El ojo es una región de clima mayormente tranquilo en el centro de un ciclón tropical . El ojo de una tormenta es un área aproximadamente circular, típicamente de 30 a 65 kilómetros (19 a 40 millas; 16 a 35 millas náuticas) de diámetro. Está rodeado por la pared del ojo , un anillo de tormentas eléctricas imponentes donde se producen el clima más severo y los vientos más fuertes del ciclón. La presión barométrica más baja del ciclón se produce en el ojo y puede ser hasta un 15 por ciento más baja que la presión fuera de la tormenta. [1]
En los ciclones tropicales fuertes, el ojo se caracteriza por vientos suaves y cielos despejados, rodeados por todos lados por una pared del ojo imponente y simétrica. En los ciclones tropicales más débiles, el ojo está menos definido y puede estar cubierto por el denso cielo nublado central , un área de nubes altas y espesas que se ven brillantes en las imágenes satelitales . Las tormentas más débiles o desorganizadas también pueden presentar una pared del ojo que no rodea completamente el ojo o tener un ojo que presenta lluvia intensa. En todas las tormentas, sin embargo, el ojo es donde la lectura del barómetro es más baja. [1] [2]
Un ciclón tropical típico tiene un ojo de aproximadamente 30 a 65 km (20 a 40 mi) de ancho en el centro geométrico de la tormenta. El ojo puede estar despejado o tener nubes bajas dispersas (un ojo despejado ), puede estar lleno de nubes bajas y medias (un ojo lleno ) o puede estar oscurecido por la densa capa nublada central. Sin embargo, hay muy poco viento y lluvia, especialmente cerca del centro. Esto contrasta marcadamente con las condiciones en la pared del ojo, que contiene los vientos más fuertes de la tormenta. [3] Debido a la mecánica de un ciclón tropical , el ojo y el aire directamente sobre él son más cálidos que sus alrededores. [4]
Aunque normalmente son bastante simétricos, los ojos pueden ser oblongos e irregulares, especialmente en tormentas que se debilitan. Un ojo grande y desgarrado es un ojo no circular que parece fragmentado y es un indicador de un ciclón tropical débil o que se está debilitando. Un ojo abierto es un ojo que puede ser circular, pero la pared del ojo no lo rodea por completo, lo que también indica un ciclón que se está debilitando y que carece de humedad o uno débil pero que se está fortaleciendo. Ambas observaciones se utilizan para estimar la intensidad de los ciclones tropicales mediante el análisis de Dvorak . [5] Las paredes del ojo suelen ser circulares; sin embargo, ocasionalmente se presentan formas claramente poligonales que van desde triángulos hasta hexágonos. [6]
Mientras que las tormentas maduras típicas tienen ojos de varias decenas de millas de diámetro, las tormentas que se intensifican rápidamente pueden desarrollar un ojo extremadamente pequeño, transparente y circular, a veces denominado ojo estenopeico . Las tormentas con ojos estenopeicos son propensas a grandes fluctuaciones en la intensidad y generan dificultades y frustraciones para los pronosticadores. [7]
Los ojos pequeños o minúsculos (aquellos de menos de diez millas náuticas [19 km], 12 mi) de diámetro suelen desencadenar ciclos de reemplazo de la pared del ojo, en los que comienza a formarse una nueva pared del ojo fuera de la pared del ojo original. Esto puede ocurrir en cualquier lugar entre quince y cientos de kilómetros (diez a unos pocos cientos de millas) fuera del ojo interior. La tormenta luego desarrolla dos paredes del ojo concéntricas , o un "ojo dentro de un ojo". En la mayoría de los casos, la pared del ojo exterior comienza a contraerse poco después de su formación, lo que obstruye el ojo interior y deja un ojo mucho más grande pero más estable. Si bien el ciclo de reemplazo tiende a debilitar las tormentas a medida que ocurren, la nueva pared del ojo puede contraerse bastante rápido después de que la antigua se disipa, lo que permite que la tormenta vuelva a fortalecerse. Esto puede desencadenar otro ciclo de fortalecimiento de reemplazo de la pared del ojo. [8]
Los ojos pueden variar en tamaño desde 370 km (230 mi) ( tifón Carmen ) [9] hasta apenas 3,7 km (2,3 mi) ( huracán Wilma ) de ancho. [10] Si bien es poco común que las tormentas con ojos grandes se vuelvan muy intensas, ocurre, especialmente en huracanes anulares . El huracán Isabel fue el undécimo huracán más poderoso del Atlántico Norte en la historia registrada , y mantuvo un ojo ancho (de 65 a 80 km (40 a 50 mi)) durante un período de varios días. [11]
