Hidrodinamica de planeadores submarinos y su impacto en la funcionalidad de sensores CTD

Los recientes desarrollos tecnológicos permiten la transición de la oceanografía observacional desde un concepto basado en buques a uno basado en sistemas autónomos en red. Este último, propone que la forma más eficiente y efectiva de observar el océano es con una red de plataformas autónomas distribuidas espacialmente y complementadas con sistemas de medición remota. Debido a su maniobrabilidad y autonomía, los planeadores submarinos están jugando un papel relevante en este concepto de observaciones en red. Los planeadores submarinos fueron específicamente diseñados para muestrear vastas zonas del océano. Estos son robots con forma de torpedo que hacen uso de su forma hidrodinámica, alas y cambios de flotabilidad para generar movimientos horizontales y verticales en la columna de agua. Un sensor que mide conductividad, temperatura y profundidad (CTD) constituye un equipamiento estándar en la plataforma. Esto se debe a que ciertas variables dinámicas del Océano se pueden derivar de la temperatura, profundidad y salinidad. Esta última se puede estimar a partir de las medidas de temperatura y conductividad. La integración de sensores CTD en planeadores submarinos no esta exenta de desafíos. Uno de ellos está relacionado con la precisión de los valores de salinidad derivados de las muestras de temperatura y conductividad. Específicamente, las estimaciones de salinidad están significativamente degradadas por el retardo térmico existente, entre la temperatura medida y la temperatura real dentro de la celda de conductividad del sensor. Esta deficiencia depende de las particularidades del flujo de entrada al sensor, su geometría y, también se ha postulado, del calor acumulado en las capas de aislamiento externo del sensor. Los efectos del retardo térmico se suelen mitigar mediante el control del flujo de entrada al sensor. Esto se obtiene generalmente mediante el bombeo de agua a través del sensor o manteniendo constante y conocida su velocidad. Aunque recientemente se han incorporado sistemas de bombeo en los CTDs a bordo de los planeadores submarinos, todavía existen plataformas equipadas con CTDs sin dichos sistemas. En estos casos, la estimación de la salinidad supone condiciones de flujo de entrada al sensor, razonablemente controladas e imperturbadas. Esta Tesis investiga el impacto, si existe, que la hidrodinámica de los planeadores submarinos pudiera tener en la eficiencia de los sensores CTD. Específicamente, se investiga primero la localización del sensor CTD (externo al fuselaje) relativa a la capa límite desarrollada a lo largo del cuerpo del planeador. Esto se lleva a cabo mediante la utilización de un modelo acoplado de fluido no viscoso con un modelo de capa límite implementado por el autor, así como mediante un programa comercial de dinámica de fluidos computacional (CFD). Los resultados indican, en ambos casos, que el sensor CTD se encuentra fuera de la capa límite, siendo las condiciones del flujo de entrada las mismas que las del flujo sin perturbar. Todavía, la velocidad del flujo de entrada al sensor CTD es la velocidad de la plataforma, la cual depende de su hidrodinámica. Por tal motivo, la investigación se ha extendido para averiguar el efecto que la velocidad de la plataforma tiene en la eficiencia del sensor CTD. Con este propósito, se ha desarrollado un modelo en elementos finitos del comportamiento hidrodinámico y térmico del flujo dentro del CTD. Los resultados numéricos indican que el retardo térmico, atribuidos originalmente a la acumulación de calor en la estructura del sensor, se debe fundamentalmente a la interacción del flujo que atraviesa la celda de conductividad con la geometría interna de la misma. Esta interacción es distinta a distintas velocidades del planeador submarino. Específicamente, a velocidades bajas del planeador (0.2 m/s), la mezcla del flujo entrante con las masas de agua remanentes en el interior de la celda, se ralentiza debido a la generación de remolinos. Se obtienen entonces desviaciones significantes entre la salinidad real y aquella estimada. En cambio, a velocidades más altas del planeador (0.4 m/s) los procesos de mezcla se incrementan debido a la turbulencia e inestabilidades. En consecuencia, la respuesta del sensor CTD es mas rápida y las estimaciones de la salinidad mas precisas que en el caso anterior. Para completar el trabajo, los resultados numéricos se han validado con pruebas experimentales. Específicamente, se ha construido un modelo a escala del sensor CTD para obtener la confirmación experimental de los modelos numéricos. Haciendo uso del principio de similaridad de la dinámica que gobierna los fluidos incompresibles, los experimentos se han realizado con flujos de aire. Esto simplifica significativamente