Diseño de mapas de riesgo marítimo en el Mar de Arabia

Trabajo sobre SIG
Título	Diseño de mapas de riesgo marítimo en el Mar de Arabia
Autores	Juan Antonio Rebollo Parada Clara Callejo Mandado Sergio Sánchez García Juan Carlos Durán García
Asignatura	Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil
Curso	Curso 15/16
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

El trabajo que se presenta a continuación pretende abarcar los riesgos producidos por el viento, oleaje, tsunamis y la piratería detectados en la zona suroccidental de Asia, más concretamente en el mar de Arabia y el norte del Océano Índico. Para ello se han analizado datos históricos provenientes distintos tipos de fuentes como mapas, informes, alturas de ola, velocidad básica de viento, actividad sísmica… obtenidos y elaborados por agencias y empresas multinacionales (NOAA, ICC, IMB...) que facilitan sus informes a través de sus páginas web. El período de tiempo con el que se ha trabajado varía dependiendo del tipo de riesgo analizado, siendo la mayoría de ellos tratados en un periodo que engloba los últimos diez años. A partir de esta recopilación de datos, el empleo de sistemas de información geográfica nos ha sido de gran utilidad.

La finalidad del estudio es modelizar dichos datos empleando distintas herramientas informáticas de trabajo como MATLAB, QuantumGIS, Excel o GrADS para posteriormente, crear mapas temáticos donde plasmar nuestros resultados de una manera sencilla y atractiva. De esta forma en un futuro se podrán estudiar posibles mejoras de cara a disminuir la exposición a estos riesgos que afectan al tráfico marítimo de la zona.

1 º Introducción

Hoy en día el mar es el medio más empleado para el transporte internacional, creando rutas de comercio que facilitan la globalización en la que estamos sumergidos en la actualidad. El mar de Arabia se sitúa en la costa suroccidental de Asia, formando parte del Océano Índico, zona de tráfico marítimo que conecta el Canal de Suez con Asia y el sureste africano. Con motivo de ello, es de vital importancia ser conscientes de los riesgos a los que nos enfrentamos para poder conocer la vía o zona más segura en la que desarrollar diferentes tipos de actividades comerciales.

Analizando la región comprobamos que ésta se encuentra sometida a diferentes factores de riesgo de los cuales se han elegido para nuestro estudio: la aparición de monzones en la época estival asociados a la distribución y velocidad del viento, la incidencia del oleaje, la actividad sísmica producida por la unión de las placas tectónicas Euroasiática y Arábiga y la expansión de la piratería en la última década. En resumen, el estudio que se presenta a continuación abarcará los riesgos producidos por viento, oleaje, tsunami y piratería de la zona.

2 º Metodología

Debido a que nuestra zona de estudio se sitúa fuera del ámbito nacional español, la búsqueda de información de diferente tipo se torna más complicada de obtener, requiriendo en muchos casos tener que utilizar datos de agencias internacionales, con un nivel de estudio mucho menos detallado y más simple.

El primer punto a tratar es acotar nuestra zona de trabajo para poder referenciar correctamente los datos y mapas con los que contamos para elaborar nuestro estudio. Escogemos pues las coordenadas LON (43,77) y LAT (0,27). Para ello, se han recortado todas las capas ráster mediante la herramienta de extracción "Clipper" de QGIS. Este territorio abarca desde el estrecho de Ormuz hasta la costa de la India, incluyendo también la entrada al golfo Pérsico y las costas de Somalia. Esta situación geográfica nos permitirá estudiar los monzones y el sistema climático del Índico norte, además de las actividades de piratería que radica en Somalia.

Una vez definida la localización pasamos a trabajar con los datos de estudio.

2.1 Estudio del Oleaje

Los datos que nos ocupan para el análisis del riesgo de oleaje son datos de altura de ola obtenidos durante 10 años, extraídos del modelo WAVEWATCH III de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en una malla de medio grado de resolución. Estos datos han sido trabajados mediante el programa Grid Analysis and Display System (GrADS), programa que opera en terminal de Linux y nos facilita el movimiento de los datos que estamos empleando. GrADS permite crear un archivo TIF con los datos medios de oleaje del registro obtenido de la NOAA. Así conseguimos una visión más global, a lo largo del tiempo, del desarrollo del oleaje en el Mar de Arabia.

Programando GrADS para que exporte las imágenes georreferenciadas de los datos realizados, se ha extraído el archivo TIF con las alturas de oleaje significante del mes pésimo (Junio de 2010) y se ha importado a QGIS con visas a su estudio. Tras ajustar la capa, se ha dividido la región en zonas con intervalos de altura de ola de 0-2.5 metros, 2.5-3.5 metros, 3.5-4 metros y más de 4 metros.

