Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

117

ASTRONOMICAL AND METEOROLOGICAL TIDE DESCRIPTION IN THE CATALAN COAST.

López J.

1*

, Espino M.

1

, Martínez-Benjamín J.J.

2

, Sánchez-Arcilla A.

1

1

Laboratori d’Enginyeria Marítima, Universitat Politècnica de Catalunya, Campus Nord, Mòdul D1, c/ Jordi Girona 1-3, 

08034 Barcelona, Spain - * jaime.lopez-marco@upc.es

2

Departamento de Física Aplicada. , Universitat Politècnica de Catalunya, Campus Nord, Mòdul D1, c/ Jordi Girona 1-3, 

08034 Barcelona, Spain

Abstract

Due to small tidal induced sea level variations [1], the Mediterranean Sea is an attractive site to calibrate and validate altimeter data from

the TOPEX/POSEIDON and JASON satellites. Hence, the need to determine accurate sea level variations and to better estimate different

components that contribute to sea level variability. The objectives of this study are therefore, to associate sea level variations with

astronomical tide, to determine and to quantify the atmospheric forcing that cause these sea level variations. 

Keywords: sea-level, Mediterranean, tides.

Introduction

Time series of sea level in the Catalan Sea, provided by the

l’Estartit harbour tide-gauge, operational since 1990, and the XIOM

net tide-gauges set in la Ampolla and San Carles de la Ràpita harbours

both operational since 1997, was used. From these time series the

study of sea level variation was divided in several phases. 

The first phase consists in following the evolution of the mean

daily, monthly and annual sea level values. Second phase includes the

harmonic analysis of the tide-gauges data to determine the harmonic

components of the astronomical tide. After obtaining a tide prediction

and a meteorological residual, an analysis to compare residual with

the atmospheric pressure effect, known as inverted barometer effect,

was made. In the dates that, the previous effect, did not adjust to the

residual, a wind analysis will take place, in order to determine the

cause of this non-pressure residual.

Mean daily, monthly and annual value analysis

From these analyses, there are two interesting conclusions to

comment. An annual cycle of sea level with maximum mean sea level

values in autumn (October and November) and the minimum mean

values in winter (February and March). This annual cycle can be

explained by the steric component, ocean dynamics and upper layer

heat variability as commented in [2].

Moreover, we can also observe a small ascent of the annual mean

sea level in the Catalan Coast through the years, although we can find

two abnormally high mean sea levels for the years 1996 and 1997.

Tidal harmonic components analysis

From a least-squares fit between the time series and the frequencies

associated to the astronomical movements, done with the Foreman

method [3] and with the T_TIDE program [4], the amplitudes and

phases of the harmonic tidal constants have been found and

quantified. The same has been done with 95% confidence interval for

both amplitude and phases of the harmonic tidal components. The

most important harmonic components found for the Catalan Coast

are, in decreasing importance order: M2, K1, O1, P1, S2 and N2

(Table1). The amplitudes associated to each one of the previous

components are smaller than 5 cm. We can also find large period

components with similar amplitude order than M2 component.

The components with semidiurnal frequencies have an interesting

behaviour. The amplitudes associated to these components increase

their values from South to North along the Catalan Coast. However

the diurnal components do not present a clear behaviour and remain

near constant values along the Catalan Coast. This behaviour is also

observed in other tide-gauges [5]. This change in the amplitudes of the

semidiurnal harmonic components produces a change in the Form

Factor (F) value, 

which increases its value southward.

Once we have the amplitudes and phases of the harmonic

components, we can predict the tide. This prediction fits quite well to

the real measured sea level time series. But there is a difference

between them, this difference is known as meteorological tide, and

can be caused by atmospheric forcing like atmospheric pressure or

wind stress.

Inverted Barometer Effect and wind stress analysis

With the atmospheric pressure data obtained from the

meteorological stations placed very close to the tide-gauges, the

inverted barometer effect [6] has been calculated to obtain the relation

with the meteorological residual. There is a clear relation and a good

fit between both, meteorological residual and inverted barometer

effect, nevertheless there are still some periods in which the difference

between the two parameters are still important.

To determine the cause of these differences, it is necessary to

analyse the wind systems of those periods to obtain the main

direction, mean velocity and hence, the wind stress in each period.

The goal of this study is to calculate the relation between the wind

stress and the remaining meteorological residual. All this work will

allow us to know the effect of the distinct storms in the Catalan Coast

and to be able to forecast with great accuracy sea level changes in this

part of the Mediterranean Sea.

References

[1]Tsimplis, N.T., Proctor, R. and Flather, R.A., 1995. A two-dimensional

tidal model for the Mediterranean Sea. J. Geophys. Res.,100(C8) 16: 223-

16,239. 

[2]Bouzinac, C. J. Font, and J. Johannessen, 2003. Annual cycles of sea

level and sea surface temperature in the western Mediterranean Sea. J.

Geophys. Res.,108(C3): 3059.

[3]Foreman M. G.G., 1979. Manual for tidal heights analysis and

prediction, Pacific Marine science report 77-10, Institute of Ocean

Sciencies, Patricia Bay, Victoria, B.C.

[4]Pawlowicz, R., B. Beardsley, and S. Lentz, 2002. “Classical Tidal

“Harmonic Analysis Including Error Estimates in MATLAB using

T_TIDE”, Computers and Geosciences, 28: 929-937.

[5]Annual Reports of the Spanish tides from Ente Público Puertos del

Estado. www.puertos.es.

[6]Le Traon, P-Y. and Gauzelin, P., 1997. Response of the Mediterranean

mean sea level to atmospheric pressure forcing. J. Geophys. Res.,102(C1):

973-984.

)

2

(

)

2

(

)

1

(

)

1

(

S

A

M

A

O

A

K

A

F

+

+

=