MÓDULO MARÉ:

Os módulos implementados no SisBaHiA^® foram elaborados a partir das rotinas recomendadas pelo IOC (Intergovernmental Oceanographic Commission). Acredita-se, atualmente, que esse conjunto de rotinas é o mais largamente utilizado em todo o mundo para a análise e previsão de dados de marés.

Na análise e previsão de marés, a maré real é comparada com a maré de equilíbrio em Greenwich – uma maré que ocorre sob condições ideais no meridiano de Greenwich e depende somente de dados astronômicos. Nessa comparação é necessário conhecer a amplitude de cada constituinte e o desvio de fase do constituinte em relação à fase do mesmo constituinte na maré de equilíbrio em Greenwich. A amplitude e a fase para uma dada estação devem que ser obtidas a partir de observação.

Neste item, o usuário conhecerá o funcionamento básico dos seguintes módulos:
¨ Análise
¨ Previsão
¨ Lista de Constantes Harmônicas Disponíveis

Análise

Análise è É o processo de obtenção do nível médio do mar para a estação bem como a amplitude e fase de cada constituinte a partir de dados medidos.

· Observações sobre dados medidos de maré:

(1) Segundo o critério de Nyquist a taxa mínima de amostragem para detectar um certo sinal é o dobro da frequência máxima que se quer detectar (F_s ≥ 2F_máx, onde F_s é a frequência de amostragem e F_máx é a maior frequência presente no sinal). Na prática, entretanto, é vantajoso adotar uma taxa de amostragem F_s que seja de 4 a 8 vezes maior do que F_máx.

(2) Para estudos práticos de maré, a amostragem horária é suficiente para detectar os constituintes. Se frequências mais altas estão presentes, elas devem ser filtradas para evitar uma contaminação nas frequências de interesse. Entretanto, devemos notar que em locais onde são observados constituintes com frequências superiores como, por exemplo, sexto ou oitavo-diurnos o uso de uma taxa de amostragem de uma hora pode produzir uma contaminação em tais constituintes. Para esse tipo de filtragem o SisBaHiA^® conta com duas ‘Ferramentas’: ‘Muda Tempo entre dados...’ e ‘Filtro de Thompson...’ cujo funcionamento é melhor explicado em Módulo Ferramentas.

(3) Quanto maior o período de observação, maior o número de constituintes que pode ser analisado e maior será a acurácia de sua determinação. Para estações maregráficas temporárias, o período mínimo recomendado para observação é de 1 mês. O período mínimo considerado análise de constantes brasileiras disponibilizadas no Catálogo de Estações Maregráficas Brasileiras pela FEMAR é justamente 1 mês. Tabelas de constantes harmônicas disponíveis em: https://www.fundacaofemar.org.br/biblioteca/emb/indice.html, acessado em 25/05/2017.

(4) É necessário que os dados observados na entrada da análise tenham intervalos de tempo regulares, se não for em intervalos regulares deve-se filtrá-los e aplicar algum tipo de interpolação prévia.

(5) São aceitas lacunas nos dados observados, no entanto os tempos nos quais não se tem dados devem ser retirados da série, caso contrário haverá erro de importação para o SisBaHiA^®, como no exemplo da Figura 1. Lacunas relativamente muito grandes, quando comparadas com a duração da série, podem gerar constantes com fase ou amplitude erradas. Para avaliar esse erro pode-se comparar as constantes obtidas com estações próximas no catálogo da FEMAR, ou outras referências bibliográficas da região. Após a análise de dados com lacunas o SisBaHiA^® informa quantas lacunas foram preenchidas internamente para a análise.

(6) A maneira mais simples de preencher dados de maré é pegar períodos similares ao longo da série e copiar para o período faltante antes de realizar a análise de maré. Esse preenchimento deve ser feito com muito cuidado para não gerar análises incorretas ou defasadas, por isso deve-se utilizar períodos com a mesma tendência de quadratura ou sizígia e de crescimento ou diminuição das amplitudes.

Figura 1. Como importar corretamente uma série de dados observados de maré com lacunas de dados.

Os passos necessários para fazer uma análise harmônica de maré estão ilustrados abaixo, da Figura 2 a Figura 4.

