Estudi de la brisa marina a les 3 conques principals de l'Illa de Mallorca

(1)

Facultat de Ciències

Memòria del Treball de Fi de Grau

Estudi de la brisa marina a les 3 conques principals de l'Illa de Mallorca

Adrián García Candel Grau de Física

Any acadèmic 2013-14

DNI de l’alumne: 43184018T

Treball tutelat per Joan Cuxart Rodamilans Treball dirigit per Maria Antònia Jiménez Cortés Departament de Física

S'autoritza la Universitat a incloure el meu treball en el Repositori Institucional per a la seva consulta en accés obert i difusió en línea, amb finalitats exclusivament acadèmiques

(2)

(3)

Índex

1 Introducció 2

2 Descripció de la brisa a l’illa de Mallorca 4

3 Metodologia 9

4 Anàlisi de la brisa a la conca de Campos 12 4.1 Evolució temporal de la brisa . . . 12 4.2 Variació espacial de la brisa . . . 15 4.3 Diagnòstics per avaluar la brisa a Campos . . . 17 5 Característiques de la brisa a les tres conques 19 5.1 Intensitat de la brisa . . . 19 5.2 Altura del màxim de brisa . . . 20 5.3 Direcció del màxim de brisa . . . 22

6 Discussió dels resultats 23

7 Conclusions 26

8 Treball futur 27

Referències 28

(4)

1 Introducció

La brisa és un fenomen de caràcter local que es genera per la diferència de temperatura entre dues masses d’aire. Particularment, es coneix com a brisa marina (a Mallorca es sol emprar el termeembat) la brisa generada a la costa, degut a la diferent capacitat calorífica entre l’aigua de la mar i el terra. Aleshores, l’escalfament radiatiu fa que la temperatura superficial del terra sigui superior a la de la mar, generant un gradient tèrmic, tal com es veu a la Figura 1.

A capes baixes, es genera un vent perpendicular a la costa (en direcció cap a terra), a on el màxim és al voltant de 5-10 m s⁻¹ (per davall dels 500 m), depenent de les condicions ambientals. Aquest màxim de vent es propaga terra endins amb velocitats d’1 - 5 m s⁻¹ i pot recorre 20 - 50 km (Stull, 1988), afavorint ascensos d’aire sobre terra. A nivells més alts (al voltant del kilòmetre) el vent és més feble (de l’ordre d’1 m s⁻¹) i té la direcció oposada a la brisa (veure Figura 1). Aquest vent es coneix com a corrent de retorn (Tijm et al., 1999), molt difícil de detectar degut a que moltes vegades el vent sinòptic (general, de major escala) en aquests nivells és més intens i té una altra direcció.

Figura 1: Esquema ideal d’una brisa marina (Stull, 1988).

La brisa marina és un fenomen costaner que s’observa a molts llocs de la terra (independentment de la seva latitud) donat que les condicions òptimes per a que es formi són simplement un gradient de temperatura terra-mar i que el vent sinòp- tic (general, de major escala) sigui feble. És important tenir-ho en compte en diferents activitats (aviació, esports nàutics, transport de contaminants, ...) ja que la presència de brisa (o no) pot condicionar la seva pràctica. Per aquest motiu, la brisa marina generada a diferents llocs ha estat estudiada tant a partir

(5)

d’observacions (Azorín-Molina et al., 2009) com a partir de simulacions atmos- fèriques (Ramis i Romero, 1995; Prtenjak i Grisogono, 2002). D’altra banda, i per tancar el cicle diürn, durant la nit el terra es refreda més aviat que la mar generant la brisa nocturna (vent de terra cap a mar) coneguda com a terral. Tot i que el mecanisme generador del terral és el mateix que la brisa, el terral és de menor intensitat i es genera a capes més baixes que la brisa (Cuxart et al., 2007). Però en aquest treball ens centrarem únicament en l’estudi de la brisa diürna (desde abans de la sortida del Sol fins a després de la posta).

(a) (b)

2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4

longitud (^o) 39.2

39.3 39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o )

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

topografia (m)

Conca de Campos Conca de Palma

Conca d’Alcudia

S C B

2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4

longitud (^o) 39.2

39.3 39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o )

Conca de Campos Conca de Palma

Conca d’Alcudia

S C B

Figura 2: (a) Topografia de Mallorca. Els quadrats negres indiquen la localització de les estacions automàtiques de la xarxa AEMET. La lletra B indica el lloc a on es fan sondejos atmosfèrics regularment cada 12 hores (Son Bonet). Les línies (contínua i discontínua) mostren els talls verticals de la Figura 6. (b) Mapa de la direcció del vent durant les hores de dia obtingut experimentalment per Jansà i Jaume (1946).

L’illa de Mallorca situada a l’oest del mar Mediterrani suposa un marc d’interès per l’estudi de la brisa. De tamany mitjà, la seva topografia (Figura 2a) es caracteritza per la Serra de Tramuntana al nord-oest amb una altura màxima de 1445 m (Puig Major), una zona plana i elevada al centre (Puig de Randa, 543 m) i la Serra de Llevant a l’est amb una altura màxima de 500 m. Entre aquestes 3 estructures muntanyoses hi ha tres grans conques: Palma a l’oest, Campos al sud- oest i Alcúdia al nord. D’altra banda el clima mediterrani és suau, en especial a l’estiu quan els cicles diürns i nocturns transcorren amb calma i regularitat, a més

(6)

formació de la brisa.

