ATMOSPHERIC CONDITIONS DURING SEVERE WAVE STORMS IN THE NORTH-WESTERN

MEDITERRANEAN. GENERATION, EVOLUTION, DECAY AND IMPLICATIONS

Jordi Cateura

1

*, Agustín Sánchez-Arcilla

1

, Rodolfo Bolaños-Sanchez

1

, Abdel Sairouni

2

1

Laboratri d’Enginyeria Marítima, LIM-CIIRC DEHMA. ETSECCPB Universitat Poltècnica de Catalunya

C/Jordi Girona, 1-3, Módul D-1, Campus Nord, 08034, Barcelona, Spain

* jordi.cateura@upc.es, agustin.arcilla@upc.es, rodolfo.bolanos@upc.es

2

Servei Meteorològic de Catalunya, c/Berlín 38-46, 08029, Barecelona, Spain - asairouni@meteocat.net

Abstract

In this paper, data from weather charts, meteorological stations and waverider buoys are used to analyse the atmospheric conditions during

two severe wave storms in the Catalan coast. Through the analysis of the development of the two severe wave storms, some common

characteristics have been identified. This allows the future forecast of similar occurrences and gains in understanding for improving

numerical wave forecasts.

Keywords: wave storms, wind waves, wave modeling, wave climate

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

90

The considered severe wave storms [1] have been the two most

energetic measured by the XIOM (Xarxa d’Instruments

Oceanogràfics i Meteorològics) network since operational wave

prediction started as a joint venture between UPC-SMC (Universitat

Politècnica de Catalunya-Servei Meteorològic de Catalunya). The

analysis has been done using mean sea level pressure charts from

MetOffice, 500 hPa geopotencial and wind field results from the

meteorological model GFS (Global Forecasting System) [2]. The

observations come from waverider buoy in Tortosa Cape (50 m depth)

and some meteorological stations from the XMET (Xarxa

METeorològica) network deployed along the Catalan coast.

The first wave storm (November 9

th

and 17

th

2001) resulted from

the intense high pressure Atlantic center, moving toward the British

Islands. This causes first, a strong entrance of N and NE air ?uxes in

the NW Mediterranean. Nevertheless, the waves had significant wave

height (Hs) of 2.0 m from the NW, according to the wind direction

in?uenced by the orographic effect of the Ebre’s valley (NW-SE). The

wave field direction de?ects towards NE, reaching 3.0 m Hs (although

the wind direction remains from the NW). Then the cold air

contribution, especially in atmospheric high levels (500 hPa),

develops a low in the Balearic Sea supported by the relatively warm

autumn sea. By the 11

th

, the wave field takes an E direction and

reaching 5.5 m Hs in the Ebre’s Delta region. The quick movement of

the low-pressure center turns the wind to NE and N (NW direction in

Ebre’s Delta). However, the wave field remains E towards with Hs

higher than 3.0 m, but losing height and turning to NW in the Tortosa

Cape. Cold air ?uxes from the N feeds the low-pressure center,

leading to an intense gradient for some days in the Genova Gulf.

Later, the high-pressure center moves to the British Islands which

induces NE and E air ?uxes.

The wave field de?ects to E with 5.9 m Hs (the highest recorded in

10 years). The low’s feeding is then interrupted with a transversal

position of the high level pressure. However, air ?uxes from NE and

E with large fetch persists. This sequence keeps a NW strong wind in

the Ebre’s Delta area, and NE and E moderate, although persistent

winds during several days, in NW Mediterranean Sea. This situation

ended when the high pressure center moved back to an oceanic

position, stopping the eastern air ?uxes on the Catalan coast.

The second wave storm (March 28

th

and April 13

th

2002) was not

a single storm but a sequence of 3:

1. The initial one, with a blocking anticyclone moving from the

British Islands towards the Center of Europe. There was a strong wind

?ux (79.6 km/h in Porbou, 77.8 km/h in Barcelona, 65.5 km/h in Illa

de Buda) from E with a long fetch which inducing eastern waves with

3.0 m Hs. This situation lasted for 4 days.

2. Undefined surface pressure configuration co-existing with a

trough in the 500 hPa geopotencial level. This situation is prone to

ciclogenesis in the Mediterranean area, which ends up by generating

a subtropical low in the Alboran Sea. Wind and waves appear as a

response to the low center movement towards Italy. A high variability

in wind and in wave field can be observed. The new wave storm

evolves from S-E mild winds to moderate NE that becomes NW in the

Ebre’s Delta area. The corresponding wave field reached 3.0 m Hs

with E direction. The low dissipates in 4 days.

3. A high level cold air pool deepening generates a new surface low,

affecting the whole NW Mediterranean littoral area during 3 days,

leading waves coming from the E and reaching 3.0 m Hs.

After the analysis of both storms it is possible to assume that this

type of configuration is favorable for triggering such events since both

had a similar pattern (Fig.1). That the E winds are responsible for the

highest energy seas on the Catalan coast, as could be expected.

However the conditions of both severe wave storms are the result of

synoptic situations that flow in this E direction on the NW

Mediterranean. The common synoptic configuration features are:

• The initial positioning of an intense high-pressure area on the

British islands, leading to the NE and E air ?uxes on the Catalan

littoral.

• Mediterranean ciclogenesis due a to high level cold air pool

deepening and the passage of the resulting low in front of catalan

littoral. It generates E winds, except in Ebre’s Delta area where the

wind is coming from the NW due to orographic effects.

These results suggest a more detailed study of wave storm

development on the Catalan coast is necessary. It is evident that they

are associated to strong eastern events. However it is not well known

which synoptic atmospheric situations support such wind fields.

Moreover, it is necessary to analyze whether the most significant wave

storms always follow the same pattern. In order to provide an index

that allows an early warning for such situations with several days of

anticipation, well outside the time resolution of operational wave

models (WAM) [3].

References

1-Bolaños-Sanchez, R., Sanchez-Arcilla, A., Gomez, J., Vilaclara, E.,

Sairouni, A. 2003. Prediccion de sucesos extremos en la costa Catalana,

VII Jornadas españolas de Ingenieria de Costas y Puertos. Almeria 22-23

Mayo.

2-Kanamitsu, M., 1989. Description of the NMC global data

assimilation and forecast system. Wea. and Forecasting, 4: 335-342.

3-The WAMDI Group, 1988. The WAM Model:-A Third Generation

Ocean Wave Prediction Model, Journal of Physical Oceanography,

18:1775-1810.