Sea level validation in MSYM model for the South China Sea

Abstract

A região do Mar do Sul da China, e os Estreitos da Malásia e Singapura são caracterizados por um comportamento complexo da maré sob a influência dos Oceanos Pacífico e Índico, mas também devido à batimetria e geografia da região. Enquanto a maré é semidiurna no Estreito da Malásia, esta apresenta um carácter misto e diurno entre o Estreito de Singapura e o Mar do Sul da China. Para além da complexidade da região, esta é também economicamente importante e a sua navegabilidade deve ser garantida. Neste sentido, a Hidromod desenvolveu uma aplicação numérica hidrodinâmica para o Estreito da Malásia (modelo MSYM), a partir do modelo MOHID. O modelo MSYM permite, entre outos parâmetros, reproduzir o nível do mar, que necessitam de ser validados. Para a validação do modelo, as previsões são comparadas com observados (disponíveis), sendo este o principal objetivo deste trabalho. Numa primeira parte, foi feita a validação do nível do mar para seis marégrafos do GLOSS incluídos na região do Mar do Sul da China e Estreitos da Malásia e Singapura. A comparação entre observações e previsões numéricas revelou um coeficiente de correlação superior a 0.95 (considerando todas as estações) e um RMSE centrado próximo dos 10 cm nas estações localizadas no Estreito da Malásia (utilizando o domínio de maior resolução horizontal) e de 15 – 20 cm na costa Este da Malásia. Por outro lado, a região é fortemente influenciada por monções de Nordeste (entre Novembro e Março) e de Sudoeste (entre Maio e Setembro) que, atuando sobre o Mar do Sul da China tendem a gerar anomalias positivas ou negativas da maré no Estreito de Singapura, respetivamente. Para estudar este fenómeno, foi analisado o nível do mar em Tanjong Pagar (no Estreito de Singapura), identificando-se anomalias do nível do mar positivas e negativas. São exemplos o dia 25 de Dezembro, associado a uma forte intensidade do vento de Nordeste (anomalia positiva) e o dia 7 de Fevereiro relacionado com uma variação da direção do vento (anomalia negativa). Ambas as anomalias são da ordem de 30 cm e as discrepâncias entre o nível do mar observado e simulados pelo MSYM correspondem principalmente à maré residual (meteorológica). Por fim, a análise da maré em duas estações localizadas no Estreito da Malásia revelou diferenças significativas entre dados observados e previsões numéricas em maré morta, que estão associadas essencialmente à reprodução da maré astronómica pelo modelo MSYM.

The South China Sea region, and the Malacca and Singapore Straits are known for the complex behavior of their tides, which are under the influence of the Pacific and Indian Oceans, and are modified by the bathymetry and geography of the region. While the tide is semidiurnal in the Malacca Strait, in the Singapore Strait and the South China Sea the tides are mixed and diurnal. In spite of the region’s dynamic complexity, it is an economically important region, and its navigability needs to be assured. As such, Hidromod has developed a hydrodynamical numerical application for the Malacca Strait (the MSYM model) from the MOHID model. The MSYM model calculates, among other parameters, the sea level that needs to be validated. In order to validate the model, the predictions are compared with (available) observations, which is the main goal of this work. In a first part, a validation of the sea level for six GLOSS tide-gauges in the South China Sea region and the Straits of Malacca and Singapore was done. This analysis revealed a correlation coefficient between observations and predictions of over 0.95 (taking every station into account) and a RMSE centered around 10 cm in the stations in the Malacca Strait (using the domain with higher horizontal resolution), and of 15-20 cm in the East coast of Malacca. On the other hand, the region is deeply influenced by Northeast monsoons (between November and March) and by Southwest monsoons (between May and September). These act over the South China Sea and tend to induce positive or negative sea level anomalies in the Singapore Strait. In order to study this phenomenon, the sea level in Tanjong Pagar (in the Singapore Strait) was studied, and the positive and negative anomalies were identified. For example, the 25th of December is linked with a strong northeasterly wind (positive) while in the 7th of February with a shift in the wind direction there is a negative anomaly. Both anomalies are in the order of 30 cm and the differences between the observed and predictions sea levels are mainly due to the residual tide (meteorological). Finally, the tidal analysis in two stations located in the Malacca Strait has revealed significant differences between observed data and simulations, during neap tide, which are mostly associated with the reproduction of the astronomical tide by the MSYM model.