Puertos del Estado Measuring Networks and

Forecasting Systems.

Introduction

The relevance of marine physics on daily life

• …for several socioeconomic …for severasectors…

• Fisheries• Search and Rescue• Tourism• Marine safety• …

• An active environment…

• High waves• Large tides, surges• High frequency oscillations

(Meteo-tsunamis, long waves…)• Important winds and currents

26/12/2008 – Three casualties - Puerto de Llançà

.. and in particular for harbors:

On the construction phase: : Real time and Medium On the constructRange Forecast

On the design phasese: Climatic description

On the operational life: : All available data

Introduction

Operational oceanography comes to rescue…

Real time NetworksForecast

Climate e infomationDownstream Downstream and Outreach

Introduction

Real time network

Deep water buoy network• 15 stations

• Depths larger than 400 m

• Multi-parameter

• Real time, satellite transmission

• Almost 20 years of time series in most of the stations.

Coastal buoys• 10 Stations.

• Shallow water buoys oriented to harbor service

• Directional waves and SST. 2 multi-parametric stations

• Radio link

• Data available starting on the 80’s

Real time network

The REDMAR tide gauge network• 39 radar type stations

• High frequency measurements (2 Hz). Multi-parametric

• Real time connection via internet

• Time series starting in 1992.

Radar

Real time network

High FrequencyRadar

• Sea surface real time current maps

• Wave observations

• 4 Systems (2 of them shared with other institutions)

Radar

Real time network

Waves

Circulation

Regional al scale

Sea level

Coastal and d harborr scale

Medium Range Ocean Forecast

• 3D ocean circulation (all variables included

• 5 day forecast horizon

• 2 KM resolution

• Ready for downstream

Medium Range Ocean Forecast

The IBI-MFC

Medium Range Ocean Forecast

Downstream modeling

Data base

• Information of all systems + Hindcastsconverge into the database

• Interactive tools to access information

• Reports

• 400 raw data requests per year

The web: www.puertos.es

• All information available on the same interface (all scales spatial and temporal)

• Updated real time

• 10.000 users daily

Outreach and downstream

Outreach and downstream

The Imar App

• Simplified information

• Oriented by location

• Number 1 (for a short period on the Appstoreon weather category)

Outreach and downstream

Short Sea Shipping

• Tool to provide specific wave forecast for navigation

• Customised for existing short sea shipping routes

Outreach and downstream

Downstream to Harbors: SAMOA• High resolution nested

models (waves, atmosphere, circulation and oil-spill)

• Specific visualization software for the harbor

• Customized alert system (sms and e-mail)

Integrationn in SASEMAR R operations

Outreach and downstream

Conclusiones

• Monitoring and forecasting sea environment is a NEED for harbor authorities and society

• The investment in Operational oceanography produces an important large ECONOMIC RETURN

• The knowledge of marine environment is basic for safety SEGURIDAD

• Society can reach this knowledge thanks to operational oceanography, combining properly in-situ measurement, numerical modeling and outreach activities….

This is the mission of our team at Puertos del Estado

¡Thanks!Thee teamm:

Coordination: Enrique Álvarez Fanjul (enrique@puertos.es)Sea level monitoring and forecast: Begoña Pérez Gómez (bego@puertos.es)

Current forecast; Marcos García Sotillo (marcos@puertos.es) Coastal Buoys and radars: María Isabel Gil Ruíz de la Serna (maribel@puertos.es)

Deep water buoys: Marta De Alfonso Alonso Muñoyerro (mar@puertos.es)Wave forecast: Marta Gómez Lahoz (marta@puertos.es)

Data bank: Susana Pérez Rubio (sperez@puertos.es)

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España es un país con más de 8.000 kiló-metros de costa, donde el área peninsularse encuentra limitada del resto del conti-nente por una cordillera que dificulta lascomunicaciones terrestres. Estos elemen-tos hacen patente la importancia históricadel mar para nuestro país, pues ha sido uncanal fundamental de intercambio de bie-nes e ideas, al tiempo que una fuente esen-cial de recursos naturales.