A Mallorca la brisa es produeix principalment a les tres grans conques de l’illa (Figura 2b) mentre que la topografia elevada a les costes est i nord-oest dificulta l’entrada de la brisa. Estudis previs han analitzat la brisa de forma observacional (Jansà i Jaume, 1946; Figura 2b) que han estat confirmats per Ramis i Romero (1995) i Romero i Ramis (1996) mitjançant simulacions amb models atmosfèrics.

Més recentment, Cuxart et al. (2014) han estudiat més a fons els processos físics que generen la brisa a la conca de Campos mitjançant simulacions atmosfèriques a alta resolució espacial. Els estudis numèrics mostren resultats congruents amb els que varen obtenir observacionalment Jansà i Jaume (1946). L’esquema de la Figura 1 es reprodueix a les tres conques i al centre de l’illa hi ha convergència d’aire (Ramis i Romero, 1995).

L’objectiu del present treball és caracteritzar les escales tant temporals com espacials de la brisa a l’illa de Mallorca, mitjançant l’ús de sortides d’una simulació atmosfèrica a alta resolució (cas descrit a Cuxart et al., 2014).

2 Descripció de la brisa a l’illa de Mallorca

El clima de l’illa de Mallorca, juntament amb la seva topografia, presenta unes condicions molt favorables per la formació de brisa marina especialment a l’estiu (entre juliol i agost). En aquest període de l’any, Mallorca sol estar sota la in- fluència d’un centre d’altes pressions (centrat a l’oest de la península Ibèrica) i amb vent general feble, fets que afavoreixen l’aparició de vents locals, com la brisa diürna i el terral nocturn. Per exemple, Jiménez i Cuxart (2013) mostraren que en els mesos d’estiu entre el 70 i el 80% dels dies es forma brisa a la conca de Palma; havent considerat brisa si el vent presenta les següents característiques:

(1) la diferència entre la direcció del vent diürn i del nocturn és de més de 60^◦, (2) el vent nocturn és al manco 3 m s⁻¹ més feble que el diürn, (3) a 10 m el vent a la part central del dia és més petit de 8 m s⁻¹, (4) el ràtio entre la insolació observada (la que pertoca cada dia de l’any en aquesta latitud) i la teòrica és major que 0.7.

L’objecte d’estudi del treball serà la brisa formada el 5 de juny de 2010 a les tres conques de Mallorca. Aquest cas ha estat descrit amb profunditat a Cuxart et al. (2014). La Figura 3 mostra tant les dades mesurades com les simulades a dos punts de l’illa de Mallorca, situats a Ses Salines i Campos, ambdós a la conca de Campos (localitzacions mostrades a la Figura 2a amb una S i C, respectivament).

(7)

En el cas de Ses Salines tant les observacions com el model presenten un canvi de direcció substancial del vent entre el règim diürn i el nocturn (Figura 3b). A la major part del dia el vent presenta a Ses Salines una direcció SO (uns 200^◦) mentre que, després de la posta de Sol, el vent gira fins assolir direcció NE (uns 45^◦). Aquest gir confirma la presència de brisa durant el dia i terral durant la nit.

Un comportament semblant s’obté a Campos. Analitzant les mesures de la xarxa d’estacions automàtiques d’AEMET a altres conques (no es mostra en aquest treball per simplificar) es comprova que per aquest dia la brisa diürna va ser present per tots els llocs de l’illa.

La intensitat de vent a 10 m (Figura 3a) és major durant les hores centrals del dia (3-5 m s⁻¹) tant per Ses Salines com per Campos. Segons els criteris de Jiménez i Cuxart (2013) com que el vent és inferior al llindar de 8 m s⁻¹ es pot considerar un exemple de cas amb brisa. En canvi, durant el terral (nit) el vent és al voltant de 1 m s⁻¹. Així mateix, durant les hores centrals del dia la temperatura augmenta i es manté constant durant tot l’estat estacionari de la brisa. El mateix patró s’obté per altres estacions AEMET a les altres conques.

(a) (b) (c)

0 1 2 3 4 5 6

0000 0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100 0000

10 m − intensitat del vent (m/s)

temps (UTC) Campos (model) Campos (observacions) Ses Salines (model) Ses Salines (observacions)

0 45 90 135 180 225 270 315 360

0000 0300 0600 09001200 1500 1800 21000000

10 m − direccio del vent (°)

temps (UTC)

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

0000 0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100 0000

1.5 m − temperatura (°C)

temps (UTC)

Figura 3: Evolucions temporals de (a) intensitat del vent (m s⁻¹), (b) direcció (^◦) i (c) temperatura (^◦C) durant el 5 de juny de 2010 a Campos (vermell) i Ses Salines (verd). Es poden veure les localitzacions al mapa de la Figura 2a. Les observacions (AEMET) estan indicades amb punts i línies i els resultats obtinguts a partir de la simulació atmosfèrica (Cuxart et al., 2014) amb línies més gruixades.

(8)

Tal com es mostra a Cuxart et al. (2014), amb els patrons de vent i temperatura (com els de la Figura 3), durant la brisa es poden identificar cinc fases diferents.

Entre parèntesis es mostra un instant representatiu agafat de cada fase que s’ha considerat en aquest treball per exemplificar les diferències entre fases.