la puesta experimental y facilita su realización en condiciones con medios limitados. Las pruebas experimentales han confirmado cualitativamente los resultados numéricos. Más aun, se sugiere en esta Tesis que la respuesta del sensor CTD mejoraría significativamente añadiendo un generador de turbulencia en localizaciones adecuadas al interno de la celda de conductividad. ABSTRACT Recent technological developments allow the transition of observational oceanography from a ship-based to a networking concept. The latter suggests that the most efficient and effective way to observe the Ocean is through a fleet of spatially distributed autonomous platforms complemented by remote sensing. Due to their maneuverability, autonomy and endurance at sea, underwater gliders are already playing a significant role in this networking observational approach. Underwater gliders were specifically designed to sample vast areas of the Ocean. These are robots with a torpedo shape that make use of their hydrodynamic shape, wings and buoyancy changes to induce horizontal and vertical motions through the water column. A sensor to measure the conductivity, temperature and depth (CTD) is a standard payload of this platform. This is because certain ocean dynamic variables can be derived from temperature, depth and salinity. The latter can be inferred from measurements of temperature and conductivity. Integrating CTD sensors in glider platforms is not exempted of challenges. One of them, concerns to the accuracy of the salinity values derived from the sampled conductivity and temperature. Specifically, salinity estimates are significantly degraded by the thermal lag response existing between the measured temperature and the real temperature inside the conductivity cell of the sensor. This deficiency depends on the particularities of the inflow to the sensor, its geometry and, it has also been hypothesized, on the heat accumulated by the sensor coating layers. The effects of thermal lag are usually mitigated by controlling the inflow conditions through the sensor. Controlling inflow conditions is usually achieved by pumping the water through the sensor or by keeping constant and known its diving speed. Although pumping systems have been recently implemented in CTD sensors on board gliders, there are still platforms with unpumped CTDs. In the latter case, salinity estimates rely on assuming reasonable controlled and unperturbed flow conditions at the CTD sensor. This Thesis investigates the impact, if any, that glider hydrodynamics may have on the performance of onboard CTDs. Specifically, the location of the CTD sensor (external to the hull) relative to the boundary layer developed along the glider fuselage, is first investigated. This is done, initially, by applying a coupled inviscid-boundary layer model developed by the author, and later by using a commercial software for computational fluid dynamics (CFD). Results indicate, in both cases, that the CTD sensor is out of the boundary layer, being its inflow conditions those of the free stream. Still, the inflow speed to the CTD sensor is the speed of the platform, which largely depends on its hydrodynamic setup. For this reason, the research has been further extended to investigate the effect of the platform speed on the performance of the CTD sensor. A finite element model of the hydrodynamic and thermal behavior of the flow inside the CTD sensor, is developed for this purpose. Numerical results suggest that the thermal lag effect is mostly due to the interaction of the flow through the conductivity cell and its geometry. This interaction is different at different speeds of the glider. Specifically, at low glider speeds (0.2 m/s), the mixing of recent and old waters inside the conductivity cell is slowed down by the generation of coherent eddy structures. Significant departures between real and estimated values of the salinity are found. Instead, mixing is enhanced by turbulence and instabilities for high glider speeds (0.4 m/s). As a result, the thermal response of the CTD sensor is faster and the salinity estimates more accurate than for the low speed case. For completeness, numerical results have been validated against model tests. Specifically, a scaled model of the CTD sensor was built to obtain experimental confirmation of the numerical results. Making use of the similarity principle of the dynamics governing incompressible fluids, experiments are carried out with air flows. This significantly simplifies the experimental setup and facilitates its realization in a limited resource condition. Model tests qualitatively confirm the numerical findings. Moreover, it is suggested in this Thesis that the response of the CTD sensor would be significantly improved by adding small turbulators at adequate locations inside the conductivity cell.

