Génesis, propagación e impacto de los tsunamis meteorológicos en la costa bonaerense, Argentina

Abstract

Los tsunamis meteorológicos (meteotsunamis) son oscilaciones forzadas por perturbaciones atmosféricas que se propagan sobre la superficie del mar, con períodos comprendidos entre unos pocos minutos hasta casi 3 h, y alturas típicamente inferiores a 1 m. Los mismos han sido frecuentemente observados en la costa bonaerense entre Mar de Ajó y Necochea. El objetivo de esta Tesis es, por un lado, profundizar el conocimiento sobre la génesis y física de los meteotsunamis y, por el otro, evaluar su posible impacto en la erosión de playas del nordeste bonaerense. Se analizaron series simultáneas en alta resolución (5 min) de niveles del mar y de presión atmosférica para la región costera bonaerense, obtenidas en Mar del Plata durante el 2013. Para ambas series se obtuvieron espectros de energía, wavelets, espectro de coherencia y de diferencia de fase. Se estudiaron eventos energéticos registrados simultáneamente en el mar (meteotsunamis) y en la atmósfera (ondas de gravedad atmosféricas, OGA) y se investigó la génesis y propagación de los meteotsunamis en la costa bonaerense mediante el modelado atmosférico y oceánico. Con el modelo WRF se simularon OGA y éstas se utilizaron como forzante de un modelo oceánico de aguas someras (TAWIC). Los resultados del WRF mostraron que las OGA se propagan preponderantemente desde el SW hacia el NE, con celeridades comprendidas entre 10 y 20 m/s. Se compararon espectralmente los resultados modelados y observados concluyéndose que WRF logra captar la estructura espectral de las OGA. Si bien el WRF también logra captar temporalmente la actividad de las OGA, se obtuvo que el mismo subestima en aproximadamente 2 hPa el pico de la máxima fluctuación atmosférica. El modelo TAWIC reproduce bien la actividad de los meteotsunamis indicando que los mismos se propagan de SW a NE, a lo largo de la costa bonaerense, y que sus amplitudes decaen hacia el mar (“off-shore”). A partir de estas simulaciones se estimó la velocidad de propagación de los meteotsunamis obteniéndose un valor de 10 m/s, aproximadamente. El modelo oceánico también logra captar adecuadamente los lapsos de actividad de los meteotsunamis y es eficiente para reproducir su estructura espectral. Sobre la base de los resultados se concluyó que los meteotsunamis de la costa bonaerense pueden ser descriptos como ondas de borde. Se analizaron posibles mecanismos de amplificación y se concluyó que el más realista es el de resonancia de Greenspan. Finalmente, se implementó el modelo X-BEACH para estudiar el posible impacto de los meteotsunamis sobre playas arenosas en condiciones de tormenta moderada. Se concluyó que los patrones de erosión sobre las playas dependen de la posición del meteotsunami en el ciclo de marea.

Meteorological tsunamis (meteotsunamis) are oscillations forced by atmospheric disturbances that propagate over the sea level surface, with periods ranging from a few min to almost 3 h, and heights typically lower than 1 m. They have been frequently observed on the Buenos Aires coast, between Mar de Ajó and Necochea. The aim of this Thesis is, on the one hand, to deepen the knowledge about the genesis and physics of meteotsunamis and, on the other hand, to evaluate its possible impact on the beach erosion, in the Northeast coast of Buenos Aires. Simultaneous high resolution (5 min) data series of sea level and atmospheric pressure obtained in Mar del Plata during 2013 were analyzed. For both series, energy spectra, wavelets, coherence and phase difference spectra were calculated and studied. Energetic events recorded simultaneously for the sea level (meteotsunamis) and for the atmosphere (gravity waves) were investigated. Moreover, the genesis and propagation of meteotsunamis on the Buenos Aires coast was analyzed by means of atmospheric and ocean models. Atmospheric gravity waves (AGW) were simulated using WRF model, and these results were implementing as forcing of a shallow ocean model (TAWIC). The results of the WRF showed that the AGW propagate mainly from SW to NE, with celerities between 10 and 20 m/s. The simulated and observed results were spectrally compared, concluding that WRF achieves to reproduce the spectral structure of the AGW. While WRF is also able to capture temporarily the activity of the AGW, it was obtained that the model underestimates the peak of the maximum atmospheric fluctuation by approximately 2 hPa. The activity of the meteotsunamis is well reproduced by the TAWIC model, and it indicated that meteotsunamis propagate from SW to NE, along the Buenos Aires coast, and their amplitudes decay towards the sea ("off-shore"). From these simulations, the propagation speed of meteotsunamis was estimated, obtaining a value of approximately 10 m/s. The ocean model is also able to reproduce the activity lapses of meteotsunamis and it is efficient to reproduce their spectral structure. Based on the results it was concluded that meteotsunamis of the Buenos Aires coast can be described as edge waves. Possible amplification mechanisms were analyzed and it was determined that the Greenspan resonance is the most realistic. Finally, the X-BEACH model was implemented to study the possible impact of meteotsunamis on sandy beaches in moderate storm conditions. It was concluded that the erosion patterns on the beaches depend on the position of the meteotsunami in the tidal cycle.