Cálculo de la dispersión longitudinal en corrientes

LUIS FRANCISCO LEON VIZCAINO (1990, [Artículo])

En años recientes, ante el aumento de los problemas por contaminación, se ha despertado un interés creciente dentro de la comunidad hidráulica por analizar y predecir la evolución de los contaminantes que son descargados en los cuerpos de agua. Las soluciones numéricas para resolver la ecuación de convección-difusión son numerosas y a veces demasiado refinadas, con el intento de eliminar comportamientos oscilatorios. Es bien conocido que la práctica común de separar efectos en la solución y en los análisis de estabilidad, no es siempre la mejor forma de resolver los problemas de dispersión. Este trabajo es una aportación en el campo del cálculo numérico de la difusión en ríos, específicamente en la solución de la ecuación de dispersión longitudinal en procesos sujetos a convección-difusión. Dicha ecuación se presenta en su forma unidimensional y se resuelve con esquemas explícitos de diferencias finitas. Se presentan los resultados de un nuevo método de estabilidad, dando los rangos de los números de Courant y Péclét que garantizan la solución numérica con esquemas explícitos. Por último, se comparan los resultados de los esquemas con soluciones analíticas y datos de laboratorio y se comprueba su exactitud. De esta manera, se obtienen métodos sencillos y estables para el cálculo de la dispersión.

Dispersión longitudinal Solución analítica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

INFLUENCIA DE CONDICIONES AMBIENTALES SOBRE LA DISTRIBUCIÓN, ABUNDANCIA Y DESARROLLO DE LARVAS DE Totoaba macdonaldi (Gilbert, 1890), EN EL ALTO GOLFO DE CALIFORNIA

Marcelo Vidal Curiel Bernal (2023, [Tesis de doctorado])

"La presente tesis aborda una investigación sobre la biología, ecología y crecimiento de la Totoaba macdonaldi en el alto golfo de California. La totoaba, una especie endémica a esta región se encuentra actualmente en peligro de extinción debido a una serie de amenazas como: cambios en su ecosistema reproductivo y de crianza, pesca, incidental de juveniles e ilegal de adultos. Aunque en los últimos 30 años la población dio signos de recuperación, existen indicios de que tanto la población adulta como las abundancias de larvas presentan una tendencia decreciente. Lo que resalta la importancia de estudiar cómo la variabilidad ambiental incide en la distribución y abundancia de larvas de totoaba y subsecuentemente en el stock recluta de la especie. El estudio comienza con un análisis de la variabilidad del crecimiento individual en etapas juveniles y adultas de la totoaba. Para este propósito, se utiliza la varianza observada como elemento clave para parametrizar modelos de crecimiento individual. Los resultados indican que este enfoque proporciona estimaciones sólidas de los parámetros de crecimiento. A continuación, se investiga el crecimiento de las larvas de totoaba en condiciones de cultivo. Los datos revelan que un modelo sigmoideo describe mejor el crecimiento y se identifican dos puntos de inflexión en el crecimiento de las larvas. Estos hallazgos tienen importantes implicaciones para la cría y el cultivo de la totoaba para efectos de repoblación. Por último, se analiza la ecología y el transporte de las larvas de totoaba en el alto golfo de California. Se identifica una ventana óptima para el desove de la totoaba en términos de temperatura y concentración de clorofila, y se sugiere que las condiciones ambientales y la distribución de los adultos pueden influir en las abundancias de larvas en diferentes años. Además, se destaca la importancia del frente permanente al sur del alto golfo de California como una posible zona de acumulación de larvas como factor que contribuye al endemismo en la región. En conjunto, esta tesis representa un enfoque multidisciplinario para comprender los aspectos clave de la biología, ecología y crecimiento de la totoaba en el alto golfo de California. Los resultados proporcionan información valiosa para la conservación de esta especie amenazada y destacan la importancia de un enfoque integral en la gestión de los recursos marinos en esta región única."

"The following thesis addresses a research on the biology, ecology, and growth of Totoaba macdonaldi in the upper gulf of California. The totoaba, a fish species endemic to this region, is currently endangered due to a series of threats such as: changes in its reproductive and breeding ecosystem, juvenile bycatch, and illegal fishing. Although over the last 30 years, the population has shown signs of recovery, there are indications that both the adult population and larval abundances are on a declining trend. This underscores the importance of studying how environmental variability affects the distribution and abundance of totoaba larvae and subsequently the recruitment stock of the species. The study begins with an analysis of growth in juvenile and adult stages of the totoaba. For this purpose, observed variance is used to parameterize individual growth models. Results indicate that this approach provides robust estimates of growth parameters. Next, the growth of cultivated totoaba larvae is investigated. The data reveal that a sigmoid model better describes the growth in the early life stages of the totoaba, and two inflection points in larval growth are identified. These findings have important implications for the breeding and cultivation of the totoaba for restocking purposes. Finally, the ecology and transport of totoaba larvae in the upper gulf of California are analyzed. An optimal window for totoaba spawning in terms of temperature and chlorophyll concentration is identified, and it is suggested that environmental conditions and the distribution of adults may influence larval abundances in different years. Additionally, the importance of the permanent front to the south of the upper gulf of California is highlighted as a possible larval accumulation zone and a contributing factor to endemism in the region. Overall, this thesis represents a multidisciplinary approach to understanding key aspects of the biology, ecology, and growth of the totoaba in the upper gulf of California. The results provide valuable information for the conservation of this threatened species and underscore the importance of a comprehensive approach in the management of marine resources in this unique region."

