Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Modelar los patrones estacionales de las corrientes marinas en el ecosistema de la Bahía de Callao para el año 2014 y pueda servir como antecedente para futuras investigaciones en los procesos biogeoquímicos y el transporte de contaminantes. Las simulaciones se realizaron con el modelo computacional COHERENS (Coupled Hydrodynamical Ecological Model for Regional and Shelf Seas). El modelo es un sistema de modelamiento numérico diseñado para diferentes aplicaciones en ecosistemas costeros de aguas poco profundas. COHERENS resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes, basándose en la técnica del modo de división o “splitting mode”, este método separa el cálculo del movimiento de las masas de agua en un modo externo, que es barotrópico y bidimensional, del cálculo de los valores de las corrientes en cada una de las capas o niveles sigma en que se haya discretizado el eje vertical en el modo interno, que es baroclínico y tridimensional. El modelo se aplicó sobre una malla rectangular uniforme de 92 filas y 98 columnas, con una resolución espacial de 368 metros y 20 niveles sigma, los niveles sigma se adaptan a la superficie libre y a la batimetría y nos permite una mayor resolución en la columna de agua, y sobre un paso de tiempo dt = 40s. Se realizaron campañas de mediciones para obtener una batimetría detallada de la Bahía de Callao, y se procesaron datos de vientos y constituyentes armónicos de marea, para utilizar estas series de tiempo con condiciones iniciales y de frontera respectivamente. Se consiguió implementar el modelo en el área de estudio, reproduciendo así las características generales de la circulación y distribución de las corrientes con datos horarios en cada una de las grillas del área de estudio. Los resultados mostraron la predominancia de los flujos hacia el noroeste, influenciados por los vientos del sureste, así como por la Corriente Peruana Costera. En superficie las corrientes fueron más intensas en verano que en invierno, con valores promedios mensuales que varían entre 5.83 y 10.53 cm/s y en invierno oscilaron entre 4.29 y 6.18 cm/s. Se validó el modelo con la variable simulada del nivel del mar, aplicándole una regresión lineal con los datos medidos por la Universidad de Hawaii Sea Level Center obteniéndose valores mayores a 0.9 del coeficiente de Pearson para todos los escenarios evaluados. / Tesis

Se realizaron simulaciones numéricas del patrón de corrientes superficiales forzados por viento y marea en la bahía Ferrol – Chimbote, con el objetivo determinar la influencia de dichas forzantes, dando así un diagnóstico del patrón de corrientes que servirá como contribución a la evaluación de recambio de aguas y su influencia en el proceso de contaminación en la bahía. El modelo numérico empleado fue el Princeton Ocean Model, más conocido por la comunidad científica internacional como modelo POM. Las simulaciones realizadas fueron de carácter bidimensional, debido a que la bahía presenta características de aguas poco profundas, con una profundidad máxima de 30 metros dentro de la bahía. Se emplearon datos de batimetría y del perfil costero con alta resolución de las cartas de navegación de la Dirección de Hidrografía y Navegación (DHN), complementados con datos globales disponibles de bases de datos digitales (ETOPO2) e información de satélites. Para las simulaciones con viento, se empleó la climatología elaborada por el Internacional Research Institute (IRI). Para simular la corriente de marea, se empleó como forzante los principales constituyentes armónicos de marea obtenidos del modelo global TOPEX6.0, los cuales fueron comparados con las predicciones de marea publicadas en Internet por la DHN. Los resultados obtenidos, nos muestran la influencia del viento y la marea en la generación de corrientes, concluyendo que debido a la configuración morfológica de la bahía, la circulación que se presenta es muy lenta y que la marea ejerce mayor influencia en la circulación dentro de la bahía Ferrol, mientras que la influencia del viento es notoria fuera de la bahía.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / En esta tesis se estudian los mecanismos físicos involucrados en el forzamiento atmosférico del océano superficial a escala estacional y sinóptica frente a Chile central. Para esto, se utilizaron observaciones disponibles (in-situ y derivadas de satélite) y simulaciones numéricas. Este trabajo está particularmente enfocado en el forzamiento del viento. El ciclo estacional de la circulación superficial frente a Chile central fue analizada utilizando altimetría satelital y un modelo oceánico. Para evaluar el rol que cumple el rotor del esfuerzo del viento sobre la circulación se realizaron dos simulaciones idénticas excepto por el forzamiento del viento: la simulación control utilizó una climatología mensual del esfuerzo del viento y la simulación sin rotor utilizó un campo de esfuerzo similar pero con rotor nulo. Las corrientes superficiales observadas y simuladas (simulación control) mostraron un ciclo estacional importante y un flujo bien definido hacia el ecuador con una estructura de chorro. Esta corriente en chorro se desarrolla durante la primavera y el verano consistente con la presencia de un chorro atmosférico de baja altura. Al sur de Punta Lavapie (37°S) la corriente superficial hacia el ecuador permanece junto a la costa, pero luego que el flujo pasa esta punta se separa de la costa convirtiéndose en un chorro oceánico. A diferencia de esto, en la simulación sin rotor la separación en Punta Lavapie no ocurre y el chorro oceánico no se