Acerca del modelo HYCOM

El modelo HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model) es un modelo de circulación general del océano que resuelve las ecuaciones primitivas. Fue introducido por Bleck y Benjamin en los 90s, pero con ideas implementadas en modelos atmosféricos y tentativamente en un modelo oceánico por Bleck y Boudra en 1981. Actualmente es el resultado de un esfuerzo de diversas instituciones como FSU/COAPS, UM/RSMS, Los Alamos NL, NRL, entre otras, quienes desarrollan y evalúan el modelo.

HYCOM utiliza un sistema de coordenadas verticales generalizadas que permite seguir capas isopicnas en el océano abierto estratificado, cambiar a coordenadas que siguen el terreno (capas sigma) en regiones someras o costeras y, a coordenadas-z  en la capa mezclada superficial o en regiones no estratificadas. Estas coordenadas híbridas permiten extender la aplicabilidad de los modelos isopicnos tradicionales hacia las zonas costeras o regiones sin estratificación.

Por otro lado, una de las ventajas significativas de HYCOM es que resuelve de manera eficiente la difusión diapicna, que es la interacción entre capas de diferentes densidades. Para que las capas isopicnas mantengan los valores de densidad de referencia definidos, el modelo tiene implementado un esquema de re-enmallado, cuyo principio se basa en un ajuste de la interfaz que delimitan las capas de tal forma que la densidad regrese a su valor de referencia si la densidad de la capa es mayor o menor que la de referencia. También, resuelve muy bien la dinámica en la parte sub-superficial estratificada del océano y su ajuste con la capa de mezcla.

HYCOM está equipado con dos tipos de condiciones de frontera:

• Relajación Newtoniana en capas esponja: Cuando no se especifican fronteras abiertas, el dominio oceánico deben tener un tratamiento de tal forma que se minimicen las inestabilidades y el comportamiento poco realista producidos en las fronteras y;
• Condiciones de frontera de océano abierto. La información (flujo físico) generalmente pasa a través de la frontera en ambas direcciones, no hay distinción entre flujo hacia afuera o hacia adentro. Los modos barotrópicos y baroclínicos son formulados separadamente, utilizando el método de 'características' desarrollado por Browning y Kreiss (1982, 1986), cuando el modo barotrópico estima el campo de presión y la componente normal de la velocidad, ya que la componente tangencial de la velocidad es prescrita.

En HYCOM la capa superficial no tiene un rol en particular, excepto el de una capa límite a través de la cual todos los flujos superficiales son intercambiados con la atmósfera (excepto por la fracción de radiación visible que además penetra a capas subsuperficiales). En HYCOM la “capa de mezcla”, sobre la cual el forzamiento superficial y el esfuerzo del viento pueden mezclar momento y trazadores, se extiende por lo general a través de varias capas del modelo. El esquema de mezcla por defecto en HYCOM es el KPP (K-profile Parameterization) (Large et al., 1994). En este modelo, se evalúan las contribuciones a las difusividades por temperatura, sal y momento generados por varios procesos parametrizados. Con esto, se calculan los flujos correspondientes en cada interfaz y se utiliza un método matricial para resolver la ecuación de difusión para cada variable y se aplica a toda la columna de agua.

Acerca del modelo PyGNOME

PyGNOME es un conjunto de utilidades desarrolladas en el lenguaje de programación Python para GNOME (herramienta de modelado generada por la NOAA en la ORR, de la División de Respuesta a Emergencias (en adelante ERD), diseñada para predecir la posible ruta o trayectoria que podría seguir un contaminante en un cuerpo de agua). Es fundamentalmente, un modelo para el seguimiento de partículas de tipo lagrangiano: el petróleo u otra sustancia se representa como Elementos Lagrangianos (en adelante EL) o
partículas, con su movimiento y propiedades rastreadas en el tiempo. Una serie de Motores (cualquier proceso físico que mueve las partículas) actúan sobre los EL y cada uno representa un proceso físico diferente.

Como parte de las componentes de PyGNOME están:

Motores: Los Motores son cualquier proceso físico que mueve las partículas. Estos pueden ser:

• Corrientes oceánicas: PyGNOME acepta diferentes formatos de archivos (p.ej. NetCDF, txt, etc.) que contienen las corrientes oceánicas y acepta que Estos datos se encuentren en diferentes tipos de mallas (p. ej. rectangulares, triangulares, curvilíneas, etc.).
• Vientos: PyGNOME acepta diferentes tipos de vientos: viento puntual con velocidad constante, viento puntual que cambia en el tiempo, campos de velocidad del viento que cambian en el espacio y el tiempo. De la misma manera que con las corrientes, acepta diferentes formatos de archivos y da tos en diferentes tipos de mallas.
• Difusión turbulenta: La difusión turbulenta se representa mediante un proceso de caminata aleatoria, basada en el coeficiente de difusión, que representa la difusividad horizontal en el agua.

También cuenta con una interfaz de programación o API, para que el usuario pueda programar sus propios motores.

Degradadores: Los degradadores son los procesos que cambian la masa del petróleo o la distribución de las gotas de petróleo en la columna de agua. Estos procesos incluyen:

• Evaporación: En un derrame de petróleo, los componentes volátiles en el petróleo se evaporan a la atmosfera. La tasa de evaporación depende de la temperatura del ambiente y la velocidad del viento.
• Dispersión natural: La dispersión natural del petróleo se da con la disgregación de la macha en pequeñas gotas que se distribuyen en la columna de agua. La velocidad de este fenómeno depende en gran medida del tipo de petróleo y condiciones del mar.
• Emulsificación: El petróleo derramado en el mar suele combinarse con el agua marina, formando una emulsión de agua en aceite, aumentando el volumen del contaminante. A medida que se desarrolla, la emulsión, el movimiento del petróleo con las olas hace que las gotas de agua en la emulsión disminuya y tamaño, contribuyendo a que la emulsión sea viscosa y dificultando las opciones de respuesta.

Salidas: Las salidas son los resultados del modelo. Para la creación de estos resultados se utilizan las funciones Renderizador y salidasNetCDF.