28.5.16

CIENCIA. El periodo (parte 1). Algunos conceptos básicos.


Pocas cosas hacemos tan a menudo como mirar las previsiones. La altura de ola, el periodo, la dirección del mar y del viento, ..., se han convertido en variables cuya evolución consultamos cada día y sobre las que hablamos continuamente. A poco que busquemos por internet tenemos a nuestra disposición un montón de información que, yo el primero, muchas veces no interpretamos correctamente, bien porque no disponemos de todos los datos que componen esa previsión, o bien porque para predecir con algo de acierto las condiciones que se van a dar en un lugar concreto de la costa, es preciso tener en cuenta también otros factores, especialmente la configuración de la costa o la forma del fondo en las zonas más cercanas a la playa. El cómo éstas interactúan, sobre todo a medida que la profundidad se sitúa por debajo de los 150 metros, no siempre es tan evidente.

Como ocurre con casi todo, una cosa es la teoría y otra la práctica (o en este caso la observación). Y aunque el "saber popular" en estas cuestiones predictivas tenga especial valor, entender bien que se esconde tras cada uno de los factores que intervienen en una determina condición de mar es fundamental. 

Entre ellos, el que tal vez tenga mayor misterio es el "periodo". La altura de ola, la dirección del mar y del viento, resultan términos más absolutos, más intuitivos, y sobre los que nos resulta más fácil valorar su magnitud. Pero el periodo, que se mide en segundos, es un concepto un tanto abstracto. De hecho, y en muchas conversaciones sobre predicciones, olas, ..., he observado que es bastante común que o bien se ignore la relevancia del periodo en las previsiones, o bien se manejen ideas equivocadas sobre su significado.

Una ola es una onda. Como tal, se encuentra definida por una serie de parámetros. Me gustaría remarcar lo de onda, y diferenciar entre la energía que se transporta a través de los océanos y las olas que surfeamos en la playa, que no dejan de ser en realidad más que una deformación, por la influencia del fondo y el viento local, de la energía que se ha transportado a través del océano durante días.  

Por definición el periodo de una onda es una magnitud temporal que habitualmente se expresa en segundos. Tal vez por ello ha dado lugar a muchas interpretaciones erróneas: las más comunes, que el periodo nos indica el tiempo entre series, o la frecuencia con la que llegarán las olas más grandes.


Para entender el significado del periodo, y su influencia, es importante aclarar una serie de conceptos vinculados con él y sobre los que he estado pensando estos días. Espero no liarme:

La definición: el periodo de una onda es el tiempo que discurre entre el paso por un mismo punto de dos crestas. Junto con al altura y la longitud de onda, son las tres variables que fundamentalmente sirven para caracterizar una onda.

Los tipos: las previsiones que consultamos se basan en datos estadísticos, de modo que los valores que se nos muestran son representativos de un conjunto de olas, no datos individuales. En las tablas suelen aparecer dos términos referidos al periodo. El periodo medio (Tz), que es la media de todos los periodos medidos en un intervalo determinado de tiempo (normalmente una hora), y el periodo de pico (Tp), que es el periodo asociado a las olas más energéticas. El periodo de pico coincide aproximadamente en valor con un tercer tipo de periodo que se suele manejar, que es el periodo característico (Ts), que se define como la media de los periodos del tercio de olas más altas. Evidentemente el periodo de pico (Tp) siempre será mayor que el periodo medio (Tz). Personalmente me fijo más en el periodo medio (Tz), en cuanto que bajo mi opinión ofrece una información más representativa de la previsión.

Su magnitud: en el mar, hay ondas con periodos muy variados, que van desde las horas a los segundos. La onda de marea tiene un periodo de aproximadamente 12 horas (tiempo entre dos pleamares). Las ondas producidas por un terremoto pueden tener un periodo de entre 30 minutos y varias horas. Las ondas infragravitatorias y las de onda larga, periodos de entre 30 segundos y varios minutos. Pero de entre todas, las más comunes en el mar son las que presentan periodos de entre 4 y 20 segundos. Periodos de entre 2 y 7 segundos son propios de oleaje generado por vientos locales, mientras que periodos entre 5 y 30 segundos, son propios de mar de fondo. Considerar por tanto que un periodo de 18 segundos es alto, sin tener en cuenta a todo el otro tipo de ondas que existen, resulta equivocado. De hecho los científicos denominan a las ondas con periodos entre 5 y 30 segundos como "ondas de bajo periodo".