Los ciclones tropicales se forman típicamente a partir de áreas grandes y desorganizadas de clima alterado en regiones tropicales. A medida que se forman y se acumulan más tormentas eléctricas, la tormenta desarrolla bandas de lluvia que comienzan a girar alrededor de un centro común. A medida que la tormenta gana fuerza, se forma un anillo de convección más fuerte a cierta distancia del centro de rotación de la tormenta en desarrollo. Dado que las tormentas eléctricas más fuertes y las lluvias más intensas marcan áreas de corrientes ascendentes más fuertes , la presión barométrica en la superficie comienza a caer y el aire comienza a acumularse en los niveles superiores del ciclón. [12] Esto da como resultado la formación de un anticiclón de nivel superior , o un área de alta presión atmosférica por encima del denso cielo nublado central. En consecuencia, la mayor parte de este aire acumulado fluye hacia afuera de manera anticiclónica por encima del ciclón tropical. Fuera del ojo en formación, el anticiclón en los niveles superiores de la atmósfera mejora el flujo hacia el centro del ciclón, empujando el aire hacia la pared del ojo y causando un bucle de retroalimentación positiva . [12]
Sin embargo, una pequeña porción del aire acumulado, en lugar de fluir hacia afuera, fluye hacia adentro, hacia el centro de la tormenta. Esto hace que la presión del aire aumente aún más, hasta el punto en que el peso del aire contrarresta la fuerza de las corrientes ascendentes en el centro de la tormenta. El aire comienza a descender en el centro de la tormenta, creando una zona prácticamente sin lluvia: un nuevo ojo. [12]
Muchos aspectos de este proceso siguen siendo un misterio. Los científicos no saben por qué se forma un anillo de convección alrededor del centro de circulación en lugar de encima de él, o por qué el anticiclón de nivel superior expulsa solo una parte del exceso de aire por encima de la tormenta. Existen muchas teorías sobre el proceso exacto por el que se forma el ojo: lo único que se sabe con certeza es que el ojo es necesario para que los ciclones tropicales alcancen altas velocidades de viento. [12]
La formación de un ojo es casi siempre un indicador de la creciente organización y fuerza de un ciclón tropical. Por este motivo, los meteorólogos observan de cerca las tormentas en desarrollo para detectar signos de formación de un ojo. [ cita requerida ]
En el caso de las tormentas con un ojo despejado, la detección del ojo es tan sencilla como mirar imágenes de un satélite meteorológico . Sin embargo, en el caso de las tormentas con un ojo lleno, o un ojo completamente cubierto por la densa capa central nublada, se deben utilizar otros métodos de detección. Las observaciones desde barcos y cazadores de huracanes pueden localizar un ojo visualmente, buscando una caída en la velocidad del viento o la falta de lluvia en el centro de la tormenta. En los Estados Unidos, Corea del Sur y algunos otros países, una red de estaciones de radar meteorológico Doppler NEXRAD puede detectar ojos cerca de la costa. Los satélites meteorológicos también llevan equipos para medir el vapor de agua atmosférico y las temperaturas de las nubes, que se pueden utilizar para detectar un ojo en formación. Además, los científicos han descubierto recientemente que la cantidad de ozono en el ojo es mucho mayor que la cantidad en la pared del ojo, debido al aire que desciende desde la estratosfera rica en ozono. Los instrumentos sensibles al ozono realizan mediciones, que se utilizan para observar columnas de aire que suben y bajan, y proporcionan una indicación de la formación de un ojo, incluso antes de que las imágenes satelitales puedan determinar su formación. [13]
Un estudio satelital descubrió que se detectan ojos en promedio durante 30 horas por tormenta. [14]
Los ciclos de reemplazo de la pared del ojo , también llamados ciclos concéntricos de la pared del ojo , ocurren naturalmente en ciclones tropicales intensos, generalmente con vientos mayores a 185 km/h (115 mph), o huracanes importantes (categoría 3 o superior en la escala de huracanes Saffir-Simpson ). Cuando los ciclones tropicales alcanzan esta intensidad, y la pared del ojo se contrae o ya es suficientemente pequeña (ver arriba), algunas de las bandas de lluvia externas pueden fortalecerse y organizarse en un anillo de tormentas eléctricas –una pared del ojo externa– que lentamente se mueve hacia adentro y priva a la pared del ojo interna de su humedad y momento angular necesarios . Dado que los vientos más fuertes se localizan en la pared del ojo de un ciclón, el ciclón tropical generalmente se debilita durante esta fase, ya que la pared interna es "estrangulada" por la pared externa. Finalmente, la pared del ojo externa reemplaza a la interna por completo, y la tormenta puede volver a intensificarse. [8]