• Fase prèvia: 0430-0730 UTC

• Fase preparatòria: 0730-0900 UTC

• Estat inicial: 0900-1200 UTC (0900 UTC)

• Estat estacionari: 1200-1500 UTC (1400 UTC)

• Decaïment: 1500-1900 UTC (1800 UTC)

La Figura 4 mostra dades en la vertical obtengudes mitjançant un sondeig a l’aeròdrom de Son Bonet (localització a la Figura 2a) a les 1100 UTC així com les sortides del model. La Figura 4a mostra un màxim de vent mesurat d’uns 6.5 m s⁻¹ a una altura de 250 m mentre que el model dóna un valor un poc inferior (uns 4.5 m s⁻¹) a una alçada de 150 m. Aquest màxim té component S (Figura 4b) i correspon a la direcció de la brisa a la conca de Palma. El model reprodueix aquesta direcció. Pel que fa a la temperatura, es veu com el màxim de brisa està per davall de la inversió de temperatura (al voltant de 400 m, Figura 4c) indicant el desacoblament de la brisa amb vents que es troben a una altura superior. En aquest gràfic s’ha representat la temperatura potencial per poder identificar millor la inversió de temperatura. La temperatura potencial (θ) es calculaθ=T(^P_P⁰)^0.286 a on T és la temperatura, P la pressió de l’aire i P₀ la pressió de referència (típi- cament 1000 hPa).

(a) (b) (c)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

altura (m)

intensitat del vent (m/s) sondeig

model

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

0 45 90 135 180 225 270 315 360

altura (m)

direccio del vent (°)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

296 298 300 302 304 306 308

altura (m)

temperatura potencial (K)

Figura 4: Dades obtengudes del sondeig a l’aeròdrom de Son Bonet (línia negra) i els perfils obtinguts pel model en aquest lloc (línia amb punts). (a) Intensitat del vent (m s⁻¹), (b) direcció (^◦) i (c) temperatura potencial (K).

(9)

(a) (b)

temperatura superficial (K)

2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4

longitud (^o) 39.3

39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o)

298 300 302 304 306 308 310 312 314 316 temperatura superficial (K) 318

2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4

longitud (^o) 39.3

39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o)

temperatura superficial (K)

2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4

longitud (^o) 39.3

39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o)

298 300 302 304 306 308 310 312 314 316 temperatura superficial (K) 318

2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4

longitud (^o) 39.3

39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o)

Figura 5: Camps de temperatura superficials obtinguts a partir del satèl·lit mete- orològic MODIS per dia 5 de juny de 2010 a les (a) 1035 UTC i (b) 1215 UTC.

Les línies representen la topografia.

A la Figura 5 s’hi troba representat el camp de temperatura superficial obtengut pel satèl·lit meteorològic d’òrbita polar MODIS pels instants 1035 UTC i 1225 UTC, corresponents a l’estat inicial i l’estat estacionari, respectivament. De la Figura 5a es pot observar que a les 1035 UTC, abans de que la brisa s’hagi format (Figura 3) la temperatura a les conques es troba al voltant dels 314 K (un poc menor a la conca d’Alcúdia). D’altra banda, el camp de temperatures de la Figura 5b a les 1215 UTC dóna compte de la baixada generalitzada de la temperatura superficial, essent aquest descens especialment marcat a les conques, on el satèl·lit registra una temperatura propera als 308 K. Aquest refredament diürn està provo- cat per l’entrada de la brisa, ja que aquesta massa d’aire que prové de la mar cap a la costa (Figura 3b) es troba a menor temperatura que la superfície (terra) i atura el refredament radiatiu del terra. Aquest refredament, tot i que es pot observar a tota l’illa, és encara més acusat a les conques, on la diferència arriba a ser de 4 K en el cas de la conca de Campos, que a la resta de l’illa, on aquesta diferència no supera els 2 K.

A la Figura 6 es mostren algunes sortides del model a les 1200 UTC, al comença- ment de l’estat estacionari. Es pot comprovar com el patró observat és molt sem- blat a l’obtengut per Jansà i Jaume (1946, mostrat a la Figura 2b). Les entrades de vent des de la mar cap a l’interior de l’illa es produeixen a les tres conques (Figura 6a). Aquesta intensitat (mostrada amb colors) és clarament major al centre de les tres conques, on arriba als 6 m s⁻¹ al cas d’Alcúdia.

(10)

(a) (b)

2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 longitud (^o)

39.2 39.4 39.6 39.8 40.0

latitud (o )

0 1 2 3 4 5 6

intensitat del vent (m s-1 ) 5 m s^-1

2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 longitud (^o)

39.2 39.4 39.6 39.8 40.0

latitud (o )

5 m s^-1

2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 longitud (^o)

39.2 39.4 39.6 39.8 40.0

latitud (o )

0 10 20 30 40 50 60

distancia (km) 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

altura (m)

0 45 90 135 180 225 270 315 360

direccio del vent (o )

0 10 20 30 40 50 60

distancia (km) 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

altura (m)

(c) (d)

0 10 20 30 40 50 60 70

distancia (km) 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

altura (m)

0 45 90 135 180 225 270 315 360

direccio del vent (o )

0 10 20 30 40 50 60 70

distancia (km) 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

altura (m)

0 10 20 30 40 50 60 70

distancia (km) 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

altura (m)

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

velocitat vertical (m s-1 )

Figura 6: Sortides del model a les 1200 UTC de dia 5 de juny de 2010. (a) Intensitat de vent a 10 m (m s⁻¹, en colors) i direcció (vectors); (b) tall vertical seguint la línia negra de la Figura 2a per la direcció del vent (^◦, en colors) i intensitat (línies negres: 1 m s⁻¹, blanques: 6 m s⁻¹) (c) igual que (b) seguint la línia puntejada de la Figura 2a; (d) igual que (c) però pel camp de velocitat vertical (m s⁻¹, en colors).

