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Medição de Parâmetros de Agitação Marítima Ana Margarida Gonçalves MÉTODOS EXPERIMENTAIS em ENERGIA e AMBIENTE.

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1 Medição de Parâmetros de Agitação Marítima Ana Margarida Gonçalves MÉTODOS EXPERIMENTAIS em ENERGIA e AMBIENTE

2 Enquadramento e Objectivos ENERGIA DAS ONDAS MARÍTIMAS Avaliação do recurso energético das ondas marítimas a partir de medições efectuadas por: Bóia Ondógrafo Radar Altímetro

3 ALTURA SIGNIFICATIVA PERÍODO MÉDIO DE CRUZAMENTO DE ZEROS PERÍODO MÉDIO DE ENERGIA POTÊNCIA DE AGITAÇÃO MARÍTIMA PARÂMETROS DE AGITAÇÃO MARÍTIMA Águas Profundas Comprimento de onda Amplitude da onda ESPECTRO DE FREQUÊNCIA MOMENTO ESPECTRAL DE ORDEM n

4 Waverider ( 1968 ) – DATAWELL - -Segue os movimentos da superfície do mar. -Amplitude das oscilações da superfície do mar. - Aço inoxidável a 0.9 m de diâmetro. - Sistema de amarração inclui um cordão de borracha capaz de esticar até 3 vezes o seu comprimento % de erro máximo nas medicões. - - Triângulo Anti-Spin: passagem de navios transporte Bóia Ondógrafo

5 Waverider não direccional Movimentos verticais da bóia - registos da elevação da superfície livre Altura e Período das ondas - Altura e Período das ondas Ondas com períodos de 1.6s - 30s, > a bóia deixa de acompanhar o mov. a superfície do mar; < resposta lenta. acelerómetro

6 Bóia Ondógrafo Waverider direccional 3 acelerómetros acelerações na vertical acelerações nos eixos N-S e E-W (pitch and roll) Altura das ondasAltura das ondas : Alcance: -20m – +20m Resolução:1 cm Direcção:Direcção: Alcance: 0º - 360º Resolução: 0.5 º Temperatura da superfície do marTemperatura da superfície do mar Alcance: -5ºc - +46ºC Resolução: 0.2 ºC

7 Bóia Ondógrafo Registo de Onda Nível Médio Estação Ondógrafo Bóia Direccional DATAWELL Receptor DIREC Computador com unidade de gravação 20 minutos 50 Km Período de Amostragem: (Espaçamento entre amostras) s (2.56Hz) - bóias não direccionais 0.78 s (1.28 Hz) - bóias direccionais Processamento: Acelerómetro Acelerações verticais Dupla integração Elevações da sup.livre (sinal contínuo) Transmissão para Estação - transformação sinal discreto. Produz o Registo de Onda Análise Séries da elevação da sup. livre (método directo) Altura Significativa e Período das ondas Séries da elevação + Séries dos declives - análise espectral (Algoritmo FFT) S(f) e uma direcção médiapor banda de frequência

8 Radar Altímetro Transmite permanentemente impulsos na vertical em alta frequência (mais de 1700 por segundo) na banda das micro-ondas (1 GHz GHz). O tempo de retorno permite calcular a distância entre o sensor e a superfície reflectora. SatéliteMissão Período de repetição SEASAT dias GEOSAT dias ERS dias ERS dias T/PInício dias ENVISATInício dias JASON-1Início dias Agência NASA US-NAVY ESA NASA/CNES ESA NASA/CNES

9 RADAR ALTÍMETRO CARACERÍSTICAS Órbita : quase polar não heliosíncrona Altítude: Altítude: 1336 kmInclinação: 66º (eixo polar) TOPEX - TOPEX - TOPographic EXPeriment for ocean circulation NASA (Agência Espacial Norte Americana) POSEIDON - POSEIDON - Deus Grego dos tremores de terra e da água CNES (Agência Espacial Francesa)

10 RADAR ALTÍMETRO Período de repetição: Período de repetição: 10 dias 5 dias na intersecção das passagens 127 revoluções ~ 254 Passagens Ascendentes e descendentes Equador km Cobertura: 66º N - 66º Sul TOPEX: dupla Fequência 13.6 GHz- Banda Ku 5.3 GHz - Banda C Poseidon: 13.6 GHz- Banda Ku