El descubrimiento de este proceso fue parcialmente responsable del fin del experimento de modificación de huracanes del gobierno de los EE. UU., el Proyecto Stormfury . Este proyecto se propuso sembrar nubes fuera de la pared del ojo, lo que provocó la formación de una nueva pared del ojo y debilitó la tormenta. Cuando se descubrió que se trataba de un proceso natural debido a la dinámica de los huracanes, el proyecto se abandonó rápidamente. [8]
Las investigaciones muestran que el 53 por ciento de los huracanes intensos experimentan al menos uno de estos ciclos durante su existencia. [15] El huracán Allen en 1980 pasó por repetidos ciclos de reemplazo de la pared del ojo, fluctuando entre la categoría 5 y la categoría 4 en la escala Saffir-Simpson varias veces, mientras que el huracán Juliette (2001) es un caso documentado de triple pared del ojo. [15]
Un foso en un ciclón tropical es un anillo transparente fuera de la pared del ojo, o entre paredes del ojo concéntricas, caracterizado por hundimiento (aire que desciende lentamente) y poca o ninguna precipitación. El flujo de aire en el foso está dominado por los efectos acumulativos de estiramiento y cizallamiento . El foso entre las paredes del ojo es un área en la tormenta donde la velocidad de rotación del aire cambia mucho en proporción a la distancia desde el centro de la tormenta; estas áreas también se conocen como zonas de filamentación rápida . Estas áreas pueden encontrarse potencialmente cerca de cualquier vórtice de suficiente fuerza, pero son más pronunciadas en ciclones tropicales fuertes. [16]
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Los mesovórtices de la pared del ojo son estructuras rotacionales de pequeña escala que se encuentran en las paredes del ojo de ciclones tropicales intensos. Son similares, en principio, a los pequeños "vórtices de succión" que se observan a menudo en tornados con múltiples vórtices . [17] En estos vórtices, las velocidades del viento pueden ser mayores que en cualquier otro lugar de la pared del ojo. [18] Los mesovórtices de la pared del ojo son más comunes durante los períodos de intensificación de los ciclones tropicales. [17]
Los mesovórtices de la pared del ojo suelen mostrar un comportamiento inusual en los ciclones tropicales. Por lo general, giran alrededor del centro de baja presión, pero a veces permanecen estacionarios. Incluso se ha documentado que los mesovórtices de la pared del ojo cruzan el ojo de una tormenta. Estos fenómenos se han documentado mediante observaciones [19] , experimentos [17] y teorías [20] .
Los mesovórtices de la pared del ojo son un factor significativo en la formación de tornados después de que un ciclón tropical toca tierra. Los mesovórtices pueden generar rotación en celdas convectivas individuales o corrientes ascendentes (un mesociclón ), lo que conduce a la actividad tornadica. Al tocar tierra, se genera fricción entre la circulación del ciclón tropical y la tierra. Esto puede permitir que los mesovórtices desciendan a la superficie, causando tornados. [21] Estas circulaciones tornadicas en la capa límite pueden prevalecer en las paredes internas del ojo de ciclones tropicales intensos, pero debido a su corta duración y tamaño pequeño, no se observan con frecuencia. [22]
El efecto estadio es un fenómeno que se observa en ciclones tropicales fuertes. Es un fenómeno bastante común, en el que las nubes de la pared del ojo se curvan hacia afuera desde la superficie con la altura. Esto le da al ojo una apariencia similar a la de un estadio deportivo desde el aire. Un ojo siempre es más grande en la parte superior de la tormenta y más pequeño en la parte inferior de la misma porque el aire ascendente en la pared del ojo sigue isolíneas de igual momento angular , que también se inclinan hacia afuera con la altura. [23] [24] [25]
En los ciclones tropicales que se intensifican, se suele encontrar una estructura similar a un ojo. De manera similar al ojo que se observa en los huracanes o tifones, se trata de una zona circular en el centro de circulación de la tormenta en la que no hay convección. Estas características similares a un ojo se encuentran con mayor frecuencia en tormentas tropicales que se intensifican y huracanes de categoría 1 en la escala Saffir-Simpson. Por ejemplo, se encontró una estructura similar a un ojo en el huracán Beta cuando la tormenta tenía velocidades máximas de viento de solo 80 km/h (50 mph), muy por debajo de la fuerza de un huracán. [26] Las características normalmente no son visibles en longitudes de onda visibles o infrarrojas desde el espacio, aunque se ven fácilmente en imágenes satelitales de microondas . [27] Su desarrollo en los niveles medios de la atmósfera es similar a la formación de un ojo completo, pero las características pueden estar desplazadas horizontalmente debido a la cizalladura vertical del viento. [28] [29]
