Apuntes de Análisis Vectorial

Esta publicacion está basada en unos apuntes para la parte de campos escalares y vectoriales de las asignaturas de la ETSAM y de la titulación de Ingeniero en Geodesia y Cartografía. Además, se ha añadido otro material extra a lo largo del tiempo, por lo que el contenido actual es más amplio que el correspondiente a dichas asignaturas. Sin embargo, espero que muchas de las partes sean aún bastante útiles.

Levantamiento topográfico del Parque de la Fuente. Encaje de proyecto de edificación en parcela aledaña. Fuenlabrada (Febrero 2016)

El proyecto consiste en el levantamiento topográfico del parque de la Fuente y la parcela aledaña con referencia catastral 2891201V0001QH para la elaboración del plano topográfico y el modelo digital del terreno (MDT) de la zona, perteneciente a la localidad madrileña de Fuenlabrada. La zona de proyecto abarca una extensión aproximada de 5,2 hectáreas y tanto parque como parcela, dada su proximidad, aparecerán en el mismo plano. La zona de proyecto fue georreferenciada en sistema geodésico de referencia ETRS89, para lo cual se observó una red básica mediante técnicas GNSS, en estático rápido para ser más precisos. La proyección UTM fue la usada para la cartografía, y las altitudes están referidas a la altitud media del mar en Alicante. El levantamiento topográfico se realizó principalmente utilizando la técnica GNSS RTK en post‐proceso, ya que el levantamiento se realizó antes que la observación y cálculo de la red. Se completaron aquellas zonas en las que la señal era de baja calidad o se perdía mediante topografía clásica. El número final de puntos observados por ambas técnicas fue de 5069. El número total de bases que componen la red es 8, numeradas de la 10000 a la 10007. Ésta última se obtuvo observando una red por topografía clásica para densificar la red básica. Con los puntos del levantamiento se elabora la cartografía de la zona a escala 1/250 y se divide en tres hojas. También se obtiene el modelo digital del terreno con dos finalidades: 1. Obtener el curvado del plano topográfico. 2. Servir de punto de partida para el modelado en 3D del parque y la parcela objetos del proyecto utilizando el software Google SketchUp. En la hoja 3/3 aparece íntegramente la parcela aledaña con referencia catastral 2891201V0001QH donde se encajó el proyecto de edificación “Jardín botánico con aulas de la naturaleza”. Una vez encajado se obtuvieron las coordenadas de los puntos básicos de la edificación de cara al replanteo previo a la firma del acta de replanteo. Finalmente se redactó la memoria donde está incluido el presupuesto, reseñas y la descripción detallada de lo resumido anteriormente.

Australian water mass variations from GRACE data linked to Indo-Pacific climate variability

Time-variable gravity data from the Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) mission are used to study total water content over Australia for the period 2002–2010. A time-varying annual signal explains 61% of the variance of the data, in good agreement with two independent estimates of the same quantity from hydrological models. Water mass content variations across Australia are linked to Pacific and Indian Ocean variability, associated with El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and the Indian Ocean Dipole (IOD), respectively. From 1989, positive (negative) IOD phases were related to anomalously low (high) precipitation in southeastern Australia, associated with a reduced (enhanced) tropical moisture flux. In particular, the sustained water mass content reduction over central and southern regions of Australia during the period 2006–2008 is associated with three consecutive positive IOD events.

Steric and mass-induced sea level variations in the Mediterranean Sea revisited

The total sea level variation (SLV) is the combination of steric and mass␣induced SLV, whose exact shares are key to understanding the oceanic response to climate system changes. Total SLV can be observed by radar altimetry satellites such as TOPEX/POSEIDON and Jason 1/2. The steric SLV can be computed through temperature and salinity profiles from in situ measurements or from ocean general circulation models (OGCM), which can assimilate the said observations. The mass-induced SLV can be estimated from its time-variable gravity (TVG) signals. We revisit this problem in the Mediterranean Sea estimating the observed, steric, and mass-induced SLV, for the latter we analyze the latest TVG data set from the GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite mission launched in 2002, which is 3.5 times longer than in previous studies, with the application of a two-stage anisotropic filter to reduce the noise in high-degree and -order spherical harmonic coefficients. We confirm that the intra-annual total SLV are only produced by water mass changes, a fact explained in the literature as a result of the wind field around the Gibraltar Strait. The steric SLV estimated from the residual of “altimetry minus GRACE” agrees in phase with that estimated from OGCMs and in situ measurements, although showing a higher amplitude. The net water fluxes through both the straits of Gibraltar and Sicily have also been estimated accordingly.