Variabilidad ambiental, crecimiento, dispersión, rutas larvarias Environmental variability, growth, dispersion, larval routes CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CIENCIAS AGRARIAS PECES Y FAUNA SILVESTRE PROPAGACIÓN Y ORDENACIÓN PROPAGACIÓN Y ORDENACIÓN

Dispersión horizontal y vertical en un modelo idealizado de la circulación inducida por el viento

Horizontal and vertical dispersion in an idealized wind-driven circulation model

José Rodrigo Barrientos Valencia (2023, [Tesis de maestría])

El estudio de la dispersión de materia flotante en el océano es fundamental para abordar problemas contemporáneos, como la contaminación por desechos y la distribución de nutrientes. Sin embargo, la distribución superficial horizontal no captura completamente la complejidad del problema, ya que muchos contaminantes, incluidos los plásticos, tienden a hundirse debido a la desintegración o a la adhesión de materiales que alteran su densidad. Este estudio se centra en la dispersión horizontal y vertical de trazadores pasivos en un océano turbulento impulsado por el viento. Se utilizan partículas sintéticas que son advectadas por un modelo Lagrangiano resolviendo la trayectoria de cada partícula mediante un método Runge-Kutta de 4 ◦ orden. Se exploran cuatro mecanismos de dispersión: (i) corrientes geostróficas a gran escala según el modelo clásico de Stommel, (ii) velocidad de Ekman, (iii) difusividad turbulenta debida a movimientos de submesoescala (simulados con una caminata aleatoria), y (iv) efectos inerciales relacionados con el tamaño y la flotabilidad del trazador. El estudio se divide en dos partes: primero, se examina la dispersión horizontal en superficie, y después se aborda el caso tridimensional mediante la inmersión de trazadores por bombeo de Ekman. Los principales resultados son: 1) con la deriva superficial de Ekman, las partículas convergen hacia una región alrededor del centro del giro de Stommel; sin embargo, dicha convergencia disminuye a medida que aumentan los efectos de la turbulencia; 2) considerando los efectos inerciales, aumentar la flotabilidad o el tamaño de las partículas provoca una convergencia mayor que la producida por la deriva de Ekman; 3) al incluir la velocidad vertical negativa, una baja difusividad turbulenta permite que los trazadores alcancen mayores profundidades porque permanecen más tiempo en regiones de mayor hundimiento.

The study of floating material dispersion in the ocean is crucial for addressing contemporary issues such as waste pollution and nutrient distribution. However, the horizontal surface distribution does not fully capture the complexity of the problem. Many pollutants, including plastics, tend to sink due to the disintegration or adhesion of materials altering their density. This study focuses on the horizontal and vertical dispersion of passive tracers in a turbulent, wind-driven ocean. Synthetic particles are advected using a Lagrangian model, with each particle’s trajectory solved using a fourth-order Runge-Kutta method. Four dispersion mechanisms are explored: (i) large-scale geostrophic currents based on the Stommel’s classical model, (ii) Ekman velocity, (iii) turbulent diffusivity due to submesoscale motions (simulated with a random walk), and (iv) inertial effects related to the tracer’s size and buoyancy. The study is divided into two parts: first, horizontal dispersion at the surface is examined, and then the three-dimensional scenario is addressed by immersing tracers through Ekman pumping. The key findings are as follows: 1) with surface Ekman drift, particles converge around the center of the Stommel gyre; however, this convergence decreases as turbulence effects increase; 2) considering inertial effects, increasing buoyancy or particle size results in greater convergence than that caused by Ekman drift; 3) when the vertical velocity is included, a low turbulent diffusivity allows tracers to reach greater depths because they remain longer times in regions of greater sinking.

circulación de Stommel, deriva de Ekman, partículas inerciales, dispersión de partículas, bombeo de Ekman Stommel circulation, Ekman drift, inertial particles, particle dispersion, Ekman pumping CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO OCEANOGRAFÍA OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04)