Tal com es mostra els talls verticals al llarg de les 3 conques (mirar línia a la Figura 2a) Palma-Alcúdia (Figura 6b) i Campos-Alcúdia (Figura 6c) el vent té direccions oposades a cada un dels costats dels talls, essent la brisa sempre perpendicular a la línia de costa i de mar cap a terra. La Figura 6d representa el camp de velocitat vertical pel tall Campos-Alcúdia. Es pot comprovar com al centre de l’illa hi ha ascensos (velocitat vertical positiva) de fins 1 m s⁻¹, de la mateixa intensitat que a l’estudi d’un cas ideal fet per Ramis i Romero (1995). Aquests ascensos d’aire estan afavorits per la brisa que entra per les capes baixes a les tres conques,

(11)

provocant una convergència d’aire al centre de l’illa, a on s’afavoreixen els ascensos d’aire (velocitats verticals positives). Aquest aire puja fins a l’altura de la capa límit, a on hi ha divergència d’aire que genera un corrent de retorn (aire que va de terra cap a mar, en sentit oposat a la brisa). En general és difícil trobar aquest retorn degut a la seva baixa intensitat i pel fet d’estar contaminat pel vent general.

3 Metodologia

Mitjançant una simulació feta amb el model numèric mesoscalar no-hidrostàtic Meson-NH (Lafore et al., 1998) s’ha analitzat el cicle diürn de la brisa a les tres conques de Mallorca. Aquest model ha resultat una eina utilitzada i vàlida a estudis anteriors, tant a l’illa de Mallorca (Cuxart et al., 2007; Jiménez et al., 2008) com a altres indrets (Cuxart i Jiménez, 2012).

La simulació consta de dos dominis. L’exterior té una resolució espacial de 5 km × 5 km i engloba tot l’arxipèlag Balear. L’interior amb una resolució horit- zontal de 1 km×1 km està centrat a Mallorca, essent aquest darrer l’analitzat en aquest treball. La resolució vertical és molt fina prop del terra i es degrada amb l’altura: 3 m prop del terra i de 5 m al voltant dels 100 m d’altura. Les condicions inicials i de contorn de la simulació han estat determinades amb els camps propor- cionats per l’anàlisi del ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). La simulació té una durada de 36 hores, començant al migdia del 4 de juny de 2010 finalitzant a les 0000 UTC del 6 de juny, per tal de reproduir el cicle complet de la brisa.

Amb l’objectiu d’analitzar més a fons aquest cas, per a cada una de les tres conques s’han extret una sèrie de talls verticals cada 1 hora entre les 0300 UTC i les 2300 UTC de dia 5 de juny de 2010. Aquests talls es mostren a les Figures 7, 8 i 9 per les conques de Campos, Palma i Alcúdia respectivament. A totes les conques els talls són equidistants (separació de 0.025^◦) i perpendiculars a la línia de costa. Els talls han estat considerats de manera que permetin l’anàlisi de les variables a tota l’extensió de les conques, començant a la línia de costa.

(12)

(a) (b)

2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 longitud (^o)

39.2 39.3 39.4 39.5 39.6 39.7

latitud (o )

0 50 100 150 200 250 300 350 400

topografia (m)

1 3

5 7

2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 longitud (^o)

39.2 39.3 39.4 39.5 39.6 39.7

latitud (o )

1 3

5 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

1 2 3 4 5 6 7

Topografia (m)

Tall mitjana de la topografia

desviacio estandard

Figura 7: (a) Talls transversals (T) que s’han considerat a la conca de Campos sobre el mapa topogràfic de la zona. (b) Mitjana de la altura topogràfica (línia gruixada) de cada tall i la corresponent desviació estàndard (línia prima).

A la Figura 7b es mostra la topografia mitjana dels talls que hem considerat per la conca de Campos, havent extret la mitjana i la seva desviació estàndard al llarg de cada tall. Es pot observar com aquesta conca presenta un relleu de relativa baixa altura (inferior sempre als 250 m per damunt el nivell de la mar) amb una desviació estàndard petita (màxim de 50 m de desviació). La conca de Campos es caracteritza per ser estreta i allargada, en comparació a les altres conques de l’illa.

(13)

(a) (b)

2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0

longitud (^o) 39.3

39.4 39.5 39.6 39.7 39.8

latitud (o )

0 100 200 300 400 500 600 700 800

topografia (m)

1 3

5 7

2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0

longitud (^o) 39.3

39.4 39.5 39.6 39.7 39.8

latitud (o )

1 3

5 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

1 2 3 4 5 6 7 8

Topografia (m)

desviacio estandard

Figura 8: Igual que la Figura 7 però per la conca de Palma.