Terminal de Linux Mint ejecutando el programa GrADS

2.2 Estudio del Viento

Siguiendo el mismo proceso anterior volvemos a extraer datos, esta vez de viento, de la página web de la NOAA y trabajamos con ellos de nuevo en GrADS. Obtenemos así dos capas ráster con los que trabajar en QGIS: uno con la componente horizontal de la velocidad del viento ([math]\vec u[/math]), y otro con la componente vertical ([math]\vec v[/math]). Para poder obtener la velocidad básica escalar habrá que operar las componentes vertical y horizontal obtenidas del NOAA. QuantumGIS nos ofrece para ello trabajar con la extensión "GRASS", la cual posee una herramienta llamada "Calculadora de campos" que nos permite operar dichas capas ráster de tal forma que consigamos la velocidad de interés. La operación realizada ha sido el cálculo del módulo de la velocidad:: [math]|\vec {VEL}|=\sqrt{(U_{mapa})^2 + (V_{mapa})^2}[/math] (Permitir visualización de Código Látex)

2.3 Estudio de Tsunami

Debido a la alta sismicidad de la región, que presenta varias zonas de subducción entre placas, se ha considerado incluir un estudio de los efectos sísmicos sobre el oleaje. Pese a la gran candidad de sismos que hay en la zona,. la mayor parte se concentran en las costas norteñas de Somalia y al sur de la costa de Pakistán. Por esto, y buscando simplificar el problema, se ha reducido el estudio a los dos puntos de sismicidad más importante del Mar de Arabia. Para realizar el estudio de la influencia de un tsunami, se recurrió a buscar información sobre diferentes tsunamis acontecidos en la región desde que se tienen registros, obteniéndose dos tsunamis significativos por su efecto sobre el océano. Finalmente, se descartó el producido por el terremoto del Océano Índico en 2004 debido a su lejanía y poco impacto que tuvo en las costas del Mar de Arabia y se decidió estudiar más específicamente el ocurrido en la costa de la India Británica (Pakistán) el 28 de noviembre de 1945. Según el artículo online “Potential of Tsunami Generation along the Makran Subduction Zone in the Northern Arabian Sea. Case Study: The Earthquake and Tsunami of November 28,1945” más de 4000 personas murieron en diferentes puntos de las costas de Omán, Irán y el noroeste de la India.

Con su epicentro en 24.2 N, 62.6 E según la United States Geological Survey (USGS), el foco del terremoto se situaba a 25 km bajo tierra, alcanzando una magnitud de 7.8 en la escala de Richter. Se recogieron datos en diferentes observatorios como los de Nueva Dheli, Kolkata (Calcuta) o Kodaikanal. La mayor altura de ola se registró en la zona más occidental de la costa de Makrán, siendo esta de 13 m. En la costa de Karachi, se registraron olas de altura máxima de 2 m. Por último, también se tienen registros de olas máximas de alrededor de 11,5 m en la región de Gujarat. Con estos 3 datos de máxima altura de ola, se ha realizado un modelizado de expansión de un tsunami con estas alturas en función de la distancia al epicentro del sismo.

Coordenadas de los puntos de la costa con registros de oleaje máximo

Suponiendo una hipótesis de propagación radial y que la altura del tsunami es 0 en el epicentro del sismo, se ha generado una gráfica poligonal simple uniendo estos 3 puntos en función de su distancia al centro y altura máxima de ola. Después, se han generado dos rectas de tendencia, una exponencial inicial y otra polinómica de tercer grado final, para suavizar dicha distribución de alturas. Una vez creada la curva, se ha sintetizado un registro de datos de altura-distancia con un paso de 0,1 grados centesimales.

Se ha recurrido a usar MATLAB para generar una malla polar de variables [math]\rho, \theta, H[/math]. Pasando a coordenadas cartesianas se tiene una malla de puntos que se ha interpolado posteriormente en QGIS con el modelo "Inverse Weight Distance (IDW)" para obtener una capa ráster. Éste se ha reclasificado para que solo afecte al mar, es decir, se ha reclasificado el mapa batimétrico para que los valores de tierra sean 0, multiplicando después la capa ráster de la batimetría con la capa ráster del tsunami.

Distribución adoptada para la modelización del tsunami de Pakistán de 1945

A continuación se incluye el código de MATLAB utilizado para la elaboración del mallado.