Su variabilidad dentro de un mismo temporal: se ha observado que en un tren de olas, la variación entre los periodos de las ondas que lo componen, es mucho más pequeña que la distribución de alturas, con variaciones entre la mitad y el doble del periodo medio (por ejemplo, y para un periodo medio de 8 segundos, todas las olas presentarán valores de entre 4 y 16 s). En el caso de la altura de ola, esta dispersión es mucho mayor (en un temporal de altura de ola media de 4 metros, se podrían dar olas desde muy pocos centímetros hasta 15-20 metros).

Se ha observado que las olas de menor altura suelen presentar periodos más cortos. Sin embargo, y para las olas más grandes que la media, se pierde esta correlación, presentando unos valores de periodo mucho más dispares. También se ha comprobado que dentro de un temporal existe un periodo mínimo por debajo del cual no hay olas. Es decir, las olas con periodos muy muy bajos tienden a desaparecer, siendo de algún modo "absorbidas" por otras olas de mayor periodo.

Su relación con la longitud de onda a través de la velocidad de propagación: además del periodo y la altura, hay otro concepto fundamental que es la longitud de onda, que es la distancia entre dos crestas sucesivas. La relación entre la longitud de onda y el periodo, define la velocidad de propagación de la onda. Lo normal es que las ondas de elevada longitud de onda estén asociadas a periodos más altos. Así por ejemplo, en el caso de la marea, la longitud de onda puede ser de varios miles de kilómetros. En el caso de un tsunami, su longitud de onda puede ser de unos 150-300 km. Una ola de mar de fondo puede tener una longitud de onda de 150 metros. El mar de viento está sin embargo asociado a longitudes de onda pequeñas. El concepto de longitud de onda, y se relación con el periodo, es muy importante en cuanto a que nos permite concluir que las ondas de mayor periodo poseen una velocidad de propagación más elevada que las ondas de periodo más bajo. Llevado al extremos, en el caso de un tsunami hablamos de velocidades de varios cientos de kilómetros por hora, mientras que para una ola normal, de unos 20-30 kilómetros por hora.

La relación entre su valor y la energía: solemos asociar la entidad de un temporal a la altura de ola. Cuanto más elevado sea el valor de altura de ola nuestra conclusión es que ese temporal es más energético. Y si bien esa relación existe, el término que resulta determinante sin ninguna duda es el periodo.

Si bien no existe una fórmula matemática que relacione altura de ola y periodo, la experiencia demuestra que para una misma altura de ola en aguas profundas, el oleaje de mayor periodo (y por tanto más energético) significará olas más grandes en la playa.

Su invariabilidad: al contrario que la altura de una ola, o la longitud de onda, que puede ir variando en su interacción con otras ondas, por la acción del viento, o por su contacto con el fondo marino cuando la profundidad es reducida (a partir de 150-200 metros), el periodo de una ola es invariable, no cambia.

La relación entre el periodo y la interacción de la onda con el fondo: en aguas profundas (el término que se emplea es el de profundidades indefinidas), la onda en su avance no sufre ningún tipo de interacción con el fondo marino. Sin embargo cuando la profundidad es reducida, la onda "siente" en cierto modo la presencia del fondo, adaptándose a este.

Son varios los fenómenos de "adaptación" que tienen lugar. Los fundamentales la asomeración o "shoaling" y la refracción, en la que el periodo resulta fundamental, ya que el momento, o más bien, la profundidad, a partir de la cuál el fenómeno de la refracción se inicia depende del periodo de la onda. Y aunque a la refracción, dada su relevancia, le dedicaremos una entrada en exclusiva, a modo de resumen contar que cuanto más elevado es el periodo, la refracción comienza en aguas más profundas (a partir de 200 metros). De modo resumido lo que la refracción produce es un giro del frente de avance de la ola, que busca colocarse paralelo a las líneas batimétricas del fondo (es por este fenómeno, e independientemente de la dirección del oleaje en aguas profundas, que las olas rompen, con pequeñas variaciones, siempre en perpendicular a la playa). Cuanto mayor tenga que ser este giro, mayor es la energía que el oleaje pierde por rozamiento con el fondo. Dicha pérdida de energía se traduce fundamentalmente en una disminución de la altura de ola, de ahí que, por ejemplo, una playa orientada al oeste reciba muchos menos oleaje que una playa orientada al norte en un temporal en el que la dirección del mar venga del norte.

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