A la conca de Palma s’han considerat 8 talls (Figura 8). Aquesta conca és la més rodona i les muntanyes del nord que la tanquen (la Serra de Tramuntana) són altes. Aquest fet fa que els pendents en promig siguin més forts que a Campos.

A la conca de Palma els valors de la desviació estàndard són grans (Figura 8b), respecte als de Campos. Per altra banda, les muntanyes que tanquen per la part N a la conca de Palma són més altes que les de Campos i per això, en promig, el tall 1 té una altura mitjana per damunt dels 50 m.

(a) (b)

2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 longitud (^o)

39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o )

0 100 200 300 400 500 600 700 800

topografia (m)

1 3 5 7 9

2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 longitud (^o)

39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 40.0

latitud (o )

1 3 5 7 9

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Topografia (m)

desviacio estandard

(14)

Finalment, a la conca d’Alcúdia s’han considerat 9 talls (Figura 9). De totes les conques de l’illa, la d’Alcúdia és la més extensa i la més plana. Aleshores, els valors de la desviació estàndard són grans i la pendent mitjana és petita (altura mitjana canvia poc al llarg de la conca, com es veu a la Figura 9b). Les muntanyes del N (Serra de Tramuntana) i del S (Serra de Llevant) que la tanquen tenen grans pendents però la resta de la conca és relativament plana. Al contrari que a la conca de Campos, la conca d’Alcúdia és la que té els límits menys definits (no està tancada de manera clara).

Els talls han estat triats de manera que incloguin la brisa, però també els vents de pendent diürns (coneguts com a anabàtics). La brisa és un fenòmen que es produeix a la interfície terra-mar degut a la seva diferència tèrmica. Per altra banda, als pendents de les muntanyes durant el dia es formen els vents anabàtics degut a la diferència tèrmica vall-muntanya.

El que realment s’obté a Mallorca és que la brisa interacciona amb els vents anabàtics (es reforça) i ambdós mecanismes no es poden separar. Aleshores, els talls triats a les 3 conques han estat pensats perque incloguin els dos mecanismes.

Per tal d’analitzar més a fons la brisa, per tots els punts corresponents als talls que s’han extret s’ha calculat el valor màxim del vent, per a cada 1 hora i per a les tres conques. Així, per a cada instant les variables extretes de cada punt de la malla al llarg de tots els talls transversals i per cada hora són:

• U_max (m s⁻¹): Determina màxim absolut de vent en la columna a un punt donat i a un instant determinat

• T (número de tall T1,T2,...): Determina com d’enfora està el màxim de vent de la línia de costa (situada a T2 a Campos i a T3 a les altres conques)

• h_max (m): Determina la distància vertical entre el terra i el màxim de vent

• dir_max (^◦): Determina la direcció del màxim de vent, 0^◦ correspon a Nord

4 Anàlisi de la brisa a la conca de Campos

4.1 Evolució temporal de la brisa

A la Figura 10 es mostra el valor mig i la desviació estàndard dels valorU_max ih_max dels punts de cada tall i per a diferents hores durant les fases inicial, estacionària i el decaïment.

(15)

En referència a U_max (Figura 10a), a la fase inicial el valor màxim de vent es troba entre 2 i 4.5 m s⁻¹; essent la desviació estàndard petita. A les 1000 UTC s’observa com el valor augmenta als primers talls que estan bàsicament sobre la mar. A l’estat estacionari (Figura 10b) el valors dels màxims es troben sempre per damunt 5 m s⁻¹ i la desviació estàndard és petita. Els valors es mantenen constants a tota la fase. Finalment, al decaïment (Figura 10c) els valor de màxim de vent es troben compressos entre 5 i 6 m s⁻¹, amb un comportament molt estable durant tota la fase i una desviació menor que a l’estat estacionari.

Per altra banda, per h_max a la fase inicial (Figura 10d) els màxims es troben per sobre 800 m al instants inicials, però baixen fins a trobar-se entre 0 i 500 m als darrers moments de la fase. La baixada d’altura no es fa de manera homogènia, ja que la desviació augmenta molt a l’estadi intermig. Els punts més propers a la costa disminueixen la seva altura més ràpidament que la resta. Tot i que la intensitat de vent feble pareix indicar que es tracta d’un terral, l’altura en la qual es troba el màxim de vent durant la fase inicial (centenars de metres) és molt alta. Per poder afirmar que es tracta d’un terral s’hauria de trobar per davall dels 50-100 m. Aquest màxim de vent durant la fase inicial de la brisa que s’obté amb el filtratge que estam aplicant no correspon al terral sinó a un màxim de vent a capes més altes, probablement d’origen no local (mesoscalar o sinòptic).

A l’estat estacionari (Figura 10e) tots els màxims estan entre 50-200 m i una desviació molt petita. A la fase decaïment (Figura 10f) els màxims tornen a aug- mentar la seva altura, fent-ho abans als talls més propers a la costa. Al final de la fase tots els màxims de vent es troben entre 400-600 m. De la mateixa manera que s’ha explicat per la fase inicial de la brisa, aquest màxim de vent no correspon a un terral. El fet d’obtenir altures tan grans per la fase decaïment sembla indicar la presència d’un vent de major escala que no és brisa i que possiblement estigui relacionat amb els màxim de vent a capes altes de la fase inicial. Això serà tractat a la discussió dels resultats.

