Espichel system. Achieving this objective requires: to describe the physical dimensions and characte ristics of the tidal current, to recognize the surface current signal properties that enable its mathematical processing, to calculate and to interpret the tidal contribution in the surface current, and to evaluate the challenges to the operational forecast of coastal currents. HF RADAR surface current velocity data measurements were processed and analyzed in the geo graphic area bounded by meridians and parallels, respectively: 009.75°W and 009.15°W, and 38.3°N and 38.75°N, in time between January 1 and December 31, 2015. Multi-year seasonal periods between 2013 and 2017 were also analyzed, those of special interest in astronomical forcing, as well as periods of variable duration between 24 and 720 hours in 2015, those of special interest to meteorological forcing of the surface current. The data processing was aimed at analyzing the tidal component in the measurements of the surface current velocity measured by HF RADAR, and to predict the tidal current from the calculated harmonic constituents. In order to solve the system of equations defined by the harmonic analysis of the tidal currents, the surface current data were processed using the UTide (Codiga, 2011) function with two distinct linear regression methods, namely: least squares (OLS) and weighted least squares method (WLS). The WLS was applied with the purpose of improving the confidence intervals of the solution obtained by compari son with the OLS. For this, the author adapted and developed the formulation of the weighting function of the WLS with the sum of the covariance normalized to the residuals of the linear regression to ensure that the measurements of the surface current with less covariance, thus greater certainty, were favored in the linear regression by WLS. The harmonic analysis of the surface current with the weighted least squares method with the nor malized standard deviation of the zonal and meridional components of current data measured by the HF RADAR São Julião - Espichel system reduced the confidence interval compared to the result of the analysis harmonic with the ordinary least squares method, and to the result of harmonic analysis with the weighted least squares method weighted with the cauchy weighting function, as proposed by Codiga (2011). The decrease of the confidence interval with the weighted least squares method with the normalized standard deviation of the zonal and meridional components of the measured current shows how promising this method can be if properly parameterized and empirically validated. The operational prediction of the coastal current in the study area (AOI), in particular its tidal compo nent, involves reconstructing the current signal from the constituents calculated in the harmonic analysis of the surface current measured by the HF RADAR São Julião - Espichel system. Since the main diurnal constituents (K1 and O1) are contaminated by the radiational current, they should not be included in the reconstruction of the tidal current signal. Therefore, the greatest challenge facing the operational forecast of the coastal current in the AOI, together with the occasional time and space failures of the measurements of the HF RADAR São Julião - Espichel system, is the filtering of the periodic radiative surface current due to external forcing. This filtering allows to calculate the main diurnal constituents of the tidal current, thus improving the reconstruction of the signal of this current, and consequently the operational forecast of the coastal current.Dias, Joaquim Guilherme Henriques,1961-Repositório da Universidade de LisboaBarroqueiro, Teotónio José Pires2021-05-18T17:02:06Z202020202020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/47989TID:202695930porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:51:10Zoai:repositorio.ul.pt:10451/47989Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:59:56.015876Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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