Preliminary data on horse mackerel (Trachurus spp) landings from Mauritanian waters

European fishery off Mauritania (one of the most productive and most intensively exploited regions in the world) targeted to small pelagic fish accounts for 30% of the total catches in the area. The Instituto Español de Oceanografía (IEO), through its Centro Oceanográfico de Canarias, follows up the activity of these vessels that land at Spanish port (Las Palmas de Gran Canaria, Spain), under the European Project Data Collection (Regulation (EC) 1543/2000). One of the target groups in this fishery is Trachurus spp, commercially named “JAX”. During 2008 and 2009, several samples of this group from these landings were analysed, and Caranx rhonchus was the second species of importance. The mixture of these species in the landings of this UE fleet should be determined to improve the data provided to the international Working Groups responsible for assessment of those resources.

Análisis y modelización de la actividad pesquera. La flota española en las aguas internacionales de la plataforma patagónica

Esta tesis está enfocada en el programa de observadores científicos en aguas del Atlántico Sudoccidental que el Instituto Español de Oceanografía (IEO) mantiene desde el año 1989 hasta la actualidad. Dicha base de datos ya ha sido empleada previamente por otros autores para estudiar los recursos pesqueros presentes, tanto en las aguas internacionales de la plataforma patagónica, más allá de las 200 millas náuticas de la costa argentina, como en la zona de pesca actualmente incluida dentro de la jurisdicción de las islas Falkland/Malvinas. Aquí nos centramos en el estudio de la actividad pesquera española que faena en la zona de aguas internacionales conocida como “División 46” y de los recursos a los que se dirige. Varios factores justifican la necesidad de esta tesis: (1) La necesidad de desarrollar una descripción detallada de la base de datos, no realizada hasta el momento. (2) Valorar la representatividad espacial del programa de observadores. (3) Establecer una serie de análisis espacio-temporales que describan la actividad pesquera de la flota española en estas aguas, (4) Desarrollar un completo y detallado análisis espacio-temporal de la distribución y abundancia de los recursos pesqueros a los que se dirige la flota. Por otra parte, las limitaciones propias de un programa de observadores científicos en buques pesqueros nos llevan, por necesidad, a explorar soluciones metodológicas que permitan un análisis fiable del esfuerzo pesquero y de la abundancia de los recursos. A este respecto, la disponibilidad de nueva información relacionada con las características físicas del área de estudio obtenida a raíz de las campañas oceanográficas realizadas en las aguas internacionales de la plataforma patagónica por el IEO y la Secretaría General del Mar (SGM) entre los años 2007 y 2011 y la disponibilidad de datos procedentes del Sistema de Localización de Buques de la SGM entre el periodo 2001 y 2007, nos ha permitido avanzar en el conocimiento de la actividad pesquera española en esta región. Como resultados principales, hemos definido algunas características fundamentales que determinan el marco de estudio de esta base de datos, hemos explorado diversas aproximaciones metodológicas que permitan un análisis de la representatividad de un programa de observadores en aguas internacionales, hemos desarrollado una descripción espacio-temporal de la estrategia de pesca en esta aguas y, a raíz del conocimiento adquirido, hemos realizado un análisis de los factores que afectan a la distribución de M. hubbsi y al esfuerzo de pesca invertido en su captura.

Cultivo larvario de dentón (Dentex dentex L.): contribución al establecimiento de las necesidades nutricionales en ácidos grasos poliinsaturados