(16)

(a) (b) (c)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 0

50 100 150 200 250 300 350 400

umax (m/s) topografia (m)

T (tall)

0800 UTC 0900 UTC 1000 UTC

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 0

50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall)

1200 UTC 1400 UTC 1500 UTC

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 0

50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall)

1600 UTC 1800 UTC 2000 UTC

(d) (e) (f )

0 200 400 600 800 1000

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

hmax (m) topografia (m)

T (tall)

0800 UTC 0900 UTC 1000 UTC

0 200 400 600 800 1000

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall)

1200 UTC 1400 UTC 1500 UTC

0 200 400 600 800 1000

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall)

1600 UTC 1800 UTC 2000 UTC

Figura 10: Valor màxim de vent promitjat per tots els punts dels talls de la Figura 7 per a instants diferents corresponents a (a) l’estat inicial, (b) estat estacionari i (c) decaïment; la desviació estàndard es mostra en línia prima. Igual a (d), (e) i (f) però amb el promig de màxim de vent. La línia negra mostra la topografia mitjana dels talls seleccionats per la conca de Campos.

A la Figura 11 es mostra la correlació entre el màxim de vent i la altura a la qual es troba, representats de manera separada a la Figura 10. Tant a la fase inicial com al decaïment es troben punts dins tot el rang d’altures; a la fase inicial hi ha punts des de 0 fins a 1000 m mentre que per la fase final s’hi troben entre 100 i 600 m. Per altra banda a l’estat estacionari els punts baixen i es concentren a valors menors que 200 m d’altura. Per tant podríem considerar que el màxim de vent de brisa es troba per davall dels 200 m sobre el terra i la seva intensitat està entre 5-8 m s⁻¹. Els màxims tant alts trobats a la fase inicial i al decaïment no corresponen al terral sinó que es tracta d’un vent que el seu origen és d’escala major (mesoscala o sinòptica).

(17)

(a) (b) (c)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 200 400 600 800 1000

umax (m/s)

hmax (m)

0800 UTC 0900 UTC 1000 UTC

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 200 400 600 800 1000

umax (m/s)

hmax (m)

1200 UTC 1400 UTC 1500 UTC

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 200 400 600 800 1000

umax (m/s)

hmax (m)

1600 UTC 1800 UTC 2000 UTC

Figura 11: Relació entreU_maxih_maxconsiderant tots els punts del talls de la Figura 7 per a diferents instants: (a) estat inicial; (b) estat estacionari; (c) decaïment.

4.2 Variació espacial de la brisa

Amb els resultats de l’apartat anterior s’han classificat els màxims de vent per categories (segons intensitat, altura i direcció). A la Figura 12 s’ha representat quin percentatge de punts està dins cada un dels rangs en funció de la distància a la línia de costa.

A la fase inicial gairebé tots els punts tenen un valor de 2-4 m s⁻¹ (Figura 12a) mentre que a l’estat estacionari (Figura 12d) la majoria de punts es troben entre 4-6 i 6-8 m s⁻¹. En aquesta fase els valors més alts es troben sobre terra als talls més allunyats de la línia de costa. Els valors tornen homogènis a mesura que passa el temps; al decaïment (Figura 12g) gairebé tots els punts estàn dins el mateix rang de 4-6 m s⁻¹.

(18)

(a) (b) (c)

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

punts de la conca (%) topografia (m)

T (tall)

<2 m/s

2-4 m/s 4-6 m/s

6-8 m/s >8 m/s

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall) 0-75 m

75-150 m 150-300 m

300-450 m >450 m

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall) 315°−45°

45°−135° 135°−170°

170°−190° 190°−225°

225°−315°

(d) (e) (f )

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7 0

50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall)

<2 m/s 2-4 m/s

4-6 m/s 6-8 m/s

>8 m/s

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7 0

50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall) 0-75 m 75-150 m

150-300 m 300-450 m

>450 m

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7 0

50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall) 315°−45°

45°−135°

135°−170°

170°−190°

190°−225°

225°−315°

(g) (h) (i)

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall)

<2 m/s 2-4 m/s

4-6 m/s 6-8 m/s

>8 m/s

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall) 0-75 m 75-150 m

150-300 m 300-450 m

>450 m

0 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (tall) 315°−45°

45°−135°

135°−170°

170°−190°

190°−225°

225°−315°

Figura 12: Percentatge de punts que es troben en cada un dels rangs per cada cat- egoria: (esquerra) intensitat del vent; (centre) altura del màxim i (dreta) direcció per a diferents instants: (a), (b) i (c) 0900 UTC; (d), (e) i (f) 1400 UTC i (g), (h) i (i) 1800 UTC.

Pel que fa a les altures es veu com a l’estat estacionari (Figura 12e) de la brisa el màxim de vent es troba entre 75-150 m mentre que a la fase inicial (Figura 12b) i decaïment (Figura 12h) és més alt.

Pel que fa a la direcció a l’estat estacionari (Figura 12f) la majoria de punts

(19)

són de component S i SO, mentre que al l’estat inicial (Figura 12c) gairebé tots els punts tenen component SE i al decaïment (Figura 12i) són de SE damunt del mar i del SO sobre terra.