%% Creación de la malla en coordenadas polares
%% Un dato adicional es la columna de valores "z", compuesta por los datos de altura de ola generada respecto del centro del tsunami, los cuales se han obtenido previamente en Excel
n=74;
r=linspace(0,7.4,n);
th=linspace(0,2*pi,n);
[R,TH]=meshgrid(r,th);
%% Revolución de la altura en torno al centro polar
z=% Matriz columna calculada a partir de linea de tendencia en Excel
Z=repmat(z(:).',n,1);
% Cambio a base cartesiana
X=R.*cos(TH);
Y=R.*sin(TH);
% Reforma de la matriz de cara a exportarla 
X1=reshape(X,5476,1); % Longitud
Y1=reshape(Y,5476,1); % Latitud
Z1=reshape(Z,5476,1); % Altura de ola
EXIT=[X1+63,Y1+24.5,Z1]; % Archivo de salida de datos
surf(X,Y,Z) % Imagen de muestra

2.4 Estudio de Piratería

En cuanto al estudio del riesgo por piratería hemos decidido enfocarlo desde dos puntos de vista. Por un lado la expansión a lo largo de un periodo estudiado (2005 - 2011) y, por otro lado, la intensidad y zona de los ataques registrados durante ese espacio de tiempo. Para obtener información relativa a este riesgo, se han analizado datos de distintas organizaciones internacionales como International Maritime Bureau (IMB), Commercial Crime Services (ICC), The European Institute, National Geospatial-Intelligence Agency entre otros. Para evaluar estos dos aspectos nos interesa conocer la costa de nuestra zona por lo que se ha reclasificado la capa de la batimetría, dando valores nulos a las alturas sumergidas mediante la siguiente regla:

-5094 thru 0 = NULL
* = *
end

De esta forma obtendremos una capa con un formato que muestre la topografía del terreno y nos permita trabajar sobre el mar, al que daremos un color completamente transparente. Para comenzar, trataremos los datos sobre expansión. A partir de una imagen en formato TIF y abierta en QuantumGIS como una capa ráster, hemos logrado representar este aspecto. Para simular la expansión anual de la piratería a lo largo del mar se ha realizado una capa vectorial de polilíneas, cada una de las cuales se ha etiquetado con los valores de los años estudiados. A continuación, hemos creado una interpolación para crear una superficie de expansión, donde las curvas de nivel serán cada una de nuestras polilíneas evaluadas numéricamente por el año de registro. También se ha añadido una capa vectorial de dos puntos que representan los ataques extremales de la zona de expansión.

En segundo lugar hemos representado la intensidad de los ataques, pues no es lo mismo navegar por una zona fuertemente atacada que por otra menos afectada. Para ello ha sido necesario crear una capa vectorial de puntos con todos aquellos registros representados en el mapa de estudio en el que nos hemos basado (obtenido de National Geospatial-Intelligence Agency). Utilizando la herramienta mapa de calor de QGIS sobre la capa vectorial creada, se ha conseguido plasmar una representación gráfica de las zonas más atacadas por piratas, utilizando para ello un radio de influencia de 300.000 metros.

Posteriormente, se ha realizado una serie de índices indicativos de la intensidad de tráfico de las 11 rutas marítimas comerciales más importantes del Mar de Arabia, del nivel de piratería sufrido en un intervalo de estudio desde el 2005 hasta el 2011, y un índice mixto de nivel de riesgo. Para el primero, se ha clasificado las intensidades de tráfico de cada ruta según el grosor del búfer semitransparente y se ha relativizado dichas intensidades al valor máximo de todas ellas. Para el segundo, se ha realizado un procedimiento similar, dividiendo cada valor de nivel de piratería en cada ruta por el valor máximo. El tercer índice es una multiplicación simple de los dos anteriores, como indicativo de la percepción de riesgo general en cada ruta.

3 º Resultados

3.1 Oleaje y Viento

En la imagen de distribución dinámica del oleaje podemos observar el movimiento del oleaje a lo largo del mes de junio del 2010. Se han escogido estos datos ya que la época estival es en la que se produce un mayor nivel de oleaje debido a la actuación de los monzones, siendo el mes escogido para la representación el peor registrado en los últimos 10 años. Al igual que el oleaje, tomamos los datos de viento del mes pésimo, siendo de nuevo junio de 2010. Como se puede observar claramente en el GIF que se presenta el campo vectorial de las direcciones del viento sufre una importante perturbación en las costas de Somalia y Omán, lo cual es fruto del monzón veraniego del que ya hablábamos anteriormente. A pesar de esta perturbación, las velocidades de viento alcanzadas no resultan críticas ni para las estructuras costeras ni para las embarcaciones de gran calado, por lo que es un componente casi despreciable en el estudio.

