O Período e o Intervalo Entre as Séries

Certo dia o Fabiano lá do Rio Grande do Sul me veio com uma pergunta bastante interessante: Se o PERÍODO que as previsões divulgam, tem uma  relação com a freqüência de séries, ou seja, sobre o intervalo de tempo entre uma série e outra.

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O Fabiano sustenta que quanto maior o período menor é o intervalo entre séries, já os garotos da nova geração argumentam com ele que é o contrario. Quem está certo? (segue abaixo a integra do e-mail dele)

André, bom dia! 
Conheço o teu trabalho na questão da previsão das ondas, e gostaria de  tirar uma dúvida contigo referente ao PERÍODO que os gráficos divulgam, e sua relação com a frequência da série.... sou surfista há  algum tempo e tenho debatido com a nova geração essas questões. 
Se puder esclarecer uma dúvida minha, de antemão te agradeço. Surfo basicamente no RS e SC além de algumas trips para América  Central.  
Acesso os sites de previsão como surfguru.com.br; waves; almasurf, ondasdosul.com.br;  E tenho uma posição na qual interpreto que os gráficos quando indicam  um período alto ( tipo 11s a 14s ) teremos um mar maior, mas  principalmente com séries mais seguidas, e conforme a direção do swell  difícil de varar a rebentação.
( interpretação pela observação direta  com o que estava previsto de período em um determinado dia; e como de  fato o mar se comportou. Porém, diferentemente de tamanho e velocidade  de vento; não tenho ferramenta para avaliar se a previsão do período  está correta ou não... )
Em contrapartida, alguns surfistas da geração mais nova, entendem que  a relação é ao contrário, e quanto menor o período ( ex.: 8s ) teremos séries mais constantes, se comparado com período de 11s ou  mais -  que teriam series mais demoradas; por entenderem que a  definição de período em segundo se daria de forma DIRETA: e neste  exemplo, a cada 8s entraria uma onda da série... 
Li algumas matérias a respeito que falam que o período indica a  velocidade que o vento gerou o swell; e multiplicando-se por 1,5 o  período e teremos como resultado a velocidade do vento em Nós. E por  esta interpretação, no período maior, mais rápido as ondas se  descolocam até a praia... e maior "frequência" de ondas teremos??! 
Se puder me passar uma orientação mais precisa, agradeço a sua  atenção.  Desde já um grande abraço,
Fabiano. 
Rio Grande do Sul

Fabiano, essa sua dúvida é também dúvida de muitas pessoas hoje em dia. Por isso resolvi responder para você na forma de um artigo que possa ser acessado por outras pessoas com a mesma dúvida.

Com o advento das previsões de ondas na net, as pessoas passaram a tentar correlacionar o que observam na praia com as informações das previsões. O que é ótimo, pois aumenta o conhecimento.

Sou defensor de que as ferramentas de previsão (incluindo a teoria matemática de ondas) e a observação se complementam, em partes iguais, para o entendimento deste nosso objeto de estudo e desejo, que são as ondas da superfície do mar.

Embora a questão levantada não seja trivial, vou tentar explicar da forma mais simples que eu consigo. Mas vamos lá:

As ondas são geradas pela ação do vento numa porção da superfície do mar. Podemos dizer que: quanto mais forte é o vento, quanto mais longa a sua duração e quanto maior é a área em que ele sopra (pista de vento), maiores são as alturas e os períodos das ondas geradas.

A correlação direta apenas entre a velocidade do vento e valor de período é uma aproximação bastante pobre, que produz muitos erros, uma vez que o período se relaciona mais com o tamanho da pista de vento e com a duração de um vento com determinada característica, do que com a velocidade do vento em si, mas ele também afeta.

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Por exemplo: não adianta apenas ter um vento super forte, numa área pequena, ou se este vento for de curta duração. Assim como tão pouco adianta muito ter uma área muito grande, e o vento durar muito tempo, mas ser um vento fraco.