4.3 Diagnòstics per avaluar la brisa a Campos

Partint dels resultats dels apartats anteriors que caracteritzen la brisa a la conca de Campos s’ha intentat trobar uns diagnòstics simples per tal de mostrar els trets generals de la brisa amb un sol gràfic.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

punts de la conca (%)

temps (UTC)

<2m/s 2-4 m/s

4-6 m/s 6-8 m/s

>8m/s

Figura 13: Evolució temporal del percentatge de punts per a cada rang de U_max considerant tots els talls de la Figura 7. Les línies verticals negres representen la sortida i la posta de Sol.

A la Figura 13 es mostra l’evolució temporal dels percentatges del màxim de vent que es troben dins un cert rang. Es pot observar com a la fase inicial tots els punts es troben entre 0-4 m s⁻¹, mentre que a les 0900 UTC els màxims augmenten d’intensitat de forma abrupta (a les 0900 UTC no hi cap punt amb més de 4 m s⁻¹ mentre que a les 1100 UTC el 100% dels punts són majors que aquest valor).

Entre les 1300 UTC i 1400 UTC el percentatge de punts amb vents entre 6-8 m s⁻¹és màxim. Després d’aquest instant la intenstitat global disminueix, trobant-se després tots els punts entre 4-6 m s⁻¹ al llarg del decaïment.

(20)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) altres

190−225 ° 170−190 °

135−170 °

Figura 14: Igual que Figura 13 però perdir_max.

A la Figura 14 es mostra l’evolució temporal del percentatge dels màxims de vent es troben dins un cert rang de direcció. Es veu com a la fase estacionària la direcció es troba entre 190-225^◦ (SO) i 170-190^◦ (SE). Els màxims de component N es produeixen durant la fase prèvia i preparatòria de la brisa, corresponent a la direcció de la brisa nocturna (terral, de terra a mar). Però a la fase inicial predominen els màxims de vent del SE, igual que en el decaïment.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) 0-75 m

75-150 m

150-300 m 300-450 m

>450 m

Figura 15: Igual que Figura 13 però per h_max.

(21)

A la Figura 15 es mostra l’evolució temporal del percentatge de màxims de vent que es troben dins un cert rang d’altures. Es poden observar dos comportaments diferenciats. A la fase inicial i al decaïment les altures dels màxims són altes (més de 450 m), mentre que a la fase estacionària (quan hi ha el màxim de intensitat de la brisa) l’altura dels màxims disminueix fins entrar dins el rang 75-150 m. Durant les fases prèvies i preparatòria, el màxim de vent que es troba és baix (0-75 m) indicant que es tracta del terral (i d’acord amb la intensitat d’aquest màxim i la seva direcció, Figures 13 i 14, respectivament).

5 Característiques de la brisa a les tres conques

Amb l’objectiu de poder comparar les diferents fases de la brisa a les tres conques de Mallorca s’han tornat a realitzar les Figures 13, 14 i 15 per les conques de Palma i Alcúdia.

5.1 Intensitat de la brisa

A la Figura 16 es mostra l’evolució dels valors de màxim de vent per les tres conques en funció del temps.

Tant la conca de Campos (Figura 16a) com la de Palma (Figura 16b) presenten un comportament gairebé idèntic. A les dues conques durant la fase preparatòria el vent té una intensitat de 2-4 m s⁻¹. Una vegada ha sortit el Sol l’intensitat decreix de manera que creixen els punts amb velocitats inferiors a 2 m s⁻¹. A l’estat inicial la intensitat comença a créixer fins a tornar a tenir la majoria de punts entre 2-4 m s⁻¹. Aquesta intensitat segueix en augment a l’estat estacionari, on s’arriben a tenir tots els punts amb 4-6 m s⁻¹ i 6-8 m s⁻¹. Al decaïment desapareixen els punts amb 6-8 m s⁻¹, quedant gairebé la totalitat de les dues conques amb 4-6 m s⁻¹.

D’altra banda, el comportament de la conca d’Alcúdia (Figura 16c) és diferent de les dues anteriors. A la fase preparatòria la intensitat és majoritàriament de 2-4 m s⁻¹, tot i que hi ha un percentatge de punts lleugerament inferior al 40 % amb 4-6 m s⁻¹. El percentatge de punts entre 2-4 m s⁻¹ es manté alt i constant al llarg de tot l’estat inicial, fins arribar a l’estat estacionari, on augmenta l’intensitat de manera ràpida arribant a un punt en que tots els punts estàn entre 4-6 m s⁻¹ i 6-8 m s⁻¹ en la mateixa proporció. Al decaïment augmenten lleugerament els punts

(22)

amb 4-6 m s⁻¹.

(a) Campos (b) Palma (c) Alcúdia

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC)

<2m/s

2-4 m/s 4-6 m/s

6-8 m/s >8m/s

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC)

<2m/s

2-4 m/s 4-6 m/s

6-8 m/s >8m/s

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC)

<2m/s

2-4 m/s 4-6 m/s

6-8 m/s >8m/s

Figura 16: Evolució temporal del percentatge de punts de cada conca onU_max es troba dins cada rang. (a), (b) i (c) representen les conques de Campos, Palma i Alcúdia respectivament.

5.2 Altura del màxim de brisa

A la Figura 17 es mostra l’evolució de l’altura dels màxims de vent per les tres conques en funció del temps.

