Tidal evolution in the Ria de Aveiro: astronomical and meteorological components

Abstract

Ria de Aveiro is a shallow lagoon, located in the Northwest of Portugal, separated from the sea by a barrier island, with which is connected through an artificial channel fixed by breakwaters. This work aims to study the tidal changes induce by geomorphologic modifications occurred in Ria de Aveiro between 1987/88 and 2017, analysing the variations on the tidal amplitude and phase of tidal constituents: 𝑀2, 𝑆2, 𝑀4, 𝑀6 and 𝑀𝑆𝑓. This work also aims to determine the frequency of storm surge phenomena occurrence, between 2012 and 2017, determining which factors influence the generation of the storm - variation in atmospheric pressure, intensity and direction of the wind and precipitation - and verify the increase of the water level in Ria de Aveiro caused by these meteorological events. Data were collected on tidal gauges in the main channels of the lagoon. Annual amplitude and phase variation graphics of tidal constituents: 𝑀2, 𝑆2, 𝑀4, 𝑀6 and 𝑀𝑆𝑓 (which were computed using the T-Tide Matlab package), were drawn for the different years. This allowed to observe the annual tidal evolution and to verify if there had been any relevant changes during the time interval in which the data collection took place. Annual series of the residual meteorological tide were determined for each year between 2012 and 2017, by subtracting the astronomical predicted tides from the measured tidal signal, and to identify the distribution of the positive and negative anomalies in each station studied, and find the relationship between meteorological variables and the generation of tidal elevations. For this purpose, were drawn graphs of the atmospheric pressure, wind intensity and direction, precipitation and water level and residual graphs. From the results obtained, in general and for each station, the annual amplitude values are increasing while the phase is decreasing. Between 1987/88 and 2002/03 there was an increase in amplitude in the studied stations. This change is a consequence of the increase in the depth of the navigation channels due to dredging operations in 1998. From 2012 to 2017 and after the North breakwater extension there are no significant variations in tidal amplitude or phase. Thus, the extension of the North breakwater did not produce appreciable changes in the tidal dynamics in Ria de Aveiro. By the analysis of the meteorological tide was verified that positive anomalies are more frequent than negative. From the different events occurring between 2012 and 2017, only two positive storm surges influenced the entire lagoon, having been generated by adverse meteorological conditions verified at national level. The remaining were manifested only locally. The events with negative anomalies occurred in a smaller number. From the analysis of all the studied events, it was verified that the higher values of the level of the sea water did not result from the existence of meteorological tides, but from the spring tides. Therefore, the joining of a positive storm event at high tide of spring tides will constitute a high risk for the marginal areas of the lagoon, which may be flooded.

A Ria de Aveiro é um sistema lagunar pouco profundo situado na costa noroeste portuguesa, separado do mar por uma ilha barreira e está ligado ao mar por um canal fixado pelos molhes Norte e Sul. Neste trabalho pretende-se estudar as alterações das marés induzidas por modificações geomorfológicas entre 1987/88 a 2017, verificando as alterações na amplitude e fase dos constituintes de maré: 𝑀2, 𝑆2, 𝑀4, 𝑀6 e 𝑀𝑆𝑓, durante esse intervalo de tempo. Este trabalho também visa a determinação da frequência das sobre-elevações da maré de origem meteorológica na Ria de Aveiro, entre 2012 e 2017, determinando quais os fatores que mais as influenciam - variação na pressão atmosférica, intensidade e direção do vento e precipitação. Os dados utilizados neste trabalho foram recolhidos por marégrafos localizados nos principais canais da laguna. Foram elaborados gráficos de variação anual da amplitude e da fase dos constituintes de maré: 𝑀2, 𝑆2, 𝑀4, 𝑀6 e 𝑀𝑆𝑓 (determinados por análise harmónica usando a aplicação T-Tide do Matlab), para estudar a sua evolução entre 1987/88 e 2017, permitindo assim, verificar a existência de alterações relevantes ao longo do tempo. Séries anuais da maré meteorológica foram determinadas para cada ano entre o período de 2012 a 2017, subtraindo ao nível da água medido nos marégrafos a previsão da maré astronómica, para se fazer o estudo da distribuição das anomalias positivas e negativas em cada estação estudada, e compreendendo a relação entre as variáveis meteorológicas e a formação da sobre-elevação das marés. Com esta finalidade, foram elaborados gráficos da pressão atmosférica, intensidade e direção do vento, precipitação, o nível da água medido e com as residuais. A partir dos resultados obtidos, verifica-se que, para cada estação, de uma forma geral, os valores anuais de amplitude dos constituintes estudados, estão a aumentar enquanto a fase está a diminuir. Entre 1987/88 e 2002/03 houve um aumento de amplitude nas estações estudadas, sendo esta mudança uma consequência do aumento da profundidade dos canais de navegação devido às operações de dragagem realizadas em 1998. De 2012 a 2017, e após o aumento do molhe Norte, os valores anuais permitem concluir que não há variações significativas na amplitude ou fase. Assim, o aumento do molhe Norte não produziu mudanças significativas na dinâmica da maré na Ria de Aveiro. Através da análise da maré meteorológica, verificou-se que as anomalias positivas são mais frequentes do que anomalias negativas. Dos diferentes eventos ocorridos entre 2012 e 2017, apenas dois influenciaram toda a laguna, tendo sido determinados pelas condições meteorológicas adversas verificadas a nível nacional. Os restantes apenas ocorreram localmente. Os eventos de anomalias negativas ocorreram em menor número. Verificou-se ainda, que os valores mais altos do nível da água do mar registados não resultaram da existência de marés meteorológicas, mas foram devidos às marés vivas. Portanto, a ocorrência conjunta de marés vivas e condições meteorológicas extremas será um risco para as zonas envolventes à laguna, já que poderão ficar sujeitas a inundações.