En nuestros días ese papel predominantedel mar en el desarrollo de nuestro país nopuede ser obviado y contemplado en unsegundo plano. Los puertos comerciales

Banco de DatosOceanográficos:

Conocer para decidir

Una herramienta que contribuye a la seguridad, la optimización dela operatividad, y la minimización del impacto ambiental de los trabajos en puertos y costas

Artículo elaborado por Obdulio Serrano Hidalgo eIgnacio Rodríguez Sánchez-Arévalo del Área deMedio Físico y Tecnología de las Infraestructuras dePuertos del Estado

Conocer el clima marítimo, de laforma más precisa posible, es un fac-tor determinante a la hora de diseñarinfraestructuras portuarias o coste-ras seguras y operativas. Ese conoci-miento está en gran parte contenidoen el Banco de Datos Oceanográfi-cos, una herramienta de Puertos delEstado originalmente enfocada a laingeniería portuaria, pero que, con laayuda de Internet, es cada vez másdemandada para otras actividadescosteras

siguen siendo una de las principales vías deabastecimiento y distribución; por otro lado,las zonas costeras se han convertido enuna enorme fuente de recursos turísticos yde ocio; asimismo, la acuicultura marinaesta alcanzando un fuerte desarrollo; yfinalmente, es importante no olvidar iniciati-vas que ven en la costa y en el mar unafuente de recursos energéticos renovables.

Resulta evidente que el conocimiento pro-fundo y racional del medio marino constitu-ye una condición fundamental a la horaemprender nuevos proyectos de ingenieríaen el entorno costero. Solo a través de lacaracterización de los agentes naturalesque, como el oleaje, afectan a las infraes-tructuras, es posible garantizar la conten-ción en el coste de ejecución, la seguridad,la optimización de la operatividad, y la mini-mización del impacto ambiental.

Por este motivo en el año 1983, en laDirección de Puertos y Costas del antiguoMinisterio de Obras Públicas, se creó elBanco de Datos Oceanográficos, en unintento de impulsar, desde la administracióncentral del Estado, un mejor conocimientode aquellos agentes naturales que condicio-nan la seguridad y operatividad de las obrasy actividades desarrolladas en el entorno,tanto portuario como costero.

Más tarde, en el año 1993, el Banco deDatos pasó a formar parte Puertos deEstado, Organismo Publico que, desde su

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fundación, ha asumido un papel protagonis-ta en el conocimiento y análisis del mediomarino. En este sentido, desde la subdirec-ción de Medio Físico y Tecnología de lasInfraestructuras, Puertos de Estado lideradiversas iniciativas en el campo del modela-do numérico de agentes oceanográficos, yen el área de la evaluación de fiabilidad deinfraestructuras; habiéndose dotado de unacompleta red de monitorización de paráme-tros relacionados con el oleaje, el viento, lasmareas, etc.

MISIÓN Y OBJETIVOS DEL BANCO DE DATOS

Desde su fundación, el Banco de Datostiene como misión, explícita, ser una herra-mienta pública de apoyo a la toma de deci-siones en aquellos aspectos de la planifica-ción y explotación de actividades en elentorno litoral, que están condicionados porel comportamiento de agentes oceanográfi-cos como son el oleaje, el viento, las mare-as o las corrientes. Dicha misión se articulaen torno a los objetivos de:

• Almacenar y mantener conjuntos dedatos: Crear y mantener un conjunto dedatos oceanográficos representativo deaquellos agentes que condicionan la seguri-dad y operatividad de instalaciones o activi-dades costeras. Entre dichos agente, lógi-camente, son de especial importancia eloleaje, viento, nivel del mar y las corrientes.

• Caracterizar las condiciones climáticas:Definición del Clima Marítimo en el entorno

litoral español, prestando especial impor-tancia tanto a la definición de las condicio-nes medias de operación, como a la carac-terización de la peligrosidad (situacionesextremas o de riesgo).

• Garantizar el acceso a la Información:Desarrollar y mantener esquemas de accesoy consulta pública a la información generada.

• Apoyo a la toma de decisiones: Promoverproyectos de I+D orientados al desarrollo denuevas herramientas informáticas que facili-ten el uso de la información climática en losprocesos de tomas de decisiones en elcampo de la ingeniería portuaria

CONJUNTOS DE DATOS DISPONIBLES

Como se ha indicado, el primer objetivo delBanco de Datos es crear y mantener unaBase de Datos que almacene parámetrosrelacionados con aquellos agentes natura-les que, como el oleaje o el nivel del mar,condicionan la seguridad y operatividad delas actividades en la costa.