On the steric and mass-induced contributions to the annual sea level variations in the Mediterranean Sea

The sea level variation (SLVtotal) is the sum of two major contributions: steric and mass-induced. The steric SLVsteric is that resulting from the thermal and salinity changes in a given water column. It only involves volume change, hence has no gravitational effect. The mass-induced SLVmass, on the other hand, arises from adding or subtracting water mass to or from the water column and has direct gravitational signature. We examine the closure of the seasonal SLV budget and estimate the relative importance of the two contributions in the Mediterranean Sea as a function of time. We use ocean altimetry data (from TOPEX/Poseidon, Jason 1, ERS, and ENVISAT missions) to estimate SLVtotal, temperature, and salinity data (from the Estimating the Circulation and Climate of the Ocean ocean model) to estimate SLVsteric, and time variable gravity data (from Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) Project, April 2002 to July 2004) to estimate SLVmass. We find that the annual cycle of SLVtotal in the Mediterranean is mainly driven by SLVsteric but moderately offset by SLVmass. The agreement between the seasonal SLVmass estimations from SLVtotal – SLVsteric and from GRACE is quite remarkable; the annual cycle reaches the maximum value in mid-February, almost half a cycle later than SLVtotal or SLVsteric, which peak by mid-October and mid-September, respectively. Thus, when sea level is rising (falling), the Mediterranean Sea is actually losing (gaining) mass. Furthermore, as SLVmass is balanced by vertical (precipitation minus evaporation, P–E) and horizontal (exchange of water with the Atlantic, Black Sea, and river runoff) mass fluxes, we compared it with the P–E determined from meteorological data to estimate the annual cycle of the horizontal flux.

Reply to comment by L. Fenoglio-Marc et al. on “On the steric and mass-induced contributions to the annual sea level variations in the Mediterranean Sea”

Reply to comment by L. Fenoglio-Marc et al. on “On the steric and mass-induced contributions to the annual sea level variations in the Mediterranean Sea”.

Steric sea-level variations inferred from combined Topex/Poseidon altimetry and GRACE gravimetry

In this study, we propose to estimate the steric sea-level variations over a < 2-year period (April 2002 through December 2003) by combining global mean sea level (GMSL) based on Topex/ Poseidon (T/P) altimetry with time-variable geoid averaged over the oceans, as observed by the GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite. In effect, altimetry-derived GMSL changes results from two contributions: Steric (thermal plus salinity) effects due to sea water density change and ocean mass change due to water exchange with atmosphere and continents. On the other hand, GRACE data over the oceans provide the ocean mass change component only. The paper first discusses the corrections to apply to the GRACE data. Then the steric contribution to the GMSL is estimated using GRACE and T/P data. Comparison with available thermal expansion based on in situ hydrographic data is performed.

Vertical crustal motion along the Mediterranean and Black Sea coast derived from ocean altimetry and tide gauge data

Tide gauge (TG) data along the northern Mediterranean and Black Sea coasts are compared to the sea-surface height (SSH) anomaly obtained from ocean altimetry (TOPEX/Poseidon and ERS-1/2) for a period of nine years (1993–2001). The TG measures the SSH relative to the ground whereas the altimetry does so with respect to the geocentric reference frame; therefore their difference would be in principle a vertical ground motion of the TG sites, though there are different error sources for this estimate as is discussed in the paper. In this study we estimate such vertical ground motion, for each TG site, from the slope of the SSH time series of the (non-seasonal) difference between the TG record and the altimetry measurement at a point closest to the TG. Where possible, these estimates are further compared with those derived from nearby continuous Global Positioning System (GPS) data series. These results on vertical ground motion along the Mediterranean and Black Sea coasts provide useful source data for studying, contrasting, and constraining tectonic models of the region. For example, in the eastern coast of the Adriatic Sea and in the western coast of Greece, a general subsidence is observed which may be related to the Adriatic lithosphere subducting beneath the Eurasian plate along the Dinarides fault.

A new algorithm to accelerate harmonic analysis of time series

The Lomb periodogram has been traditionally a tool that allows us to elucidate if a frequency turns out to be important for explaining the behaviour of a given time series. Many linear and nonlinear reiterative harmonic processes that are used for studying the spectral content of a time series take into account this periodogram in order to avoid including spurious frequencies in their models due to the leakage problem of energy from one frequency to others. However, the estimation of the periodogram requires long computation time that makes the harmonic analysis slower when we deal with certain time series. Here we propose an algorithm that accelerates the extraction of the most remarkable frequencies from the periodogram, avoiding its whole estimation of the harmonic process at each iteration. This algorithm allows the user to perform a specific analysis of a given scalar time series. As a result, we obtain a functional model made of (1) a trend component, (2) a linear combination of Fourier terms, and (3) the so-called mixed secular terms by reducing the computation time of the estimation of the periodogram.

A note on the periodic orbits of a self excited rigid body

The aim of the present paper is to study the periodic orbits of a perturbed self excited rigid body with a fixed point. For studying these periodic orbits we shall use averaging theory of first order.