Na pasta de Análise, haverá duas abas (Figura 2). Na aba Parâmetros, o usuário deverá preencher incialmente o Nome da Estação, fornecendo suas respectivas coordenadas e confirmar no botão ‘Aceita’ (). Após confirmar a estação de Análise, a aba ‘Dados Observados’ é habilitada.

Na aba parâmetros, as informações mínimas a serem preenchidas são: Data/hora inicial e final que será utilizada para análise, pode ser um período menor que o dos dados observados. Intervalo de tempo que estão os dados. Outras informações dessa aba estão detalhadas a seguir.

Na aba dados observados é possível adicionar dados individualmente acionando o botão () ou importar () um arquivo de data/hora e nível ou ainda colar a tabela clicando com o botão direito na tabela.

Após importar os dados e ter todos os parâmetros definidos é necessário analisar no botão “Analisa”. Quando a análise estiver concluída os resultados aparecerão na aba ‘Resultados’. A tabela pode ser copiada para ser colada na Malha ou para uma previsão de maré.

Figura 2. Iniciando a análise dos dados de elevação da Estação Baía Mano.

Figura 3. Importando os dados observados para análise harmônica de maré.

Figura 4. Resultados da análise harmônica.

Para todos os passos clicando com o botão direito há a ajuda ‘O que é isto?’, abaixo há as explicações completas para a aba parâmetros, que são as mesmas conseguidas na própria interface, juntamente com informações extras contidas no capítulo “Módulo de análise e previsão de maré” da referência técnica do SisBaHiA^®.

Aba parâmetros:

è Data inicial para o período a ser analisado. Tal data deve ser igual ou posterior à data do início da série temporal de dados observados. Para entrar com a data clique na seta . Ao abrir o calendário, usando os botões na parte superior do calendário, selecione o dia, o mês e o ano desejados. Na área da hora, o usuário deverá colocar a hora associada ao primeiro registro da série de Dados Observados a ser considerado no procedimento de Análise.

è Data final para o período a ser analisando. Tal data deve ser igual ou anterior à data do fim da série temporal de dados observados. Para entrar com a data clique na seta. Ao abrir o calendário, usando os botões na parte superior do calendário, selecione o dia, o mês e o ano desejados. Na área da hora, o usuário deverá colocar a hora associada ao último registro da série de Dados Observados a ser considerado no procedimento de Análise.

è É o intervalo de tempo para aquisição de dados de maré a partir dos Dados Observados. Tem que ser igual ao intervalo dos Dados Observados.

è Representa um valor mínimo de amplitude para que uma determinada harmônica seja apresentada na tabela de resultados, embora internamente todas as harmônicas possíveis (para um determinado valor do critério de Rayleigh) sejam calculadas.

è É um fator de escala a ser aplicado aos valores observados de elevação para uma mudança de unidade; por exemplo, usamos o valor 0,01 quando os dados de entrada forem medidos em centímetros e desejarmos apresentar as amplitudes das constantes calculadas em metros.

è A Referência de Nível é uma cota (m) a ser subtraída dos dados de nível da água observados. Usa-se isso para equalizar as cotas dos Dados Observados com as cotas de uma malha que usa uma Referência de Nível diferente.

è É um valor usado para decidir se um determinado constituinte deve ou não ser incluído na análise. Se Fc é a freqüência desse constituinte, Fr é a freqüência do constituinte a ser comparado e T é o período de tempo entre o início e o fim da análise, então o constituinte será incluído caso |Fc–Fr|T>= Valor Dado como Critério de Rayleigh.

è O usuário frequentemente trabalha com séries temporais de dados de marés observadas em curtos períodos, o que, com a aplicação do critério de Rayleigh, limita o número de constituintes incluídos na fase de análise. Em muitas situações, é importante incluir componentes que não podem ser resolvidos com tais períodos curtos de observação.

A possibilidade de inferir a amplitude e a fase de certos constituintes é baseada na existência de uma interdependência entre certos constituintes astronômicos.

O catálogo de constituintes implementado nesse aplicativo inclui informações sobre um determinado número de acoplamentos conhecidos como, por exemplo, os pares K1-P1 e S2-K2. Num primeiro momento, o usuário deve usar os dados de estações maregráficas próximas para estabelecer relações de amplitude e de fase para os pares de interesse. Como alternativa, pode-se usar as relações de amplitude prescritas na maré de equilíbrio e uma diferença de fase nula.