Aunque el ojo es, con diferencia, la parte más tranquila y silenciosa de la tormenta (al menos en tierra), sin viento en el centro y con cielos normalmente despejados, es posiblemente la zona más peligrosa del océano. En la pared del ojo, las olas impulsadas por el viento viajan todas en la misma dirección. En el centro del ojo, sin embargo, las olas convergen desde todas las direcciones, creando crestas erráticas que pueden acumularse unas sobre otras para convertirse en olas gigantes . Se desconoce la altura máxima de las olas de un huracán, pero las mediciones realizadas durante el huracán Iván, cuando era un huracán de categoría 4, estimaron que las olas cerca de la pared del ojo superaban los 40 m (130 pies) desde el pico hasta el valle. [30]
Un error común, especialmente en áreas donde los huracanes no son comunes, es que los residentes salgan de sus casas para inspeccionar los daños mientras pasa el ojo tranquilo, solo para ser tomados por sorpresa por los vientos violentos en la pared opuesta del ojo. [31]
Aunque sólo los ciclones tropicales tienen estructuras denominadas oficialmente "ojos", hay otros sistemas meteorológicos que pueden exhibir características similares a los ojos. [1] [32]
Las depresiones polares son sistemas meteorológicos de mesoescala , normalmente de menos de 1000 km (600 mi) de diámetro, que se encuentran cerca de los polos . Al igual que los ciclones tropicales, se forman sobre aguas relativamente cálidas y pueden presentar convección profunda y vientos con fuerza de vendaval o mayor. Sin embargo, a diferencia de las tormentas de naturaleza tropical, prosperan en temperaturas mucho más frías y en latitudes mucho más altas. También son más pequeñas y duran menos tiempo, y pocas duran más de un día o más. A pesar de estas diferencias, pueden ser muy similares en estructura a los ciclones tropicales, presentando un ojo claro rodeado por una pared del ojo y bandas de lluvia y nieve. [33]
Los ciclones extratropicales son áreas de baja presión que existen en el límite de diferentes masas de aire . Casi todas las tormentas que se encuentran en latitudes medias son de naturaleza extratropical, incluidas las clásicas tormentas del noreste de América del Norte y las tormentas de viento europeas . Las más severas de estas pueden tener un "ojo" claro en el sitio de menor presión barométrica, aunque generalmente está rodeado por nubes más bajas, no convectivas y se encuentra cerca del extremo posterior de la tormenta. [34]
Los ciclones subtropicales son sistemas de baja presión con algunas características extratropicales y algunas características tropicales. Como tal, pueden tener un ojo sin ser verdaderamente tropicales por naturaleza. Los ciclones subtropicales pueden ser muy peligrosos, generando vientos y mares fuertes, y a menudo evolucionan hacia ciclones completamente tropicales. Por esta razón, el Centro Nacional de Huracanes comenzó a incluir tormentas subtropicales en su esquema de nombres en 2002. [35]
Los tornados son tormentas destructivas de pequeña escala que producen los vientos más rápidos de la Tierra. Hay dos tipos principales: tornados de un solo vórtice, que consisten en una sola columna de aire giratoria, y tornados de múltiples vórtices , que consisten en pequeños "vórtices de succión", que se parecen a los minitornados, todos girando alrededor de un centro común. Se teoriza que ambos tipos de vórtices contienen ojos tranquilos. Estas teorías están respaldadas por observaciones de velocidad Doppler por radar meteorológico y relatos de testigos oculares. [36] [37] También se ha demostrado que ciertos tornados de un solo vórtice son relativamente claros cerca del vórtice central, visibles por débiles retornos dBZ ( reflectividad ) vistos en radar móvil , además de contener velocidades de viento más lentas. [38]
En noviembre de 2006, la NASA informó de que la sonda Cassini había observado una tormenta "similar a un huracán" bloqueada en el polo sur de Saturno con una pared ocular claramente definida. La observación fue especialmente notable porque nunca antes se habían visto nubes con pared ocular en ningún otro planeta que no fuera la Tierra (incluido el fracaso de la sonda Galileo en observar una pared ocular en la Gran Mancha Roja de Júpiter ). [39] En 2007, la misión Venus Express de la Agencia Espacial Europea observó que unos vórtices muy grandes en ambos polos de Venus tenían una estructura de ojo dipolar. [40]