El objetivo de este trabajo es contribuir al conocimiento de las necesidades nutricionales en ácidos grasos poliinsaturados del pez marino dentón (Dentex dentex, L.). Para ello se realizaron cuatro experimentos en los cuales se suministraron a larvas de dentón dietas con diferentes contenidos de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) utilizando como vehículo de introducción presas vivas (rotífero y Artemia). Posteriormente se evaluó el efecto de dichas dietas sobre la calidad y supervivencia final de las larvas. En el Experimento I, se alimentaron larvas de corta edad hasta los 22 días posteclosión (dph) con el rotífero (Brachionus plicatilis). Dichos rotíferos fueron sometidos a una serie de tratamientos de enriquecimiento con varias especies de microalgas (Chlorella sp., Nannochloropsis gaditana, Tetraselmis suecica e Isochrysis galbana) y un enriquecedor comercial (Protein - Selco®), con diferentes contenidos en PUFA. En el tratamiento con Protein – Selco se alcanzaron valores significativamente superiores (ρ < 0.05) de talla y peso de las larvas, mientras que en el tratamiento con la microalga Isochrysis galbana, las larvas alcanzaron mayores valores de biomasa y supervivencia final con respecto a las larvas de los otros tratamientos. En los Experimentos II y III se partió de larvas de mayor edad (desde 22 hasta 48 dph) que fueron alimentadas con el crustáceo Artemia sp. La Artemia, se enriqueció con una serie de emulsiones experimentales (ICES®) con diferentes contenidos de PUFA. En el Experimento II, se encontró que las larvas a las que se les suministró mayores contenidos de PUFA, presentaron valores significativamente superiores (ρ < 0.05) en supervivencia y biomasa final. En el Experimento III, se observó que en las larvas a las que se les suministró el menor nivel de PUFA, se obtuvieron resultados significativamente menores (ρ < 0.05) en peso, talla, biomasa y supervivencia final. No se encontraron grandes diferencias en peso y talla entre las larvas a las que se les suministraron los PUFA en forma de triglicéridos o de etilésteres. En el Experimento IV se estudió la variación de contenidos de ácidos grasos a lo largo de un periodo de puestas (abril, mayo y junio) y durante cuatro fases de desarrollo endotrófico: huevo, huevo embrionado, larvas recién eclosionadas y larvas con apertura de la boca. Se evaluó la repercusión de estas variaciones de contenidos de ácidos grasos sobre los parámetros de calidad de huevos y larvas. También se compararon los contenidos de ácidos grasos de estas fases endotróficas con los contenidos encontrados durante las fases de alimentación con rotífero y Artemia. No se observaron grandes diferencias a lo largo del periodo de puesta en cuanto a contenidos de ácidos grasos y a las proporciones entre ellos, aunque si se observaron cambios en los parámetros que indicaban calidad de las puestas. Por el contrario, se observaron diferencias significativas (ρ < 0.05) en el grado de saturación de ácidos grasos, contenido de PUFA y ácidos grasos de 18 carbonos entre las larvas en fase de apertura de la boca con respecto a las otras fases de desarrollo endotrófico.

Géographie physique de la mer /

Mode of access: Internet.

Propuesta sostenible para mitigar los efectos climáticos adversos en una ciudad costera de Argentina

Los indicadores de sostenibilidad climática constituyen herramientas fundamentales para complementar las políticas de ordenamiento del territorio urbano y pueden beneficiar la calidad de vida sus habitantes. En el presente trabajo se diseñó un indicador climático urbano para la ciudad de Bahía Blanca considerando variables meteorológicas y análisis de la percepción social. El mismo permitió delimitar la ciudad en cuatro regiones bien diferenciadas entre sí. A partir de entonces, se realizó una propuesta sostenible para mitigar los efectos adversos del clima a partir de la aplicación del método DPSIR. Las mismas estuvieron destinadas a mejorar las condiciones de vida de la población. Los resultados permitieron considerar que una pronta implementación de la misma junto con una activa participación de los actores sociales y los tomadores de decisiones es necesaria para mejorar las condiciones actuales en la que se encuentra la ciudad. Con las medidas propuestas, la población local sabrá cómo actuar ante la ocurrencia de distintos eventos extremos, eventos de desconfort climático, etc. Al ser un método sencillo, la metodología aplicada en este estudio puede replicarse en otras ciudades del mundo con el objetivo de mejorar la calidad de vida de los habitantes.