Bom, seguindo... 

O período é a medida de tempo entre duas ondas sucessivas, ou seja, quando você está no mar bem no "outside", e vem a série, seria o tempo que demora para que a segunda onda desta série te alcance a partir do momento que passa a primeira, ou entre a segunda e a terceira, e assim por diante...

Entretanto, o período não se refere somente às ondas da série, mas sim a todas as ondas que passam, desde aquelas com tamanhos de centímetros até aquelas da série em si. Opa, mas espera ai, se o período pode ser medido entre quaisquer ondas sucessivas, como a previsão apresenta apenas um único valor para um período de tempo, por exemplo 3 horas?

Simples: este valor é uma média. Em teoria, medir-se-ia todos os intervalos de tempo entre ondas sucessivas, somaria estas medições e dividiria pelo número de ondas que passaram. A isso chamamos de período médio. A maioria dos sites de previsão não apresentam o período médio, mas sim o período de pico. O período de pico, também é um média, mas somente das ondas que possuem mais energia. Por outro lado, pode-se pensar como sendo o período que contém mais energia, ou as ondas mais altas.

Dito isso, podemos começar a atacar a questão em si.

As ondas viajam desde a área de geração até a praia com uma velocidade que depende do seu período. Como você bem colocou, quanto maior o período de uma onda específica, mais rápido ela se propaga, ou viaja. De forma análoga, quanto menor o período menor é a velocidade de propagação desta onda individual. Por conseqüência disso, as ondas com período maior vão chegar primeiro, e a medida que vai passando o tempo vão chegando as ondas com cada vez menos período.

Assim, ondas com períodos similares viajam a velocidades similares, formando um pacote, ao qual chamamos na ciência de grupo de ondas.

Entretanto a velocidade de propagação dos grupos de ondas é metade da velocidade de propagação das ondas individuais (isso pode ser demonstrado matematicamente, mas vou poupar isso, rssrs). Estes grupos de ondas se organizam internamente, na forma das séries que estamos acostumados a ver na praia.  Para tornar mais fácil o entendimento, resolvi simular o que ocorre num grupo de ondas que possua períodos de 10 e 11 segundos. Na figura abaixo são mostradas as duas componentes de ondas uma com 10 segundos de período e outra com 11 segundos de período e a soma delas:

Figura 1: Composição simples entre ondas de períodos ligeiramente diferentes (10 e 11 segundos) formando as séries.

Pode-se perceber claramente a formação das séries e do intervalo entre séries na soma das componentes. Isso ocorre devido a interação construtiva e destrutiva quando combinadas. 

Outra ponto interessante é que se ao invés de termos ondas de 10 e 11 segundos, tivermos ondas de 10 e 12 segundos,  o intervalo entre séries diminui porém o numero de ondas na série também. Isto pode ser visto na figura abaixo:

Figura 2: Composição simples entre ondas de períodos ligeiramente diferentes (10 e 12 segundos) formando as séries.  Note o aumento do numero de séries e a diminuição da quantidade de ondas nas séries.

Note o aumento do numero de séries e a diminuição da quantidade de ondas nas séries. A medida que nos afastamos da área de geração os grupos de ondas vão contendo cada vez mais ondas mais parecidas entre si, com períodos mais próximos entre si, fazendo com que as séries tenham uma maior quantidade de ondas e um maior intervalo.

Estes grupos de ondas acabam ficando com áreas cada vez maiores, à medida que se aumenta a distância da área de geração. O que acaba formando novos subgrupos. Isto ocorre devido ao fato da velocidade de propagação do grupo ser maior que das ondas individuais.

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Embora o número de ondas individuais permaneça o mesmo, o intervalo entre os subgrupos aumenta, bem como também aumenta o intervalo entre as séries.  Na ciência isso pode ser chamado de espalhamento da energia das ondas.

