Científicos del laboratorio Alfred C. Glassell Jr. de Interacción Estructura-Atmósfera (SUSTAIN) de la Universidad de Miami realizaron un estudio pionero sobre la formación y el crecimiento de las olas en condiciones de viento y huracanes. La investigación, que reconstruye el perfil bidimensional de la presión y el flujo de aire sobre superficies onduladas, proporciona nuevos conocimientos para comprender el crecimiento de las olas oceánicas y sus implicaciones más amplias para la predicción meteorológica y la resiliencia costera.
por Diana Udel, Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra
El equipo de investigación midió simultáneamente la presión atmosférica , el flujo de aire y la elevación del agua en un entorno controlado , capturando hasta 1000 puntos de datos por segundo. Mediante el análisis de estos datos, estudiaron cómo diferentes factores, como la altura y la frecuencia de las olas, y la fuerza del viento , afectan el movimiento del aire y la transferencia de momento entre el aire y la superficie del océano.
Publicado en el Journal of Geophysical Research: Oceans , el objetivo del estudio es comprender cómo se desarrollan las olas y cómo interactúan los vientos con el océano en condiciones climáticas extremas.
Basándose en estas mediciones de alta resolución, los investigadores utilizaron las capacidades avanzadas del tanque de olas de viento SUSTAIN, capaz de simular vientos huracanados de categoría 5, para reconstruir los patrones de flujo de aire que impulsan el crecimiento de las olas con vientos fuertes . Mediante el uso de anemometría de temperatura constante para capturar los cambios rápidos en el flujo de aire, velocimetría de imágenes de partículas para rastrear el movimiento del aire y el agua, e imágenes multihaz para cartografiar las estructuras de las olas, obtuvieron un conocimiento más profundo de las interacciones dinámicas que configuran las olas oceánicas.
«La presión del viento actúa como combustible para las olas del océano: una mayor presión empuja el frente de una ola, haciéndola crecer y moverse más rápido», dijo Peisen Tan, autor principal del estudio y reciente graduado de doctorado de la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra de la Universidad de Miami.
Medir la presión en alta mar es extremadamente difícil. Nuestra investigación en SUSTAIN nos permitió documentar que la velocidad del viento por sí sola puede utilizarse para estimar esta presión y predecir el crecimiento de las olas.
Los investigadores descubrieron que los modelos tradicionales (donde el flujo de aire se adhiere al agua) predicen correctamente más del 90 % de la transferencia de momento en el flujo de aire sobre el agua hasta que se produce la separación. Sin embargo, cuando el flujo de aire se separa en el lado de sotavento de las olas (bloqueado por el viento), estos modelos subestiman la transferencia de momento en más de un 30 %.
«Este estudio marca un paso significativo en la comprensión de la transferencia de momento entre el aire y el mar», afirmó Brian Haus, profesor del Departamento de Ciencias Oceánicas de la Escuela Rosenstiel y coautor del estudio.
Nuestro enfoque experimental reconstruyó el perfil bidimensional de la presión y el flujo de aire sobre superficies onduladas, un logro que, hasta donde sabemos, constituye un avance pionero. Estos conocimientos pueden ayudar a refinar los modelos numéricos de olas al incorporar efectos de separación del flujo de aire.
Más información: Peisen Tan et al., Flujo de momento de las olas de viento en condiciones de ondas de gravedad superficiales pronunciadas y fuertemente forzadas, Journal of Geophysical Research: Oceans (2025). DOI: 10.1029/2024JC021616