Gif animado de Distribución dinámica del viento (Click para ver en movimiento)

Gif animado de Distribución dinámica del oleaje (Click para ver en movimiento)

También se ha obtenido el nivel de afectación ponderado de las diferentes rutas marítimas que ven limitada su actividad por el monzón en la época estival.

Líneas marítimas limitadas por el monzón de verano

3.2 Tsunami

Para este estudio desarrollamos el mapa, a continuación representado, donde observamos el desarrollo de un tsunami provocado por un terremoto unido al oleaje. Hay que tener en cuenta, como antes se ha desarrollado en metodología, que el mapa proyectado únicamente por el tsunami no difiere demasiado del que se adjunta en esta página.

Mapa resultante de la combinación del tsunami y el oleaje

3.3 Piratería

En este apartado podemos observar varios resultados. En primer lugar, el mapa de calor que representa las zonas de mayor concentración de piratería siendo la zona del estrecho de Ormuz la más atacada, representada en color rojo. A continuación se obtiene el mapa donde se analiza el peligro asociado a la piratería de las rutas marítimas que atraviesan la zona. Se incluye la tabla Excel donde se indica, de forma relativa, el riesgo asociado a cada ruta marítima así como su importancia económica. Finalmente, estos datos se proyectan en la tabla adjunta para poder ser comparados con mayor facilidad.

Mapa Piratería

Gráfico de barras con índices ponderados de riesgo, piratería e intensidad de tráfico

Tabla de Rutas con índices ponderados de riesgo, piratería e intensidad de tráfico

4 º Conclusiones

Haciendo una vista general del estudio realizado, comprobamos la importancia de analizar los riesgos que se pueden dar en el mar. En nuestro caso, podemos apreciar la influencia de diversos factores presentes en la zona del mar de Arabia como la climatología o el riesgo de piratería. Los estudios de los riesgos naturales y humanos analizados se han realizado de forma independiente, viendo en cada caso una representación gráfica de la actuación. Sin embargo, hemos querido ensamblar los efectos conjuntos de oleaje y de tsunami con el fin de visualizar la situación más desfavorable del oleaje en el supuesto de que hubiera un tsunami. Según los resultados obtenidos y como era de esperar, ante un tsunami de tal magnitud, su impacto en la costa se ve modificado muy ligeramente por el oleaje puntual.

Respecto a la climatología, el aspecto más representativo es el de los monzones que azotan el mar de arabia en verano. Los monzones se generan en el ecuador, cerca de la costa africana, y a medida que progresan avanzan hacia el norte por el cuerno de África y la costa sur de la Península Arábiga para disiparse en la India. Esto queda reflejado en una gran altura de ola en estas zonas al paso del monzón, de más de 5 metros, y vientos de en torno a 70 kilómetros por hora, es decir, unos 37 nudos.

En cuanto al viento, no afecta de forma importante a los grandes buques de transporte, que soportan sin molestia magnitudes de 50 nudos. Sin embargo, la altura de ola es mucho más restrictiva, ya que aunque no ponga en peligro la integridad estructural del barco, las oscilaciones pueden provocar peligro en la tripulación o la mercancía, o incluso desprendimiento de containers. Por ello, para alturas de ola superiores a 4.5 metros, combinadas con el viento monzónico, se recomienda por regla general variar el rumbo o buscar refugio. Esto afecta gravemente a las lineas que conectan Suez con Oriente Medio y el sudeste asiático, debido a que hay grandes zonas del Mar de Arabia que se vuelven de riesgo para la navegación. Ya no solo la detención de los barcos, sino la simple reducción de velocidad, puede acarrear en pérdidas millonarias.

Referente al estudio de la piratería, se observa que es un peligro de creciente importancia, dado que tanto el área de riesgo como el número de ataques han aumentado de forma exponencial con el paso de los años. Como es lógico tratándose de bandas que actúan con base en Somalia y Yemen, el estrecho de Ormuz es la zona más afectada por la piratería, con concentraciones de ataques de hasta 150 veces más frecuencia que en los puntos más tranquilos del Índico. Esto pone en grave riesgo a todas las embarcaciones que pasan por el Mar Rojo, así como las que se encaminan hacia el sur de la costa africana.

En conclusión, queda en evidencia el enorme riesgo tanto natural como humano que afrontan las embarcaciones que cruzan el nexo entre Europa y Oriente, y el peligro al que se exponen cada año miles de navegantes y marineros en estas aguas. Solo cabe reflexionar, pues, como la enorme compensación económica que supone cruzar por Suez en vez de descender hasta el cabo de Buena Esperanza, pesa tanto como para que el volumen de mercancías que se envía por esta ruta no se haya visto disminuido por el riesgo a las pérdidas económicas y humanas.