Disipación de las olas del viento

La disipación de olas de viento o " disipación de oleaje " es un proceso en el que una ola generada por un sistema meteorológico pierde la energía mecánica transferida desde la atmósfera a través del viento. Las olas de viento, como su nombre indica, se generan cuando el viento transfiere energía de la atmósfera a la superficie del océano. Las ondas de gravedad capilar desempeñan un papel fundamental en este efecto. Las "olas de viento" o "oleaje" también se conocen como ondas de gravedad superficial .

El proceso de disipación de olas de viento puede explicarse aplicando la teoría del espectro de energía de manera similar a como se hace para la formación de olas de viento (generalmente asumiendo que la disipación espectral es una función del espectro de olas). ^{[ 1 ]} Sin embargo, aunque incluso algunas de las mejoras innovadoras recientes para las observaciones de campo (como Banner y Babanin et al. ^{[ 2 ] [ 3 ]} ) han contribuido a resolver los enigmas de los comportamientos de ruptura de olas, desafortunadamente todavía no hay una comprensión clara de las teorías exactas del proceso de disipación de olas de viento debido a sus comportamientos no lineales. Mediante observaciones pasadas y presentes y teorías derivadas, la física de la disipación de olas oceánicas puede categorizarse por sus regiones de paso a lo largo de la profundidad del agua. En aguas profundas, la disipación de olas ocurre por las acciones de fuerzas de fricción o arrastre como vientos de dirección opuesta o fuerzas viscosas generadas por flujos turbulentos, generalmente fuerzas no lineales. En aguas poco profundas, los comportamientos de disipación de olas son principalmente tipos de ruptura de olas costeras (ver Tipos de ruptura de olas). Algunas descripciones generales sencillas de la disipación de olas de viento (definidas por Luigi Cavaleri et al. ^{[ 1 ]} ) se propusieron cuando consideramos solo olas superficiales del océano, como las olas de viento. Mediante esta simplicidad, en muchos mecanismos propuestos se ignoran las interacciones de las olas con la estructura vertical de las capas superiores del océano. ^{[ 1 ]}

En términos generales, la física de la disipación de ondas se puede clasificar considerando sus fuentes de disipación, tales como: 1) ruptura de ondas, 2) interacción onda-turbulencia y 3) modulación onda-onda, respectivamente. ^{[ 1 ]} (las descripciones que aparecen a continuación en este capítulo también siguen la referencia ^{[ 1 ]} )

1) Disipación por "ruptura de olas"

La ruptura de las olas de viento en las zonas costeras es una fuente importante de disipación de energía eólica. Las olas de viento pierden su energía al romper en la costa o, en ocasiones, al regresar al océano. (Ver más explicaciones -> “Ruptura de olas en la superficie del océano”)

2) Disipación por "interacción onda-turbulencia"

Los flujos de viento turbulentos y los remolinos viscosos dentro de las olas pueden afectar la disipación de las olas. En los primeros estudios, la viscosidad apenas afectaba las olas de viento, por lo que la disipación de las marejadas por viscosidad también se consideraba poco. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Sin embargo, los modelos recientes de predicción meteorológica comienzan a considerar la "interacción ola-turbulencia" para la modelización de olas. ^{[ 6 ]} Todavía se debate cuánto contribuyen las disipaciones inducidas por la turbulencia a cambiar los perfiles de olas completos, pero las ideas de interacción ola-turbulencia para capas viscosas superficiales y capas límite inferiores de las olas son aceptadas recientemente.

3) Disipación por "modulación onda-onda"

Las interacciones onda-onda pueden afectar la disipación de la onda. En épocas tempranas, Phillips (1963) ^{[ 7 ]} y Longuett-Higgins (1969) ^{[ 8 ]} propusieron la idea de que la ruptura de una onda corta puede tomar energía de las ondas largas a través de la modulación . Estas ideas fueron debatidas (nuevos resultados que indican que las disipaciones por interacciones entre modulaciones de onda deberían ser mucho más débiles que las de la teoría de Phillips) por los trabajos de Hasselmann (1971) ^{[ 9 ]} , pero en la comprensión reciente, las disipaciones en estos casos suelen ser un poco más fuertes que la disipación por "interacciones onda-turbulencia" cuando se implementan funciones de transferencia de modulación razonables. ^{[ 10 ]} La mayoría de los casos de disipación de oleaje se deben a este tipo de disipación. ^{[ 1 ]}

Cuando las olas generadas por el viento se aproximan a la costa desde aguas profundas, cambian su altura y longitud. La altura de la ola aumenta y la longitud de onda disminuye a medida que la velocidad de la ola se reduce al acercarse a la orilla. Si la profundidad del agua es suficientemente baja, la cresta de la ola se vuelve más pronunciada y el valle se ensancha y se vuelve menos profundo; finalmente, las olas rompen en la orilla. Los movimientos de ruptura de las olas varían según la pendiente de las costas y las olas, y pueden clasificarse en los tres tipos que se describen a continuación. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• Rompedor de derrames

Con una pendiente costera menor, las olas pierden energía lentamente al acercarse a la orilla. Al romper, el agua de mar se derrama por la parte frontal de las olas.

• Rompedor sumergible

Con una pendiente costera moderadamente pronunciada, la ola pierde energía rápidamente. Si la pendiente es lo suficientemente pronunciada, la cresta se mueve más rápido que el valle. La cresta se curva sobre la parte frontal de la ola y, tras su paso, el agua de mar cae en picado hacia el valle. (Las olas que rompen en picado son ideales para surfear).

• Disyuntor de sobretensión

En pendientes costeras muy pronunciadas (como en los diques), si la pendiente es muy alta, las olas no alcanzan la inclinación crítica para romper. Las olas ascienden a lo largo de la pendiente y liberan energía hacia atrás desde la orilla. Nunca se observan rompientes con crestas blancas, pero en casos de pendientes extremas, como en los diques, las olas rompen con espuma blanca.

• Dispersión (olas de agua)

• Ruptura y disipación de las olas superficiales del océano – Alexander V. Babanin