observa, lo que evidencia la importancia del rotor del esfuerzo del viento en la dinámica de este flujo superficial. A pesar de que el transporte de Sverdrup integrado es similar al transporte simulado, la corriente en chorro oceánica no se localiza donde el rotor del esfuerzo del viento es máximo. Por el contrario, la posición del chorro sigue aproximadamente el contorno cero del rotor del esfuerzo del viento, el cual corresponde a la posición climatológica del eje del chorro atmosférico. Estos resultados ilustran la importancia de la surgencia/hundimiento que ocurre fuera de la costa asociadas al bombeo de Ekman, el cual inclina las isopicnas hacia arriba (abajo) al este (oeste) del chorro atmosférico, forzando un flujo oceánico hacia el norte a través de un balance de viento térmico. Por otra parte, el efecto de la variabilidad sinóptica del viento y los flujos de calor sobre el océano superficial frente a Chile centro-sur fueron investigados utilizando un modelo oceánico. Este análisis se concentra durante el verano austral, cuando el viento regional experimenta una variabilidad sinóptica importante sobre una media favorable a la surgencia. Para evaluar la naturaleza y la magnitud de estos efectos, se realizaron tres simulaciones idénticas excepto por el forzamiento superficial: la climatologica, con esfuerzo del viento y flujos de calor climatológicos; la parcialmente sinóptica, con esfuerzo del viento diario y flujos de calor climatológicos: y la completamente sinóptica, con esfuerzos del viento y flujos de calor diarios. Las corrientes medias y la EKE geostrófica superficial no muestran importantes diferencias entre simulaciones, y ambas se ajustan a lo documentado para el Pacífico Sureste. Sin embargo, se observa mayor EKE ageostrófica en las simulaciones que consideran variabilidad sinóptica del esfuerzo del viento, impactando en la cantidad de EKE superficial total y la difusividad, particularmente al sur de Punta Lavapie, donde hay ausencia de corrientes importantes lo que implica bajos niveles de EKE geostrófica. El promedio de verano de la SST es similar en las simulaciones y se ajusta a las observaciones, pero la variabilidad de la SST a lo largo de la costa es mayor en las corridas que incluyen variabilidad sinóptica del esfuerzo del viento, lo que sugiere una respuesta más bien lineal del océano a los ciclos de intensificación y relajación del viento sur. Se encontró que la variabilidad de la SST costera no cambia significativamente cuando se incluyen flujos de calor diarios, indicando un rol prominente de los ciclos de surgencia. Sin embargo, en la región más alejada de la costa es necesario incluir la variabilidad sinóptica de los flujos de calor para obtener una variabilidad de la SST realista.

Se realizó la modelación numérica de dispersión de contaminantes en la bahía Ferrol- Chimbote mediante el desarrollo de un modelo de dispersión basado en la ecuación de advección-difusión para representar el transporte de sustancias en la bahía Ferrol. El modelo fue desarrollado empleando métodos de diferencias finitas y funciona de manera acoplada con el modelo de circulación oceánica Princeton Ocean Model (POM). Previo a la modelación de dispersión en la bahía y con el modelo de dispersión desarrollado, se realizaron simulaciones de casos teóricos de dispersión ya conocidos con la finalidad de comparar los resultados del modelo numérico con las soluciones analíticas y con esto verificar las bondades de los esquemas numéricos propuestos. Para llevar a cabo la modelación de manera más realista aplicada a la zona de estudio, en primer lugar se realizó la modelación de la circulación en la bahía forzado con información de viento y marea de la zona de estudios, para esto se empleó el modelo POM con el que se obtuvo la caracterización de corrientes en la bahía a nivel superficial y subsuperficial. Se logró validar el modelo POM de manera adecuada para los cálculos de los niveles del mar, obteniéndose un coeficiente de correlación de 0.77, lo que indica un buen grado de aproximación entre lo modelado y observado. En cuanto a la validación de corrientes, debido a la poca disponibilidad de información tanto en cobertura espacial como temporal, no fue posible realizar una validación más detallada tal como se hizo para el nivel del mar. Sin embargo, los resultados de las corrientes modeladas indican que estas se encuentran en el mismo orden que las corrientes medidas en los diferentes estudios realizados en la bahía. Habiendo realizado la caracterización de la circulación, se procedió a ejecutar el modelo de dispersión para tres escenarios definidos, donde en el primero de ellos se contemplan las descargas dentro de la bahía (condiciones actuales) mientras que en el segundo y tercer escenario se evalúan las condiciones de dispersión para descargas que se pudieran ubicar fuera de la bahía como alternativas de descontaminación de la bahía Ferrol. Las sustancias modeladas fueron consideradas como “pasivas o conservativas” ya que no forman compuestos adicionales al reaccionar con el agua de mar. Para esto fue necesario recopilar información referente a las características del agua de mar de la bahía, siendo las sustancias a evaluar coliformes totales y aceites & grasas. Finalmente se observa que el modelo es una buena herramienta para el estudio de los fenómenos de dispersión y que debe de seguir siendo mejorado tanto en el aspecto matemático como en la investigación más profunda de los parámetros y coeficientes que intervienen en la modelación, para lo que se necesita una mayor disponibilidad de la información sobre la calidad de aguas. / Tesis