Qué mueve a los huracanes?

Transcripción

1 Qué mueve a los huracanes? J. Rubén G. Cárdenas Los ciclones tropicales y los huracanes (un ciclón tropical puede dar lugar a un huracán si la velocidad de sus vientos alcanza cierta magnitud) ocasionan grandes pérdidas a las sociedades. Por ello se están haciendo esfuerzos muy serios para entender y poder predecir sus trayectorias y posibles consecuencias. Gracias a los recursos de cómputo con los que se cuenta actualmente, los científicos del clima se acercan cada vez más a modelar con mayor precisión estos fenómenos naturales; aunque quizá nunca lo logren a la perfección. Estos fenómenos permanecen como uno de los enigmas de la dinámica de fluidos, en parte porque son difíciles de observar y porque no se cuenta con la capacidad de simularlos en un laboratorio. A esto hay que añadir que, paradójicamente, los huracanes han recibido poca atención de los teóricos de la dinámica de fluidos, debido quizá a que plantean problemas de termodinámica complejos que involucran un amplio espectro de procesos de dinámica de fluidos como rotación, dinámica de flujos estratificados, condiciones de frontera, convección, interacción entre la atmósfera y el océano. Sin embargo, todos estos factores plantean problemas de investigación sumamente interesantes. Por qué existe una temporada de huracanes? La temporada principal del año en la que hay ciclones tropicales es el verano y el otoño: de julio a octubre para el hemisferio norte y de diciembre a marzo en el hemisferio sur. El pico que alcanzan estos fenómenos en verano u otoño se debe a que durante ese tiempo del año están presentes todos los ingredientes necesarios para la formación de ciclones tropicales: aguas del océano cálidas (por lo menos 26 o C), una atmósfera tropical que provoca fácilmente la convección que da lugar a las tormentas, baja cizalla; o sea, un aumento en la velocidad del viento horizontal a la altura de la tropósfera baja y una cantidad sustancial de circulación de aire disponible a gran escala, ya sea por las depresiones de un monzón o por sus ondas.

2 Aquí se muestra la cantidad de tormentas tropicales, huracanes y huracanes de mayor intensidad en los distintos meses del año. Imagen tomada de: Uno pensaría intuitivamente que los ciclones tropicales y por ende, los huracanes, alcanzan sus mayores magnitudes justo en el tiempo de la máxima radiación solar; es decir, a fines de junio en el hemisferio tropical del norte y a fines de diciembre para el hemisferio tropical del sur, pero toma varias semanas adicionales que los océanos puedan alcanzar temperaturas más elevadas. La circulación atmosférica en los trópicos debe alcanzar también su condición más favorable a los ciclones tropicales. El lapso de tiempo en que estos fenómenos alcanzan mayor magnitud es en realidad análogo al ciclo diario de las temperaturas del aire en la superficie terrestre: más caliente a media tarde, pero con la radiación solar más alta a mediodía. Qué determina el movimiento de los huracanes? El movimiento de los huracanes puede verse como compuesto por dos partes: 1) Mecanismos del medio circundante del huracán Advección del huracán por el flujo atmosférico (velocidad de los vientos, gradientes de presión etc.); es decir el transporte horizontal de cualquier elemento en la atmósfera por medio del movimiento del aire (viento) debido al mismo huracán. Por ejemplo, la advección del calor y la humedad en la atmósfera permiten que el flujo atmosférico que rodea al huracán, determine su movimiento. La advección dependerá de la estructura del vórtice (ver en Cienciorama: Cómo se forman los huracanes) y de las condiciones alrededor del huracán. 2) Mecanismos de propagación propios