Feeding of larval sardine Sardina pilchardus (Walbaum) off the north coast of Spain

In April and May 1991 and between March and June 1992 data regarding the diet of larval S. pilchardus in relation to food availability was gathered. Interpretation of results is compromised by the tendency of sardine larvae to defecate their gut contents during sampling. The most common food organisms in the guts (78-89%) were the developmental stages of copepods (eggs, nauplii and copepodites). Percentage composition of copepod nauplii in the diet decreased with increasing larval size, while copepodites increased. There was no consistent relationship between food availability and feeding success, probably because feeding conditions were generally adequate.

Tidal and wind influences on circulation in the southern mouth of the Ría de Vigo (NW Iberian Peninsula)

Tidal and wind influences on the velocity field in the Ría de Vigo were assessed using atmospheric data from two meteorological stations located at Bouzas port and on an oceanic buoy off Silleiro Cape along with oceanic data from an ADCP moored in the Ría for a 72-day period. A two-layer circulation pattern was observed. Near-surface and near-bottom currents are primarily influenced by wind (especially remote winds), separated by an intermediate layer dominated by tidal variability. At subtidal frequencies, residual currents are well correlated with wind variability. Remote wind forcing exhibited a markedly high correlation with surface layer currents, indicating the major role played by wind in the long-term upwelling-modulated circulation of the Ría.

Tidal and wind influences on circulation in the southern mouth of the Ría de Vigo (NW Iberian Peninsula)

Tidal and wind influences on the velocity field in the Ría de Vigo were assessed using atmospheric data from two meteorological stations located at Bouzas port and on an oceanic buoy off Silleiro Cape along with oceanic data from an ADCP moored in the Ría for a 72-day period. A two-layer circulation pattern was observed. Near-surface and near-bottom currents are primarily influenced by wind (especially remote winds), separated by an intermediate layer dominated by tidal variability. At subtidal frequencies, residual currents are well correlated with wind variability. Remote wind forcing exhibited a markedly high correlation with surface layer currents, indicating the major role played by wind in the long-term upwelling-modulated circulation of the Ría.

Moluscos Holoplanctónicos (Mollusca: Heteropoda y Thecosomata) como indicadores de la variabilidad oceanográfica y del evento El Niño frente a Callao y Pisco, del 2013 al 2015.

Cambio Climático viene ejecutando el proyecto Estudio integrado del afloramiento costero frente a Perú, que abarca diferentes componentes y áreas de investigación con el fin de comprender el sistema de afloramiento costero, desde la interacción océano-atmósfera hasta el acoplamiento bento-pelágico, tanto en sus propiedades oceanográficas, su productividad, la relación con la Zona de Mínima de Oxígeno (ZMO) como en las comunidades asociadas que habitan la columna de agua y el sedimento a diferentes escalas de tiempo. En el caso del zooplancton, se estudia su variabilidad temporal y costa-océano en la composición y abundancia, con relación a la dinámica del afloramiento costero y la variabilidad oceanográfica asociada a El Niño. Dentro del zooplancton, el grupo de los moluscos holoplanctónicos conformados principalmente por los órdenes Heteropoda y Thecosomata son de particular interés, ya que son considerados buenos indicadores biológicos de masas de agua Cruz (1993). Este grupo presenta una amplia distribución oceánica en zonas tropicales y subtropicales y actualmente son tema de estudio de la comunidad científica internacional relacionado con el cambio climático, específicamente con la acidificación de los océanos, debido a sus características calcificantes. Este trabajo da a conocer la composición y abundancia de las especies de moluscos holoplanctónicos y su relación con las variables oceanográficas y eventos El Niño durante tres años 2013, 2014 y 2015 en el mar peruano frente a Callao y Pisco, entre 2 y 50 millas náuticas de la costa.

El fenómeno El Niño 1982-83 y sus efectos frente al Puerto del Callao

El fenómeno El Niño es una anomalía de la interacción océano atmósfera en gran escala, cuya interacción no es muy bien conocida. Se presenta con diferentes intensidades, con intervalos de 5 a 16 años y su duración es variable. Produce efectos biológicos económicos y sociales, pero aún no se conoce a cabalidad sus impactos ecológicos.

Respiratory electron transport activity in plankton: determinants and detection

Programa de doctorado en Oceanografía. La fecha de publicación es la fecha de lectura