Portanto, numa primeira aproximação, o intervalo entre séries está diretamente relacionado com a distância da área de geração de ondas. Mas não é só isso que influi.

Na costa sul e sudeste brasileira, períodos baixos (abaixo dos 10 segundos) estão geralmente relacionados com ondas geradas próximo da costa. E períodos maiores (acima de 10 segundos) são relacionados com ondas geradas um pouco mais longe (região da Patagônia em caso de ondas de sul, por exemplo). Desta forma os garotos tem até alguma razão no que dizem, entretanto não se pode generalizar.

Mas você também não está errado. Uma vez que existem outros fatores que influem na questão dos intervalos de séries. E que fatores seriam estes?

Como vimos anteriormente, as ondas com períodos maiores se propagam mais rapidamente e as ondas com períodos menores se propagam mais lentamente. Entretanto elas não saem necessariamente nesta ordem da área de geração. Muito pelo contrário saem todas misturadas e demora um certo tempo até que ocorra a separação total entre os grupos.

Além disso, as ondas mais rápidas, de maior energia e maior período, vão literalmente empurrando as ondas que estão na frente. Para trás destas ondas maiores e mais energéticas (referentes ao ápice do swell, ao período de pico do swell) por conseqüência as ondas vão se espaçando.

Ou seja, o segundo mecanismo tem a ver com o ápice do swell, antes do ápice e no ápice, as séries estão comprimidas, e logicamente o intervalo entre as séries é menor. Após o ápice, ou seja quando o período médio vai diminuindo, o intervalo entre as séries vai aumentado. Este mecanismo apenas é percebido sem algum tipo de sensor (ondógrafo), ou seja, por nós surfistas, quando as ondas estão acima de um certo tamanho.

Mas não é só isso que influi. Existe um terceiro processo que influi no intervalo entre séries, que é o que se chama na ciência por acompanhamento dinâmico das ondas pelo vento (pista dinâmica), ou seja, o vento continua a soprar sobre uma pista que viaja junto com as ondas. Neste caso as ondas continuam a ser formadas pelo vento, continuam a ganhar altura e período e a se compactarem. Com isso, as séries também ficam mais próximas umas das outras.

Este caso de pista dinâmica é bastante comum no sul do Brasil (ondas de sul e vento também de sul), nestes momentos os períodos podem ser altos (o que levaria a crer que as ondas foram geradas em locais distantes, e realmente podem ter sido), porém carregam características da geração local, com períodos menores misturados aos períodos maiores, tornando as séries mais freqüentes.

Alem destes três mecanismos citados acima, existe um quarto processo principal que influi bastante, sobretudo nas regiões costeiras, que é o fenômeno da maré. De uma forma geral, com a maré subindo, temos um fluxo de água se movendo em direção à costa, facilitando desta forma a chegada das ondas. Com a maré esvaziando, o fluxo é no sentido contrário, dificultando a chegada das mesmas, ou seja, aumentando o tempo entre as séries.  Vale lembrar que  as amplitudes de marés variam muito de um local para o outro, bem como com a fase da lua, portanto a influência deste processo pode ser grande ou pequena, dependendo da condição local.

Outro ponto é que a maré nem sempre se desloca perpendicular à costa, podendo ter variações deste processo dependendo da angulação com a costa e também da angulação da direção das ondas.  

Existem outros mecanismos que interferem no intervalo entre as séries, porém são fruto de interações não lineares entre as ondas, e interações com o fundo do mar, o que torna a explicação ainda mais complexa. Como estes mecanismos não lineares não são os principais, mas sim ocorrem em momentos específicos, podemos deixá-los de lado neste momento.

Espero que tenha conseguido ser claro o suficiente. Sei que usei muitos termos técnicos, por isso se tiver dívidas basta me contatar.

Abraços,

André Lanfer

Pesquisador CPTEC-INPE

andre.lanfer@cptec.inpe.br

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