3 La advección ambiental es normalmente el mecanismo dominante. En un marco barotrópico, que no es más que un sistema meteorológico en el que las superficies de temperatura y presión coinciden y entonces la temperatura es uniforme (no hay gradiente de temperatura sobre una superficie de presión constante), el movimiento de un huracán es básicamente modificado por la fuerza de Coriolis y el gradiente de vorticidad horizontal del flujo que lo rodea. En presencia de cizalla en el viento y de liberación de calor latente, un huracán tiende a moverse hacia un área donde se produzca un máximo en la vorticidad potencial; es decir, un huracán se moverá de acuerdo a la fuerza de Coriolis y al gradiente de temperatura 2. Entonces, los huracanes, en una primera aproximación, pueden concebirse como algo dirigido por el flujo del medio ambiente circundante a lo largo de toda la tropósfera: desde la superficie hasta cerca de los 12 km de altura. A veces se usa la analogía del movimiento de los ciclones tropicales y los huracanes con el de una hoja dirigida por corrientes en la corriente, excepto que en un huracán la corriente no tiene fronteras fijas. En las latitudes tropicales los ciclones tropicales y los huracanes se mueven generalmente hacia el oeste con un componente leve hacia el polo norte. Esto es porque allí existe un eje de alta presión llamado Alta Presión Subtropical (o cresta subtropical) que en la tormenta se extiende de este a oeste y hacia el polo Norte. En el lado ecuatorial de la Alta Presión Subtropical, generalmente prevalecen los vientos del este. La Alta presión Subtropical y su efecto en la trayectoria de los huracanes en el Océano Atlántico. Imagen tomada de:

4 La Alta Presión Subtropical delineada en rojo, y el huracán WILMA en azul, a la izquierda abajo. Imagen tomada de: lakeeriewx.com/meteo241/researchtopicfour/hurricanesteering.html Sin embargo, si la Alta Presión Subtropical es débil, muchas veces debido a una depresión en la Corriente del Chorro,3 el ciclón tropical puede girar hacia el polo Norte y entonces retornar hacia el este. En el lado que se extiende hacia el polo de la Alta Presión Subtropical, prevalecen los vientos en el oeste llevando al ciclón tropical de regreso al este. Estos vientos que van hacia el oeste son los mismos que traen normalmente los ciclones extra tropicales y huracanes con sus frentes fríos y calientes desde el oeste hasta el este. Los ciclones tropicales y huracanes son conducidos entonces, entre otras cosas, por las corrientes de viento prevalecientes que rodean a la tormenta. La tormenta se mueve en la dirección de estas corrientes y a su velocidad promedio. El movimiento de un huracán afecta la velocidad de los vientos que circulan alrededor del centro del mismo. En un lado de la tormenta, donde la circulación de los vientos y la tormenta entera están moviéndose en la misma dirección, la velocidad del viento aumenta por el movimiento hacia delante de la tormenta. En el lado opuesto de la tormenta, la velocidad de los vientos disminuye por el movimiento hacia a delante. Notas 1 Podemos considerar la vorticidad como una medida de la velocidad con la que rota cada partícula en un fluido. 2 La vorticidad potencial está dada como el producto de la vorticidad absoluta, que toma en cuenta el parámetro de la fuerza de Coriolis, en relación al gradiente de la temperatura. La vorticidad potencial indica que una parcela de aire puede incrementar su vorticidad absoluta mientras su estabilidad estática disminuye. La inestabilidad en un fluido

5 --en este caso la atmósfera--provoca que al introducir una perturbación muy pequeña en su seno, esta crezca significativamente; decimos entonces que se amplifica a medida que pasa el tiempo. Por el contrario, la estabilidad tiende a atenuar y a eliminar la presencia de cualquier perturbación que se haya introducido o generado en dicho sistema. 3. La corriente del Chorro es una corriente rápida de vientos del oeste a 11 km de altura y que da la vuelta al planeta en ambos hemisferios, tiene una velocidad mínima de 120 km/h y es casi horizontal. Se presenta en la atmósfera superior, con una longitud de varios miles de kilómetros, algunos cientos de kilómetros de anchura y un espesor del orden de tres km. Bibliografía Johnny C. L. Chan, The physics of tropical cyclone motion, Annual Review of Fluid Mechanics, enero de 2005, Vol. 37, pp Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory, Hurricane Research Division. En su página de Internet: