“El principal objetivo de la tesis fue investigar la degeneración de ondas internas gravitacionales de gran escala en un cuerpo fluido estratificado en dos capas y afectado por la rotación del medio, pensando en la estructura física que tienen los grandes lagos durante el periodo estival, como en el centro-sur de Chile, en donde la superficie del agua tiende a calentarse y a formar una capa cálida bien mezclada debido a la acción del viento sobre la superficie, y una capa profunda más fría que está débilmente afectada por la acción del viento”. Así lo explica el doctor Hugo Ulloa quien integró, en la realización de su tesis, mediciones experimentales realizadas en el laboratorio de Hidráulica Francisco Javier Domínguez, con experimentos numéricos de alto rendimiento, varios de las cuales se realizaron en la infraestructura del NLHPC (ECM-02) de la FCFM.
A partir de su investigación, a la fecha se han publicado dos artículos en la revista Journal of Fluid Mechanics, de alto prestigio en la comunidad internacional. También ha sido co-autor de otros dos artículos en revistas científicas de reconocimiento mundial.
Los profesores tutores de Hugo Ulloa fueron Yarko Niño y Alberto de la Fuente del Departamento de Ingeniería Civil, y Kraig Winters del instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California, San Diego; mientras que el resto de la comisión –el pasado 9 de octubre- la compuso Claudio Falcón del Departamento de Física, y Cristián Escauriaza del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la Universidad Católica.
Doctor Ulloa ¿por qué escogió cursar este programa de doctorado en la FCFM y qué experiencia rescataría de haberlo hecho en Chile?
Escogí el programa de Doctorado en Fluidodinámica en la FCFM porque creí que era la oportunidad de desarrollar ciencia aplicada en Chile, y en especial en mi Alma-Mater.
Hoy en día la mayoría de los estudiantes busca realizar estudios de doctorado en universidades extranjeras, principalmente anglosajonas; mi caso no fue así. Durante el pregrado resolví las dudas sobre cuáles eran mis áreas de interés, y me pude dar cuenta que en la FCFM hay mucho potencial científico (sus Académicos y estudiantes).
Mi área de interés es la fluidodinámica geofísica y ambiental, y en esa línea los grupos de investigación que integran el programa de Doctorado tienen mucho que decir. En particular, el grupo liderado por los profesor Yarko Niño y Alberto de la Fuente ha estado desarrollando proyectos en el área de Hidrodinámica de grandes lagos, que es un tema de alta importancia en otros países, y que en Chile ha estado cobrando relevancia. Esta sub-área de la Fluidodinámica (hidrodinámica de grandes cuerpos de agua continentales, tales como los lagos) está siendo desarrollada por una comunidad científica pequeña, y que suelen compartir proyectos de investigación cuando existen estudiantes de doctorado. Por lo que nosotros, los estudiantes, jugamos un importante labor, no solo desarrollando nuestros proyectos científicos en Chile, sino que también creando lazos científicos con otros grupos de investigación. Creí en este proyecto, y por eso tomé la decisión de desarrollar mi PhD en el programa de Fluidodinámica.
¿Cuál fue el objetivo de su tesis y qué conclusiones generales nos puede compartir?
El principal objetivo de la tesis fue investigar la degeneración de ondas internas gravitacionales de gran escala en un cuerpo fluido estratificado en dos capas y afectado por la rotación del medio, pensando en la estructura física que tienen los grandes lagos durante el periodo estival, como en el centro-sur de Chile, en donde la superficie del agua tiene a calentarse y a formar una capa cálida bien mezclada debido a la acción del viento sobre la superficie, y una capa profundo más fría que está débilmente afectada por la acción del viento.
Bajo este escenario de estratificación térmica, y cuando el viento que actúa sobre la superficie del agua alcanza altas intensidades, se pueden desarrollar ondas de gravedad tanto en la superficie, como en el interior de la columna de agua; estas últimas se desarrollan principalmente en la región que divide la capa de agua cálida de la capa de agua fría, denominada termoclina o metalimnio.
Estas ondas internas de gravedad pueden alcanzar amplitudes muy altas (fácilmente sobre 10 m) y tienen una alta capacidad de transferir propiedades físicas en la dirección vertical, como oxigeno, calor, nutrientes, biomasa, etc. Por lo tanto, es importante entender los mecanismos físicos que permiten que éstas se desarrollen y se desintegren porque tienen un efecto directo sobre los procesos biogeoquímicos en el interior del cuerpo de agua.
Nuestro estudio permitió caracterizar diferentes tipos de regímenes dinámicos y energéticos de las ondas internas gravitacionales mediante experimentos numéricos y de laboratorio. Los resultados han sido publicados en revistas científicas, conferencias internacionales y nacionales.
¿Cuáles son sus planes a continuación?
Acabo de partir a California, para comenzar un Postdoc en la Universidad de California, San Diego. Estaré trabajando en un grupo de investigación del Mechanical and Aerospace Engineering Department y Scripps Institution of Oceanography at UCSD, liderado por los Profesores Geno Pawlak y Sarah Giddings. Durante este periodo estaré trabajando en la investigación de la Hidrodinámica interna de Arrecifes de Corales.
Hoy en día, existe un alto interés en entender el comportamiento e interacción entre entre el medio fluido y corales. Diferentes investigaciones han evidenciado que los arrecifes de corales están perdiendo área, y esto podría deberse a posibles cambios en las condiciones físico-químicas del flujo que interactúan con los cuerpos corales. Estos cambios podrían estar directamente relacionados con temas calentamiento global y acidificación de los océanos. El proyecto busca estudiar estos procesos en dos laboratorios naturales que han sido instrumentos por el grupo de investigación, los arrecifes de Eilat en Israel y Oahu en Hawaii. Adicionalmente, el proyecto buscar estudiar las condiciones de circulación oceánicas entorno a las Islas Seychelles en el océano Indico, mediante simulación numérica y campañas de terreno.
Posterior al postdoc, espero encontrar una posición académica en la que pueda desarrollar temas de fluidodinámica ambiental y geofísica.
Artículos publicados de Hugo Ulloa
Ulloa, H. N., Winters, K.B., de la Fuente, A., & Niño, Y. 2015. Degeneration of internal Kelvin waves in a continuous two-layer stratification. Journal of Fluid Mechanics, 777(8): 68-96.
Ulloa, H., de la Fuente, A., & Niño, Y. 2014. An experimental study of the free evolution of rotating, nonlinear internal gravity waves in a two-layer stratified fluid. Journal of Fluid Mechanics, 742(3): 308-339.
Rozas, C., de la Fuente, A., Ulloa, H., Davies, P., & Niño, Y. 2014. Quantifying the effect of wind on internal wave resonance in Lake Villarrica, Chile. Environmental Fluid Mechanics, 14(4): 849-871.
De la Fuente, A., Meruane, C., Contreras, M., Ulloa, H., & Niño., Y. 2010. Strong vertical mixing of deep water of a stratied reservoir during the Maule earthquake, Central Chile (Mw 8.8). Geophys. Res. Lett., 37: L24608, doi:10.1029/2010GL045798.