Una altra vegada, les conques de Campos (Figura 17a) i Palma (Figura 17b) mostren un comportament molt similar. A les fases prèvies, preparatòria i inicial els màxims es troben a grans valors d’altura (per damunt els 450 m) o molt prop del terra (0-75 m). El primer és d’origen no local (mesoscala o sinòptica) mentre que el segon és degut al terral. Al llarg de l’estat inicial i principis de l’estacionari els punts augmenten gradualment la seva altura, fins arribar als 75-150 m a l’estat estacionari. Al decaïment els punts augmenten la seva altura més ràpidament, arribant a tenir una majoria de màxims per damunt 450 m a la posta de Sol. A Campos l’altura és un poc inferior en els estats finals del cicle.

La conca d’Alcúdia presenta uns percentatges molt més constants al llarg del temps. A l’estat inicial la majoria dels punts es troben per damunt 450 m. Aquest percentatge decreix a l’estat estacionari, tot i que no és fins la posta de Sol quan baixa per davall del 30 %. A l’estat estacionari també es té un gran nombre de punts entre 75-150 m. L’altura dels màxims augmenta durant el decaïment.

(23)

(a) Campos (b) Palma (c) Alcúdia

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) 0-75 m

75-150 m 150-300 m

300-450 m >450 m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) 0-75 m

75-150 m 150-300 m

300-450 m >450 m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) 0-75 m

75-150 m 150-300 m

300-450 m >450 m

Figura 17: Igual que Figura 16 però per h_max.

(24)

5.3 Direcció del màxim de brisa

A la Figura 18 es mostra l’evolució de la direcció dels màxims de vent per les tres conques en funció del temps.

(a) Campos (b) Palma

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) altres

190−225 °

170−190 ° 135−170 °

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) altres

190−225 °

170−190 ° 135−170 °

(c) Alcúdia (d) Alcúdia

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) altres

190−225 °

170−190 ° 135−170 °

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0300 0600 0900 1200 1500 1800 2100

temps (UTC) 0−135 °

135−180 °

180−225 ° 225−315 °

315−360 °

Figura 18: Igual que Figura 16 però per dir_max. A (d) es proposa un altre rang d’angles degut a la orientació de la conca d’Alcúdia.

A la conca de Palma (Figura 18b) tant a la fase preparatòria com a l’estat inicial els punts es reparteixen entre direccció S i SO. Al llarg de tot l’estat estacionari augmenta el nombre de màxims SO, corresponents a la perpendicular amb línia de costa de la conca. Una vegada arriba el decaïment el vent gira lleugerament fins arribar a tenir la major part dels punts amb direcció S als instants inicials del decaïment i una major part de punts amb direcció SE una vegada s’ha posat el Sol.

La conca d’Alcúdia (Figura 18c) està orientada en contraposició a les conques de Palma i Campos (Figura 2a). Això fa que el percentatge de punts fora del rang triat representi el 50 % gairebé a totes les fases de la brisa. Tot i així es pot apreciar una component SO en la mateixa proporció. Al decaïment s’observa que

(25)

el vent gira, essent tot de direcció SO i S.

Degut a l’orientació de la conca d’Alcúdia, s’ha triat un nou rang d’angles (Figura 18d) per poder analitzar millor les direccions dels màxims. Amb aquest nou rang s’observa com a la fase preparatòria les direccions predominants són O i SO. A l’estat inicial augmenta el percentatge de punts SO, fins que a l’estat estacionari comença a créixer el nombre de punts amb direcció NE arribant al 40 % a la meitat de l’estat estacionari. Al decaïment el vent gira fins tenir direcció SO i O als instants inicials, i SO una vegada s’ha posat el Sol.

6 Discussió dels resultats

A la nit (abans de la sortida del Sol), a les tres conques hi ha un màxim de vent feble (2-4 m s⁻¹) perpendicular a la línia de costa però en sentit terra-mar (en direcció contrària a la brisa). Aquests màxims de vent nocturn (terral) es troben a una altura prop del terra (al voltant dels 20 m, com es mostra a Cuxart et al., 2007), tal com es veu als talls horitzontals que hem explorat (no mostrats aquí).

Per cercar el màxim de vent amb la metodologia emprada en aquest treball, si n’hi havia dos s’agafava com a màxim el més intens. Aquest filtre aconsegueix realment trobar el màxim associat a la brisa marina però no el màxim associat al terral. Durant la nit pot passar que a capes baixes hi hagui un màxim de vent (poc intens) i a capes més altes un segon màxim (més intens). El màxim més baix i menys intens estaria lligat al terral mentre que el de més amunt segurament estaria associat a un fenomen d’escala major (mesoscalar o sinòptica, per exemple). Per aquest motiu, a la Figura 17 durant la nit predominen els màxims que es troben en altures majors que 450 m. El màxim de capes baixes associat al terral no queda representat en l’anàlisi.

Per altra banda, la persistència del màxim de vent per damunt de 450 m durant les fases inicial i decaïment de la brisa a les tres conques indica que hi ha un vent d’origen mesoscalar o sinòptic present durant el periode estudiat. Amb l’anàlisi mostrat en aquest treball es veu que aquest vent és més intens que el terral però més feble que la brisa. Aquest vent de capes altes té una direcció similar a les tres conques (SO-S-SE) i per aquest motiu podria ser degut al mateix fenomen, no local ja que és present per damunt els 450 m i a tots els punts de l’illa. Tot pareix indicar que aquest màxim de vent a 450 m és present durant tot el període estudiat (5 de juny de 2010). Si les condicions són favorables, els processos generats