Hidrodinámica y transporte de maza en el Sistema Lagunar Bahía Magdalena-Bahía Almejas, Baja California Sur, México, modelación y experimentación

Abstract

A partir del análisis de los datos oceanográficos disponibles del sistema lagunar Bahía Magdalena-Bahía Almejas (BM-BA) y su región oceánica adyacente, se determinaron las condiciones físicas (estructura termohalina) del sistema lagunar y sus variaciones espaciotemporales. Las distribuciones características de estas condiciones se asociaron al balance entre los procesos de transferencia de calor y masa con la atmósfera y los procesos de transporte horizontal y mezcla vertical. A partir de la modelación numérica de la circulación en el sistema lagunar, los mecanismos de transporte fueron analizados para cada uno de los forzamientos dinámicos de la circulación: viento superficial y marea. Las contribuciones no-periódicas al transporte de masa, asociadas a la circulación residual inducida por la marea, fueron también cuantificadas. La caracterización previa de la marea (rango de amplitud, propagación y corrientes) fue realizada para obtener una estimación de los parámetros del intercambio de agua (prisma de marea, tiempo de residencia, excursión de la marea). Los resultados indican que el sistema lagunar tiene una distribución espacial de las propiedades termohalinas del tipo antiestuarino, caracterizada por gradientes horizontales orientadas desde las bocas hacia las regiones someras. Dicha distribución tiene una variabilidad estacional modulada por la frecuencia de los eventos de surgencias costeras, que caracterizan la región oceánica adyacente al sistema lagunar. La variabilidad de la termoclina estacional en esta zona, establece las propiedades físicas de las aguas que potencialmente son transportadas al interior de BM. Los procesos de mezcla, asociados a la turbulencia generada en las regiones de un intenso gradiente batimétrico, producen condiciones físicas uniformes en la vertical. Este mecanismo acoplado de bombeo de aguas subsuperficiales oceánicas y mezcla turbulenta, establece de manera estacionaria, condiciones superficiales más oceánicas en la región de máximo gradiente batimétrico que las de los alrededores. La circulación en el interior del sistema lagunar apareció principalmente modulada por el forzamiento de la marea oceánica a través de la boca de BM. Las corrientes de marea alcanzaron una intensidad de hasta 0.80 m/s, en los instantes de flujo o reflujo máximo, con un forzamiento de marea con 1.35 m de amplitud. La intensidad de las corrientes dirigidas por un viento constante del NW con intensidad 5 m/s fueron, en promedio,1 orden de magnitud (ie. 10 veces) menor que las corrientes periódicas de la marea y 1 orden de magnitud mayor que las de la corriente residual inducida por la marea. Los parámetros que caracterizan el intercambio dinámico con el mar abierto, tales como prisma de mareas, tiempo de residencia, excursión de la marea y transporte de volumen indican una asimetría en el volumen total transportado en las fases de cuadratura y de sicigia. En Bahía Magdalena durante la marea viva se incrementó el volumen en casi 0.3 km3, mientras que durante la marea muerta el volumen decrece 0.2 km3. El volumen total estimado en cada una de estas fases es renovado en aproximadamente 6 y 13 ciclos de marea. Una partícula suspendida en el centro de la boca de BM experimenta un desplazamiento de aproximadamente 6 km hacia el interior de la bahía durante la fase de flujo. Del volumen total transportado al interior de BM a través de su boca, durante el periodo de flujo de la marea, tan solo el 8% es transportado a BA a través del Canal de Gaviotas, y menos que el 2% hacia la región norte del sistema lagunar a través del Canal San Carlos. Estos resultados indican que el mecanismo periódico de transporte de marea está aproximadamente balanceado en el sistema lagunar. Por lo que las circulaciones estacionarias de menor intensidad son las responsables de la distribución de las propiedades físicas en el interior del sistema. La circulación generada por el viento en el interior del sistema lagunar BM-BA fue del tipo clásico, corrientes superficiales intensas (0.08 m/s) en las regiones someras con la dirección aproximadamente paralela a la del viento y un apilamiento de agua en la costa de sotavento, el cual induce una corriente restitutiva subsuperficial predominantemente actuando en las regiones profundas de la bahía con la dirección contraria a la del viento. El flujo instantáneo de volumen asociado a ésta circulación en las bocas del sistema resultó 3 órdenes de magnitud menor que el generado por la marea. Los transportes de volumen de mayor intensidad dirigidos por el viento se obtuvieron en los canales de interconexión del sistema. La circulación residual inducida por la marea se caracterizó por una estructura vertical de flujo en 2 capas delimitadas por un cambio en la dirección de las corrientes observada aproximadamente a media agua. Particularmente, en la boca BM la componente normal a la sección transversal tiene una dirección hacia el interior de la bahía en las capa subsuperficial y hacia el exterior en las superficiales. El transporte de volumen en la boca BM resultó del mismo orden de magnitud que el generado por el viento. Sin embargo, hay que tener en cuenta que estos resultados fueron obtenidos a partir de la modelación de la circulación en un dominio computacional cuyo forzamiento de frontera corresponde físicamente a las bocas del sistema, por lo que el intercambio de agua a través de las bocas del sistema esta forzado por las condiciones de frontera del modelo.