11 RADAR ALTÍMETROTOPEX/POSEIDON DORIS ( Doppler Orbitography and Radio Positioning Integratedby Satellite ): Localiza o satélite em orbita em relação ao elipsóide de referência (raio equatorial = 6378 km). Laser Sation: Calibração sistemas de localização. GPS: coordenadas do satélite S S ( Altura do Satélite): Distância entre o centro de massa do satélite e o elipsóide de referência. R R ( Distância Altimétrica ): Distância entre o centro de massa do satélite e a sup. superfície do mar SSH SSH (Altura da Superfície do Mar): Distância entre a sup. do mar e o elipsóide de referência. SSH S-R SSH= S-R S R SSH

12 PARÂMETROS DE ONDAS ALTÍMETRO ALTÍMETRO TOPEX/Poseidon Altura significativa - (m) Impulso do Altímetro com uma certa espessura Pegada (Footprint ) Área iluminada pelo impulso (Walsh, 1979) Potência Relativa do Impulso de Retorno em função do tempo I II III IV O bordo anterior do impulso atingiu o nível do mar; m abaixo do nível do mar; m abaixo do nível do mar; m abaixo do nível do mar.

13 PARÂMETROS DE ONDAS ALTÍMETRO ALTÍMETRO Algoritmo de DAVIES et al., (1998) Coef. de Retrodispersão – dB Secção eficaz de retrodispersão normalizada pela área da pegada Intensidade do Vento – m/s Pseudo idade das ondas Período característico Período de Energia Potência de Agitação Marítima Intensidade do impulso de retorno - Ajustes lineares a partir de obs. Carter et al., 1992; krogstad eBarstow, 1999

14 VANTAGENS e DESVANTAGENS Bóia Altímetro Cobertura Espacial Selecção de Locais Riscos de Destruíção Informação do Período Informação Direccional Custos

15 AVISO, 1999: Side B TOPEX altimeter evaluation. AVI-NT CN, Ed. 1.0, July.AVISO, 1999: Side B TOPEX altimeter evaluation. AVI-NT CN, Ed. 1.0, July. AVISO, 1996: Aviso User Handbook, Merged TOPEX/Poseidon Products (GDR-Ms).AVISO, 1996: Aviso User Handbook, Merged TOPEX/Poseidon Products (GDR-Ms). AVI-NT CN, 3rd Edition. CNES, Toulouse, France. Carter, D.J.T., P.G. Challenor e M.A. Srokosz, 1992: An Assessment of GEOSAT Wave HeightCarter, D.J.T., P.G. Challenor e M.A. Srokosz, 1992: An Assessment of GEOSAT Wave Height and Wind Speed Measurement Wave Height and Wind Speed Measurement. J. Geophys. Res., 97, nº C7, , July 15. J. Geophys. Res., 97, nº C7, , July 15. Davies, C.G., P.D. Cotton, Challenor e D.J. Carter, 1998: On the measurementsDavies, C.G., P.D. Cotton, Challenor e D.J. Carter, 1998: On the measurements of wave period from radar altimeters, ocean wave measurements and analysis, Proc. 3rd Int. Symp. Waves97, ASCE, Reston, VA, pp Krogstad, H. E. e S. F. Barstow, 1999: Satellite wave measurementsKrogstad, H. E. e S. F. Barstow, 1999: Satellite wave measurements for coastal engineering applications. Coastal Engineering, 37, Moreira, N.M., 2001: Medição das Ondas do Mar com Radar Altímetro.Moreira, N.M., 2001: Medição das Ondas do Mar com Radar Altímetro. Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Ciências Geofísicas, Especialização em Meteorologia. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. 95 pp. Walsh, E.J., 1979: Extraction of ocean wave height and dominant wavelengthWalsh, E.J., 1979: Extraction of ocean wave height and dominant wavelength from GEOS-3 altimeter data. J. Geophys. Res., 84, nº B8, , July 30. REFERÊNCIAS


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