On the decorrelation filtering of RL05 GRACE data for global applications

In autumn 2012, the new release 05 (RL05) of monthly geopotencial spherical harmonics Stokes coefficients (SC) from GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) mission was published. This release reduces the noise in high degree and order SC, but they still need to be filtered. One of the most common filtering processing is the combination of decorrelation and Gaussian filters. Both of them are parameters dependent and must be tuned by the users. Previous studies have analyzed the parameters choice for the RL05 GRACE data for oceanic applications, and for RL04 data for global application. This study updates the latter for RL05 data extending the statistics analysis. The choice of the parameters of the decorrelation filter has been optimized to: (1) balance the noise reduction and the geophysical signal attenuation produced by the filtering process; (2) minimize the differences between GRACE and model-based data; (3) maximize the ratio of variability between continents and oceans. The Gaussian filter has been optimized following the latter criteria. Besides, an anisotropic filter, the fan filter, has been analyzed as an alternative to the Gauss filter, producing better statistics.

Multidecadal variability of the continental precipitation annual amplitude driven by AMO and ENSO

As the water vapor content in the atmosphere scales with temperature, a warmer world is expected to feature an intensification of the hydrological cycle. Work to date has mainly focused on mean precipitation changes, whose connection to climatic modes is elusive at a global scale. Here we show that continental precipitation annual amplitude, which represents the annual range between minimum and maximum (monthly) rainfall, covaries with a linear combination of the Atlantic Multidecadal Oscillation and low-frequency variations in the El Niño–Southern Oscillation on a decadal to multidecadal scale with a correlation coefficient of 0.92 (P<0.01). The teleconnection is a result of changes in moisture transport in key regions. Reported trends in the annual amplitude of global precipitation in recent decades need to be assessed in light of this substantial low-frequency variability, which could mask or enhance an anthropogenic signal in hydrological cycle changes.

Evaluación continua a través del trabajo autónomo del estudiante

Durante el curso académico 2014-2015 se han introducido distintas mejoras en la metodología docente y en el sistema de evaluación de la asignatura Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería II del primer curso del Grado en Ingeniería Civil de la Universidad de Alicante. Su objetivo es reducir el tiempo dedicado a la clase magistral en el desarrollo de la asignatura, en aras de fomentar la participación del alumnado. También se pretende conseguir un mayor aprovechamiento de las clases prácticas mediante la resolución autónoma de diversos ejercicios y problemas por parte de los alumnos, contando con la supervisión del profesorado. Este último aspecto es fundamental en las materias propias de las Matemáticas. En esta comunicación detallaremos las acciones específicas adoptadas con estos fines, tanto en la dinámica de las clases como en la forma de evaluación. Así mismo, se realizará un análisis cuantitativo y cualitativo de los resultados alcanzados y de las percepciones que profesores y alumnos tienen sobre los cambios introducidos.

Implementación de metodologías de evaluación continua: aplicación en la asignatura de Cálculo Numérico

La creación del nuevo Espacio Europeo de Educación Superior, con los consiguientes cambios en la estructura y contenidos de las titulaciones universitarias, ofrece una gran oportunidad para revisar las metodologías de aprendizaje, estando las metodologías de evaluación continua en una creciente expansión. El objetivo de este trabajo es investigar el efecto que tiene en el aprendizaje de los estudiantes diferentes metodologías de evaluación continua. Para ello, varios tipos de evaluación periódica (entrega de trabajos grupales y/o individuales, exámenes parciales, etc.) han sido puestos en práctica en la asignatura de Cálculo Numérico del último curso de la Licenciatura de Matemáticas y actual Grado de Matemáticas, a lo largo de un total de 14 años académicos en la Universidad de Alicante. En esta comunicación presentaremos las diferentes estrategias de desarrollo de los contenidos de la asignatura así como la forma de evaluación de los mismos. Además, se hará un análisis descriptivo de los resultados obtenidos con las distintas metodologías empleadas y se recogerán propuestas de mejora de cara al próximo curso.

Implementación del contenido de las asignaturas del Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos

El desarrollo del contenido de las asignaturas a impartir en el Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos, supone, teniendo como base la información remitida a la Agencia Nacional de Acreditación (ANECA) para su aprobación, implementar todos aquellos parámetros que definirán los criterios a aplicar para que el alumnado pueda adquirir los conocimientos y competencias asociadas a cada una de las asignaturas en las que vaya recibir docencia en este primer curso de implantación del Máster de Ingeniería de Caminos en la Universidad de Alicante. Para ello, a partir de las reuniones previas tanto de la Comisión del Área de Titulación como de las correspondientes a esta Red, se han podido poner en común los criterios generales a aplicar en una mayoría de las asignaturas, ya sea en los formatos o en los criterios de evaluación, de forma que el alumno pueda percibir estrategias similares (que no iguales o idénticas por imposible) que le permitan avanzar de forma coherente a lo largo de la titulación. En este aspecto, se ha partido de las recomendaciones ofrecidas en las distintas reuniones y comisiones de los representantes de las Escuelas de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de España, entre los cuales se encontraba representada la Universidad de Alicante, así como de las directrices marcadas por el Ministerio de Educación. Debe tenerse en cuenta que la puesta en funcionamiento de un Máster de carácter profesionalizante (según Orden CIN 309/2009) [1] como el de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos en la Universidad de Alicante, ha obligado a los departamentos y docentes implicados en su desarrollo, a establecer criterios específicos relacionados con los sistemas de evaluación, enseñanza y planificación de la materia a impartir.