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Procesamiento y Análisis de DatosOceanógraficos

Affonso da Silveira Mascarcnhas Jr.I.I.O.- Universidad Autónoma de Baja California. México

Escuela Naval Almirante PadillaCartagena de Indias - COLOMBIA

1998

Contents

0.1 Prefacio 6

1 Introducción. 9

2 Posicionamiento en el mar. 152.1 Introducción 152.2 La Carta Náutica 152.3 Sistemas de Navegación 17

2.3.1 Navegación astronómica 172.3.2 Navegación LORAN 182.3.3 Navegación por satélite 192.3.4 GPS (Global Positioning System) 192.3.5 Navegación por RADAR 20

3 Variables Meteorológicas. 213.1 Temperatura del Aire 213.2 Presión Atmosférica 243.3 Viento 263.4 Humedad Relativa 313.5 Precipitación 323.6 Cobertura de nubes 353.7 Radiación Solar 36

4 Variables Oceanógraficas. 394.1 Temperatura de la superficie del mar 394.2 Perfiladores de Temperatura 41

4.2.1 Batitermógrafos Mecánicos y Desechables 414.3 Salinidad 414.4 Perfiladores de Presión. Temperatura y Salinidad 47

4 CONTENTS

4.4.1 E1CTD 484.5 Medidas del campo de Velocidad 57

4.5.1 Cuerpos de Deriva y derivadores 584.5.2 Correntímetros 61

4.6 Correntógrafos 614.6.1 Correntógrafos del tipo Rotor 624.6.2 Correntógrafos prornediadores vectoriales 644.6.3 Los problemas del rotor Savonius 644.6.4 Correntógrafos Electromagnéticos 66

4.7 Correntógrafos acousticos Doppler 684.7.1 El efecto Doppler 684.7.2 ADCP 70

4.8 El perfilador de corriente 764.9 El RADAR de alta frecuencia 804.10 Anclaje de Correntógrafos 85

5 Propiedades Físicas del agua del mar. 875.1 Densidad 875.2 Coeficiente de expansión térmica, contracción salina y com-

presibilidad 915.3 Densidad máxima y punto de congelamento 925.4 Compresibilidad 945.5 Cambios adiabáticos de temperatura 94

5.5.1 Temperatura Potencial 955.6 Calor específico 965.7 Velocidad del sonido 975.8 Viscosidad molecular 995.9 Coeficiente de conductividad térmica y salina 99

6 Métodos Estadísticos 1036.1 Distribución de Muestras 1046.2 Probabilidad 106

6.2.1 Punciones de Probabilidad comulativa 1106.3 Momentos y valores esperados 111

6.3.1 Funciones generadoras de momento 1136.4 FDP más comunes 1156.5 Teorema del Limite Central 1186.6 Estimación 119

CONTENTS 5

6.7 Intervalos de confianza 121

7 Análisis de Series Temporales. 1257.1 Introducción 1257.2 Fundamentos Estadísticos 1277.3 Funciones de correlación 130

7.3.1 Funciones de covarianza y correlación 1307.3.2 Funciones de correlación / covarianza analíticas 1327.3.3 Funciones de covarianza observadas 1337.3.4 Escalas de tiempo integrales 134

7.4 Análisis de Fourier 1357.5 Frecuencia de Nyquist y traslape 1427.6 Convolución 144

7.6.1 cross spectral análisis 1477.6.2 rellenar con ceros 147

7.7 Filtros digitales 1497.7.1 Conceptos básicos 1507.7.2 Respuesta al impulso 1517.7.3 Respuesta en frecuencia 152

7.8 Filtros ideales 1527.8.1 Pasa baja, alta y banda 1527.8.2 Fenómeno de Gibson 1527.8.3 Filtros de media corrida 1527.8.4 Hanning y Hamming 1527.8.5 Butterwoth 152

7.9 Espectro Rotacional 1527.10 Series de tiempo discretas 156

7.10.1 Exemplo de calculo 1577.10.2 Análisis de Fourier para frecuencias especificadas. . . . 1597.10.3 La Transformada Rápida de Fourier (FFT) 1607.10.4 El Análisis Hamonico 1617.10.5 El método de los cuadrados mínimos 1627.10.6 Ejemplo computacional 165

8 Análisis de datos sinópticos. 1698.1 Distribución horizontal 1698.2 Calculo Geostrófico 171

8.2.1 El nivel de movimiento nulo 175

6 CONTENTS

8.2.2 Transporte de volumen, calor y sal 1778.3 Verticidad Potencial 1798.4 Análisis isopicnal 1838.5 Análisis Objectivo 185

8.5.1 Introducción 1858.5.2 El Teorema de Gauss-Markov 1888.5.3 Mapeo de Gauss-Markov 191

8.6 Funciones ortogonales empíricas 1968.7 El método P-Vector 2018.8 Características T-S 207

9 Análisis de series de datos. 2099.1 Datos meteorológicos 209

9.1.1 Procesamiento de datos de viento 2099.1.2 Extrapolación 214

9.2 Datos Oceanógraficos 2159.3 Estaciones fijas 2169.4 Secciones de T.S o Velocidad 216

9.4.1 Secciones de XTB 2169.5 Correlación, coherencia y fase 216

0.1 Prefacio.

Durante mi última estancia en Cartagena, en Septiembre de 1997. en elCIOH (Centro de Investigaciones Oceanógraficas e Hidrográficas), recibí conmucho honor y satisfación la invitación para dictar un curso en la Facultadde Oceanografía Física de la Escuela Naval Almirante Padilla. Al aceptar,tomé como reto preparar un curso que proporcionase a los oficiales alumnosun conjunto de técnicas de análisis de datos oceanógraficos. Al escribir esasnotas, me base mucho en la experiencia ganada como investigador y profe-sor, enseñado cursos de Oceanografía Física. Tengo observado un gran vacio(laguna) que existe entre la conección de los parámetros físicos contenidos enlos conceptos teóricos y los métodos de análisis de esos parámetros. A veces,nos enfrentamos con el seguiente problema: tengo un conjunto de datos X.que puedo hacer con ellos ? que tipo de información puedo obtener ? comoanalizarlos ? En realidad la ciencia funciona al contrario; se planea un exper-imento para contestar preguntas. Pero desafortunadamente nos enfrentamos