El Experimento de Cambio de Intensidad y Banda de Lluvia de Huracanes ( RAINEX ) es un proyecto para mejorar el pronóstico de la intensidad de los huracanes mediante la medición de las interacciones entre las bandas de lluvia y las paredes del ojo de los ciclones tropicales . El experimento se planeó para la temporada de huracanes del Atlántico de 2005. Esta coincidencia de RAINEX con la temporada de huracanes del Atlántico de 2005 condujo al estudio y exploración de los infames huracanes Katrina , Ophelia y Rita . Mientras que el huracán Katrina y el huracán Rita [1] causarían daños importantes en la costa del Golfo de EE. UU ., el huracán Ophelia proporcionó un contraste interesante con estos poderosos ciclones, ya que nunca se desarrolló más allá de una categoría 1.
El proyecto RAINEX fue una colaboración entre la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra (RSMAS) de la Universidad de Miami , el Departamento de Ciencias Atmosféricas de la Universidad de Washington , la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y la Oficina de Investigación Naval de la Marina de los Estados Unidos . El objetivo de la investigación fue estudiar el mecanismo por el cual ocurre el ciclo de reemplazo de la pared del ojo del huracán . Afortunadamente para el bien de la investigación, uno de esos casos de reemplazo de la pared del ojo ocurrió durante el estudio del huracán Rita . En los ciclones tropicales, la velocidad máxima del viento de la tormenta, que se produce en la pared del ojo, es un indicador principal de su fuerza general, lo que es importante para predecir la intensidad general. Justo más allá de esta pared del ojo hay un foso que separa las bandas de lluvia internas (eventualmente la pared del ojo externa) de la pared del ojo (interna). Una mejor comprensión de la dinámica de esta región antes y durante el reemplazo de la pared del ojo podría ayudar a realizar mejores predicciones de intensidad.
El objetivo principal de RAINEX era llevar a cabo esta tarea mediante el estudio de las fluctuaciones de la intensidad de las tormentas, tal como se ven influenciadas por las interacciones entre el ojo, las paredes del ojo y las bandas de lluvia de un ciclón tropical. Anteriormente, la predicción de la intensidad de los ciclones tropicales se basaba en gran medida en la temperatura de la superficie del mar y la dinámica de la atmósfera superior . Estos factores son útiles para predecir el potencial máximo de un ciclón tropical. Sin embargo, dado que la intensidad de una tormenta sufre grandes fluctuaciones diarias, por lo general no se alcanza la intensidad máxima posible de un ciclón.
La mayoría de los huracanes presentan una pared ocular definida y bandas de lluvia en espiral fuera del ojo. Se sabía que estas bandas de lluvia en espiral eran estructuras complejas que poseen núcleos convectivos profundos enredados en nubes precipitantes de baja altitud. [2]
El ojo o núcleo de un ciclón tropical se caracteriza por una baja presión que hace que el aire cálido se eleve en espiral y se eleve hasta la atmósfera . Un ciclón tropical suele desarrollar un ojo definido cuando los vientos máximos sostenidos de la tormenta alcanzan y superan los 120 km/h. Un ojo bien formado es un buen indicador de la intensidad general debido a un aumento de la velocidad de rotación cuando disminuye la distancia entre las partículas en movimiento y el centro del vórtice. El momento angular asociado con el ciclón tropical puede explicar este fenómeno.
El momento angular de una partícula con masa, m con respecto al origen, r , se puede dar por
Cuando r disminuye (la distancia entre la partícula en movimiento y el centro del vórtice), la masa de esta partícula, m, permanece igual y el momento angular, L , se conserva. Por lo tanto, la velocidad de rotación de la partícula debe aumentar. En los ciclones tropicales, cuando el ojo se contrae, la velocidad del viento aumenta. Otro ejemplo de esta intensificación se puede ver en el patinaje artístico . Cuando un patinador artístico que gira lleva sus brazos hacia el pecho mientras gira, la distancia entre las manos del patinador y su momento angular se conserva, pero su velocidad de rotación, v , aumenta.