En la actualidad se dispone de una base dedatos estructurada, de acceso inmediato,con un tamaño de 200 Gbytes, donde se dacabida a más de 80.000 millones de regis-tros. La información almacenada está com-puesta por dos tipos de datos. El primero deellos esta formado por datos instrumentalesprocedentes de las redes de monitorizacióndel medio marino de Puertos del Estado. Elsegundo de estos conjuntos esta constitui-do por datos sintéticos o modelados proce-dentes de los modelos numéricos de

generación de viento, oleaje y nivel delmar con los que cuenta Puertos de

Estado.

Los datos instrumentales pro-ceden, por tanto, de diferentes

redes de sensores que midende un modo directo variables

oceanográficas y atmosféri-cas como el oleaje, elviento, el nivel del mar,etc. La información ge-nerada por estos equi-pos de medida llega en

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tiempo real al Banco de Datos de Puertos delEstado. Las principales redes de medida delas que se nutre el Banco de Datos son:

• Red de Boyas Exteriores (REDEXT): Esuna red de boyas oceanográficas fondea-das a profundidades entre 200 y 1.000metros en aguas abiertas en todo el lito-ral español. Estas boyas proporcionanvía satélite, con una cadencia horaria,datos de oleaje, viento, corrientes, tem-peratura del agua y del aire, presiónatmosférica y salinidad. Las medidas deoleaje son representativas de grandeszonas litorales y no están afectadas porefectos locales.

• Red de Boyas Costeras (REDCOS): Es unconjunto de boyas fondeadas a menos de200 metros de profundidad en la proximidadde áreas portuarias. Proporcionan, portanto, información de las característicaslocales del oleaje. Esta red dispone deseries de más de 20 años de datos resul-tando, por ello, de importancia fundamentala la hora de definir las condiciones medias yextremas del oleaje en el entorno litoral.

• Red de Mareógrafos Portuarios (RED-MAR): Esta formada por sensores quemiden las variaciones de nivel del mar. Apartir de ellos se caracteriza la magnitudde la marea astronómica (variación delnivel debida a la acción gravitatoria del Soly la Luna) y de la marea meteorológica(variación del nivel debida a la acción de lapresión y el viento). La caracterización delnivel del mar resulta esencial a la hora deevaluar condiciones de operación de lasinstalaciones portuarias.

• Red de Estaciones Meteorológicas Por-tuarias (REMPOR): Esta formada porestaciones meteorológicas instaladas enzonas portuarias. Mide varios parámetrosatmosféricos, siendo el más importante lavelocidad del viento. La caracterizacióndel viento es fundamental, ya que condi-ciona en gran medida las maniobras debuques, siendo, por otro lado, un paráme-tro de gran incidencia medioambiental.

El otro gran bloque de datos esta formadopor datos modelados, es decir, datos que noproceden de medidas directas de la natura-leza, sino que han sido inferidos a través demodelos numéricos de oleaje, viento, y nivel

del mar. Los datos modelados, a diferenciade los instrumentales, permiten caracterizargrandes áreas litorales.

Una buena parte de este tipo de datos hansido generados mediante la técnica conoci-da como Hindcast, la cual permite recons-truir datos de viento y oleaje de épocaspasadas. Dicho proceso tiene su punto departida en series históricas de presión ytemperatura (series que se remontan a1958), las cuales son tratadas mediantemodelos numéricos para estimar o “prede-cir” las condiciones de viento y oleaje que,probablemente, debieron exigir. Esto permi-te construir series históricas muy represen-tativas que contienen información de tem-porales que no pudieron ser medidos en sumomento. Los principales conjuntos dedatos modelados son:

• Conjunto WANA: Son datos de Hindcastrealizados dentro del proyecto Waves andStorms in the North Atlantic. Este conjuntoesta formado por series de oleaje direccio-nal y viento, localizadas a lo largo de todo elentorno litoral atlántico, que cubren el perio-do 1970-1994. La comparación con datosde boyas arroja correlaciones de 0.85 parala región cantábrica y correlaciones de 0.7para el Golfo de Cádiz y Canarias.

• Conjunto SIMAR-44: El conjunto SIMAR-44 se constituye a partir de modeladonumérico de alta resolución de atmósfera,nivel del mar y oleaje que cubre todo elentorno litoral español, durante el periodo1958–2001. Dicho conjunto de datos hasido generado por Puerto del Estado en elmarco del proyecto europeo HIPOCAS.Las series generadas son de gran calidady reproducen temporales ocurridos enfechas pasadas que no se midieron perode cuyo efecto existe constancia.