As rotinas implementadas também permitem ao usuário forçar o cálculo de certas componentes de águas rasas a partir de um par estabelecido como, por exemplo, o par M10-M8.

è As distorções em águas rasas podem gerar múltiplos e combinações das freqüências presentes no espectro de uma maré costeira.

Quando a freqüência da onda transformada é um múltiplo exato da freqüência fundamental chamamos a essa onda de sobre-maré. Desde que a velocidade (freqüência) das sobre-marés é um múltiplo exato da fundamental, tais ondas estão com a fase fixa em relação à fundamental em gráficos de séries temporais – sua forma de onda não se move em relação à fundamental.

Além das sobre-marés, marés compostas também surgem em águas rasas. Uma maré composta como, por exemplo, a MS4 resulta da interação de duas ondas geradoras M2 e S2.

Os constituintes de águas rasas mais comuns são os quarto-diurnas M4 e MS4 – com freqüência duas vezes o valor da freqüência de M2 e com freqüência que corresponde à soma das freqüências de M2 e S2, respectivamente. Como outro exemplo, M6 é a segunda harmônica do constituinte M2 com freqüência angular três vezes o valor da freqüência de M2.

Aba Dados Observados:

Na aba de Dados Observados, o usuário deverá clicar em para inserir os dados de maré manualmente, ou em para inserir um arquivo com os dados de maré observados.

Ou ainda Colar Tabela previamente copiada para área de transferência a partir do Excel ou Bloco de notas .

Exemplos de como importar ou colar os dados de Maré no SisBaHiA^®

O arquivo deverá ter o formato:

[dd/mm/aaaa hh:mm nível] ou [dd mm aaaa hh.mmmm nível] e pode ser um .txt, ou cópia diretamente de uma tabela no Excel para colar no SisBaHiA^®.

Figura 5. Formatos aceitos no SisBaHiA^®.

Note que o SisBaHiA^® irá considerar a data e hora para análise da maré, na seleção do período a ser analisado em Parâmetros. Não há problema se houver falha de algumas horas ou dias na medição de nível, porém, como já dito anteriormente a coluna de data sem um respectivo nível deverá ter ser excluída da série, pois internamente o SisBaHiA^® irá preencher a lacuna com o identificador 1E+35. Se houver apenas um espaço vazio haverá mensagem de erro na importação da tabela. Como ilustrado na Figura 1.

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Previsão

Previsão è É o processo de gerar a altura de maré em um tempo futuro (ou passado) baseado no valor conhecido das constantes harmônicas. A previsão da altura de maré, em um determinado tempo t, é feita pela soma das contribuições de todos os constituintes importantes com a respectiva fase para aquele tempo e pela adição do nível médio de água.

Na pasta de Parâmetros, o usuário deverá preencher as informações.

(1) Clicar no símbolo . Colocar o nome, Latitude e Longitude da estação. Clicar no símbolo ; A latitude e longitude são importantes para que se garanta a consistência na referência da fase, que é referenciada a Greenwich.

(2) Preencher as datas desejadas.

Figura 6. Preenchimento do módulo de previsão de marés.

A ‘Série Temporal de Valores’ gera a previsão completa para o período desejado no intervalo de tempo selecionado.

A ‘Série de Máximos & Mínimos’ gera resultados em uma tabela de Máximo (Preamar) e Mínimo (Baixa-mar), para o período desejado. Deve ser selecionado apenas se o usuário quiser ter um resultado similar à “tábua de maré” disponibilizada pela Marinha do Brasil, por exemplo.

Data Inicial è Entre com a Data Inicial do período de previsão desejado. Para isso clique na seta à direita do campo em branco da Data Inicial. Ao abrir o calendário use os botões na parte de cima para posicionar o dia o mês e o ano desejados.

Data Final è O usuário deverá entrar com a Data Final do período de previsão desejada. Para isso clique na seta à direita do campo em branco da Data Final . Ao abrir o calendário selecione a data desejada.

Data Média è Quadro informando qual é o tempo intermediário entre o início e o fim do período de previsão. Este valor é usado internemente no cálculo das correções nodais.

Intervalo (minutos) è Intervalo de tempo, em minutos, para apresentação dos dados gerados na Previsão.