Tres aviones P-3 Orion fueron desplegados durante 13 vuelos en los huracanes Katrina, Rita y Ophelia. Dos de los aviones WP-3D eran propiedad de la NOAA y estaban operados por ella y se denominaban N42 y N43. El P-3 N42 estaba equipado con una antena plana fija de proa y popa que servía como radar meteorológico Doppler de doble haz . El P-3, N43 estaba equipado con una antena parabólica simple que podía funcionar como un radar Doppler dual alternando la dirección de escaneo (una vez más entre proa y popa). Estos aviones de la NOAA podían alcanzar una resolución horizontal de 1,5 km. El tercer P-3, NRL, estaba equipado con un ELDORA (radar Doppler Electra) y fue el primer ELDORA utilizado en la obtención de imágenes de ciclones tropicales. Además de los radares, cada avión estaba equipado con una gran cantidad de sondas que se desplegarían cada 5 a 10 minutos (aproximadamente 30 a 65 km en la trayectoria de vuelo). Durante el huracán Katrina, se desplegaron 302 sondas, durante Ophelia 462 y Rita 503. Una descripción detallada de las especificaciones de las sondas se puede encontrar en Hock y Franklin 1999. La aeronave transmitió toda la información recopilada por estos instrumentos al centro de operaciones RAINEX (ROC) en RSMAS durante el vuelo para que el equipo de tierra pronosticara el desarrollo del ciclón tropical mientras las tripulaciones de vuelo estaban en el aire y después.
El experimento implicó un modelo numérico de alta resolución de la estructura interna del vórtice y la recopilación de datos por parte de tres aviones P3 Orion equipados con un radar meteorológico Electra Doppler de doble haz y una cobertura intensiva con sondas . Estos aviones estaban basados en el Centro de Operaciones de Aeronaves (AOC) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) en la Base de la Fuerza Aérea MacDill en Tampa, Florida. [3] Todos los vuelos fueron controlados desde el centro de operaciones RAINEX (ROC) en la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra (RSMAS) en la Universidad de Miami . El posanálisis debía incluir simulaciones de modelos de alta resolución de los datos recopilados en vuelo en el sistema de modelado atmósfera-ola-océano RSMAS.
A medida que se recogían los datos sobre el terreno, las comunicaciones por satélite transmitían la información desde las aeronaves al Centro de Operaciones RAINEX en RSMAS. Para determinar qué días eran adecuados para el vuelo, los investigadores principales , los pronosticadores, los pilotos y el personal de ingeniería de las instalaciones mantenían una conferencia telefónica diaria que se originaba en el centro RSMAS en Miami, Florida . Con base en el pronóstico de la evolución del ciclón tropical durante el tiempo de vuelo propuesto, los investigadores principales desarrollaban un plan de vuelo para el día. Los patrones de vuelo normalmente seguían uno de dos planes, aceptando casos especiales. El Plan A se seleccionaba normalmente cuando las aeronaves iban a llegar durante un tiempo sin reemplazo de la pared del ojo. El Plan B se empleaba cuando se esperaba que el reemplazo de la pared del ojo ocurriera durante el vuelo. Por ejemplo, durante el vuelo hacia el huracán Rita se estaba formando una segunda pared del ojo y se ejecutó el Plan B.
Debido a que RAINEX se planeó con anticipación a la temporada de huracanes del Atlántico de 2005, voló hacia el huracán Katrina, entre otras tormentas. El huracán Katrina siguió una trayectoria muy similar a la de una tormenta posterior en esta temporada (el huracán Rita); sin embargo, el Katrina no sufrió un reemplazo de la pared del ojo durante su estadía en el Golfo de México . Los vuelos de RAINEX hacia el huracán Katrina se realizaron el 25, 26, 27, 28 y 29 de agosto de 2005. Estos vuelos siguieron la tormenta a lo largo de su desarrollo desde un ciclón tropical hasta un huracán de categoría 5.
El huracán Ophelia fue una tormenta interesante de documentar debido a su larga duración y a las considerables fluctuaciones en su fuerza a lo largo de su existencia. [4] Los vuelos de RAINEX al huracán Ophelia ocurrieron el 6, 9 y 11 de septiembre de 2005.
El huracán Rita en el Golfo de México siguió al devastador huracán Katrina. El huracán Rita experimentó un reemplazo de la pared del ojo mientras estaba en el Golfo de México, donde la tormenta pasó de una categoría 5 en la Escala de vientos de huracanes Saffir-Simpson a una tormenta de categoría 3 al tocar tierra. [5] Los vuelos RAINEX en el huracán Rita se realizaron el 20, 21, 22 y 23 de septiembre de 2005. Estos vuelos observaron la rápida evolución del huracán Rita de un huracán de categoría 1 a uno de categoría 5 y, finalmente, a través de su ciclo de reemplazo de la pared del ojo y debilitamiento.
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