• Conjunto WANA: El conjunto WANA estaformado por series de viento y oleaje pro-cedentes de modelos numéricos, pero adiferencia de los conjuntos anteriores noson datos de Hindcast, sino datos proce-dentes de los diagnósticos y viento y olea-je realizados dentro del esquema de pre-dicción de estado del mar desarrollado porPuertos del Estado en colaboración con elInstituto Nacional de Meteorología. Losdatos, por tanto, se generan de modoincremental día a día desde 1996.

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INFORMACIÓN CLIMÁTICA

El segundo de los objetivos del Banco deDatos es la definición de las condiciones cli-máticas en el entorno litoral español, pres-tando especial importancia tanto a la defini-ción de las condiciones medias de opera-ción, como a la caracterización de la peli-grosidad.

La elaboración estadística de los datosresulta esencial para que la informaciónrecabada sea de utilidad directa en la ela-boración de cualquier proyecto de ingenie-ría costera o portuaria. Se trata, por tanto,de integrar los datos en los procesos dedecisión involucrados en la planificación yexplotación de cualquier instalación portua-ria o costera.

Para ello el Banco de Datos desarrolla dife-rentes herramientas de cálculo destinadasa la caracterización estadística del clima deoleaje, viento y nivel del mar. Dichas herra-mientas están en constante desarrollo pro-curando, en todo momento, estar en sinto-nía con nuevas necesidades que, en mate-ria de caracterización climática, marca eldesarrollo de las Recomendaciones deObras Marítimas (R.O.M.) De modo están-dar dichas herramientas permiten al Bancode Datos elaborar los siguientes tipos deinformes:

• Clima medio y condiciones de trabajo:Está compuesto por un conjunto de gráfi-cos y estadísticas que tienen como objeti-vo caracterizar aquellas situaciones másprobables, y que, por tanto condicionan la

operatividad o rendimiento de las instala-ciones o actividades portuarias. Estos es-tudios se componen de rosas de viento yoleaje, tablas de pendiente o peralte deloleaje, diagramas de evolución anualmedia, histogramas, y ajustes weibull.

• Clima de persistencias y paradas operati-vas: Entre los estudios de clima destaca laimportancia de la caracterización del régi-men de persistencias, que tiene comoobjetivo describir la estructura estadísticade las rachas o periodos continuados desituaciones severas en las que el viento oel oleaje supera un cierto nivel de corte.Esta clase de información ayuda a dimen-sionar los espacios de almacenamiento deciertas mercancías que pueden verseafectadas por cortes prolongados en elsuministro.

• Clima extremo y seguridad: La seguridadde cualquier instalación o activad portua-ria esta condicionada por la peligrosidadinducida por los agentes del medio mari-no, es decir por los valores extremos dealtura de ola, nivel del mar y velocidad delviento.

Los estudios de clima extremo proporcionandescripciones estadísticas del comporta-miento de los valores máximos, lo cual per-mite determinar la probabilidad de que seproduzca una situación de peligro dentro deun horizonte de tiempo determinado. Estetipo de estudios resultan fundamentalespara dimensionar cualquier estructura deabrigo o protección sometida a la acción deloleaje.

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DISTRIBUCIÓN DE INFORMACIÓN Y USUARIOS

El tercero de los objetivos de Banco deDatos consiste en facilitar el acceso públicotanto a las series de datos, como a la infor-mación climática o estadística generada.Para ello el Banco de Datos se sirve de doscanales de distribución:

• Internet: Accesible a través de la páginaweb de Puertos del Estado, la pagina webdel Banco de Datos resulta el mejor modode conocer las características de los datosdisponibles. De modo libre y gratuito, dichapágina permite a cualquier usuario consul-tar pequeños períodos de datos, disponerde informes climáticos, o, incluso, realizarsus propias estadísticas de modo on-linemediante consultas directas a la base dedatos que permiten generar Rosas deOleaje, tablas, histogramas, series, tablasde máximos, etc.

La potencia de consulta de las herramientasinstaladas en Internet permite a muchosusuarios realizar una evaluación preliminarde las condiciones de oleaje, viento y niveldel mar que afectarán a una instalación oactividad costera en proyecto.

• Correo electrónico: Aquellos usuarios quenecesiten disponer de series completasde datos o bien de informes climáticos

específicos pueden solicitarlo por e-mailmediante una serie de formularios ya esta-blecidos. El envió de datos se encuentraapoyado por programas de consulta quepermiten realizar estudios climáticosadaptados a diferentes tipos de necesida-des. Entre ellos se realizan informes decondiciones medidas, informes de condi-ciones extremas, e informes de persisten-cias.

En la actualidad el Banco de Datos recibemás de 4.000 consultas mensuales a travésde Internet, y realiza una media de 100envíos mensuales de datos e informes adiversos clientes, pero ¿Quiénes son losusuarios que demandan este tipo de servi-cios del Banco de Datos Oceanográficos?

En sus orígenes se pensó que, dada lanaturaleza de esta herramienta y su ámbitode aplicación, los principales usuarios deesta información serían los puertos de lared estatal y las consultoras de ingenieríaportuaria, que de hecho se mantienen entrelos clientes más fieles del banco de datos.Pero a medida que se ha ido ampliando laoferta de productos y se han comenzado autilizar nuevos canales de información,como Internet, lo cierto es que el espectrode clientes se ha ampliado de forma paula-tina, abarcando hoy en día, prácticamente,cualquier actividad que se realice en elentorno costero, y que esté sometida a la

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acción del oleaje, el viento y el nivel del mar.Así, cualquier empresa que ejecute obrasmenores o de ingeniería en la costa (desdepuertos deportivos y secundarios hastaregeneración de playas u obras en paseosmarítimos) se convierte en un demandantepotencial de los servicios del banco dedatos.

Fuera del campo de la ingeniería civil, losinformes y estadísticas del Banco de DatosOceanográficos son cada vez más deman-dados para actividades tales como la pescao la acuicultura (planificar nuevas instalacio-nes), navieras (trazado de rutas y diseño debuques), proyectos de energías renovables,aseguradoras o empresas de peritaje (paraenfocar su política de riesgos), turismo yocio (promoción de determinadas zonas ynegocios particulares), seguridad marítimay evaluación del impacto ambiental.

Por otro parte, el Banco de Datos Oceano-gráficos, con la finalidad de apoyar el mejorconocimiento del entorno litoral español, dis-tribuye de modo gratuito la información de laque dispone a aquellas instituciones decarácter público que deseen utilizar los datoscon el fin de desarrollar trabajos de investi-gación o caracterización del clima, dentro deproyectos realizados sin ánimo de lucro.

DESARROLLO DE PROYECTOS

El cuarto, y último, de los objetivos citados,es trabajar para facilitar el uso de la infor-mación climática en los procesos de tomasde decisiones en el campo de la ingenieríaportuaria. Este objetivo se desarrolla, com-plementando el trabajo interno, con proyec-tos de desarrollo firmados con universida-des y grupos de investigación. Entre lasprincipales líneas de trabajo lanzadas seencuentran:

• Reducción de incertidumbre: Este proyec-to se realiza en colaboración con laUniversidad Politécnica de Valencia, yentre otros, tiene como objetivos desarro-llar métodos de calibrado y de transferen-cia de información que permitan reducir laincertidumbre debida, tanto al error inhe-rente a los datos modelados, como a laimprecisión inducida por perdida de datos

• Modelado de Incertidumbre: Este desarro-llo se realizó en colaboración con la Uni-

versidad Politécnica de Cataluña y tuvocomo objetivo la elaboración de técnicasde análisis extremal, capaces de modelarla incertidumbre inherente a todo procesode estimación estadística. Este tipo demodelos permiten obtener, por tanto, es-timaciones más robustas de la probabilidadde presentación de sucesos extremos.

• Modelos de decisión y vulnerabilidad: Esteproyecto se desarrolla en colaboracióncon la Universidad Politécnica de Cata-luña. Su objetivo es desarrollar la metodo-logía necesaria para aplicar la teoría de ladecisión optima al diseño de obras deabrigo. Entre las líneas de trabajo másimportantes se encuentra el desarrollo deprogramas de ordenador que permitanevaluar la vulnerabilidad, o fiabilidad, deestructuras marítimas mediante métodosde Montecarlo (simulación estadística).

• Modelos de peligrosidad: Estos trabajosse realizan dentro del convenio marco fir-mado con al Universidad de Cantabria. Elobjetivo de los trabajos es mejorar lasherramientas de caracterización del climamedio y operatividad con el fin de adap-tarlas a las nuevas exigencias surgidas,sobre todo, en el marco de las recomen-daciones de obras marítimas (ROM).

“En la actualidad el Banco de Datosrecibe más de 4.000 consultas mensuales a través de Internet, y realiza una media de 100 envíos mensuales de datos e informes a diversos clientes”