Nível Médio (m) è O nível médio será somado aos valores computados na previsão. É importante colocar o nível médio se quiser saber o real nível da água no local, para casos de navegação e comparação com dados medidos.

Figura 7. Tela de preenchimento de parâmetros para previsão de maré.

Na pasta de Constantes, o usuário deverá preencher as informações das constantes harmônicas. As opções para preencher estão listadas abaixo.

(1) Clicar no símbolo . Em seguida escolher a constante desejada na lista de constantes harmônicas, o período se preenche automaticamente. O usuário deve determinar a amplitude e a fase (em graus ou radianos);

Figura 8. Incluir manualmente as constantes desejadas.

(2) Copiar a lista de constantes obtidas no módulo ‘Análise’ e colar. O erro que aparece é porque o modelo não reconhece a primeira linha do que foi copiado, que é correspondente aos títulos.

Figura 9. Colando constante copiadas do módulo de análise de maré.

(3) Copiar de uma tabela previamente preenchida no Excel, sem a linha de títulos, e com a coluna dos períodos vazia, pois pelo nome o modelo preenche automaticamente. No exemplo, a fase na tabela está em grau. O modelo identifica e modifica para radianos se o usuário desejar. Se o usuário quiser em graus mesmo, deve mudar o modelo em ‘Ferramentas’ à ‘Fase de Const. Harmônicas: Gr ou Rad...’.

Figura 10. Colando constantes de uma tabela previamente estabelecida. O SisBaHiA^® identifica automaticamente se a fase está na unidade correta do projeto.

Ainda é possível simular efeitos de maré meteorológica, como elevação e período médios. Esses valores definidos podem entrar como condição de contorno na fronteira aberta.

Período (s) è Período em segundos da maré meteorológica. Geralmente a maré meteorológica tem período de alguns dias.

Amplitude (m) è Amplitude da maré meteorológica. No sul do Brasil, por exemplo, a maré meteorológica é responsável por metade da elevação do nível do mar.

Fase (grau) è valor da fase em grau ou radiano da maré meteorológica

Multiplicador de defasagem è É utilizado para prescrever defasagem na fronteira aberta. A defasagem da maré meteorológica é maior pois o período é muito maior do que a maré astronômica. Essa defasagem é usada para gerar correntes costeiras associadas à maré meteorológica. Se o usuário possui dados medidos de maré meteorológica ou dos processos que a geram deve gerar essas correntes costeiras no ‘Modelo Hidrodinâmico’ em ‘Nível Médio Diferencial’.

Com todas as informações preenchidas basta o usuário clicar em para obter os resultados.

Na pasta Resultados, sairá uma planilha de Série Temporal (Data e Valor).

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Lista de Constantes Harmônicas Disponíveis

Cada um dos constituintes da maré é designado por um nome e por um símbolo. Esses constituintes podem ser, geralmente, agrupados pelo período segundo uma das seguintes características:

1. Sobre-marés, do inglês overtides: constituintes com períodos menores do que 9 horas produzidos por interação de determinados constituintes com a batimetria local comumente encontrados em estuários e águas rasas. Seus símbolos apresentam subscritos iguais ou maiores que 3, indicando que tem períodos menores que cerca de 1/3 do dia, ou menores que cerca de 8 horas.

2. Semi-diurnos: constituintes com períodos de cerca de 12 horas apresentando subscrito 2, indicando que tem períodos na faixa de 1/2 dia.

3. Diurnos: constituintes com períodos de cerca de 24 horas, ou 1 dia, apresentando subscrito 1.

4. Baixa frequência: constituintes com períodos entre dias e anos não apresentando um padrão determinado em sua simbologia.

O catálogo de constituintes implementado nesse aplicativo inclui informações sobre um determinado número de acoplamentos conhecidos como, por exemplo, os pares K1-P1 e S2-K2. Num primeiro momento, o usuário deve usar os dados de estações maregráficas próximas para estabelecer relações de amplitude e de fase para os pares de interesse. Como alternativa, pode-se usar as relações de amplitude prescritas na maré de equilíbrio e uma diferença de fase nula.

As rotinas implementadas também permitem ao usuário forçar o cálculo de certas componentes de águas rasas a partir de um par estabelecido como, por exemplo, o par M10-M8.

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Última revisão: 11/07/2017