La ciclogénesis tropical es el desarrollo y fortalecimiento de un ciclón tropical en la atmósfera . [1] Los mecanismos a través de los cuales ocurre la ciclogénesis tropical son claramente diferentes de aquellos a través de los cuales ocurre la ciclogénesis templada . La ciclogénesis tropical implica el desarrollo de un ciclón de núcleo cálido , debido a una convección significativa en un ambiente atmosférico favorable. [2]
La ciclogénesis tropical requiere seis factores principales: temperaturas de la superficie del mar suficientemente cálidas (al menos 26,5 °C (79,7 °F)), inestabilidad atmosférica, alta humedad en los niveles inferiores a medios de la troposfera , suficiente fuerza de Coriolis para desarrollar un centro de baja presión. , un foco o perturbación de bajo nivel preexistente y una baja cizalladura vertical del viento . [3]
Los ciclones tropicales tienden a desarrollarse durante el verano, pero se han observado casi todos los meses en la mayoría de las cuencas . Los ciclos climáticos como ENSO y la oscilación Madden-Julian modulan el momento y la frecuencia del desarrollo de los ciclones tropicales. [4] [5] La intensidad potencial máxima es un límite de la intensidad de un ciclón tropical que está fuertemente relacionado con la temperatura del agua a lo largo de su trayectoria. [6]
Anualmente se forman en todo el mundo un promedio de 86 ciclones tropicales de intensidad de tormenta tropical. De ellos, 47 alcanzan una fuerza superior a 119 km/h (74 mph) y 20 se convierten en ciclones tropicales intensos (al menos intensidad de categoría 3 en la escala Saffir-Simpson ). [7]
Hay seis requisitos principales para la ciclogénesis tropical: temperaturas superficiales del mar suficientemente cálidas, inestabilidad atmosférica, alta humedad en los niveles bajos y medios de la troposfera , suficiente fuerza de Coriolis para sostener un centro de baja presión, un foco o perturbación de bajo nivel preexistente y baja cizalladura vertical del viento . [3] Si bien estas condiciones son necesarias para la formación de un ciclón tropical, no garantizan que se forme un ciclón tropical. [3]
Normalmente, una temperatura del océano de 26,5 °C (79,7 °F) que se extiende a lo largo de al menos 50 metros de profundidad se considera la mínima para mantener un ciclón tropical . [3] Estas aguas cálidas son necesarias para mantener el núcleo cálido que alimenta los sistemas tropicales. Este valor está muy por encima de 16,1 °C (60,9 °F), la temperatura superficial promedio global de los océanos. [8]
Se sabe que los ciclones tropicales se forman incluso cuando no se cumplen las condiciones normales. Por ejemplo, las temperaturas del aire más frías a mayor altitud (p. ej., a un nivel de 500 hPa o 5,9 km) pueden provocar una ciclogénesis tropical a temperaturas del agua más bajas, ya que se requiere una cierta tasa de caída para forzar a la atmósfera a ser lo suficientemente inestable para la convección. . En una atmósfera húmeda, esta tasa de caída es de 6,5 °C/km, mientras que en una atmósfera con menos del 100% de humedad relativa , la tasa de caída requerida es de 9,8 °C/km. [9]
En el nivel de 500 hPa, la temperatura del aire promedia -7 °C (18 °F) dentro de los trópicos, pero el aire en los trópicos normalmente es seco a este nivel, lo que le da al aire espacio para tener un bulbo húmedo , o enfriarse a medida que se humedece. a una temperatura más favorable que luego pueda soportar la convección. Se requiere una temperatura de bulbo húmedo a 500 hPa en una atmósfera tropical de −13,2 °C para iniciar la convección si la temperatura del agua es de 26,5 °C, y este requisito de temperatura aumenta o disminuye proporcionalmente en 1 °C en la temperatura de la superficie del mar por cada 1 ° Cambio de C a 500 hpa. Bajo un ciclón frío, las temperaturas a 500 hPa pueden descender hasta -30 °C, lo que puede iniciar la convección incluso en las atmósferas más secas. Esto también explica por qué la humedad en los niveles medios de la troposfera , aproximadamente en el nivel de 500 hPa, es normalmente un requisito para el desarrollo. Sin embargo, cuando se encuentra aire seco a la misma altura, las temperaturas a 500 hPa deben ser aún más frías, ya que las atmósferas secas requieren una mayor tasa de caída de inestabilidad que las atmósferas húmedas. [10] [11] En alturas cercanas a la tropopausa , la temperatura promedio de 30 años (medida en el período que abarca de 1961 a 1990) fue de -77 °C (-105 °F). [12] Un ejemplo reciente de un ciclón tropical que se mantuvo sobre aguas más frías fue Epsilon de la temporada de huracanes del Atlántico de 2005 . [13]
Kerry Emanuel creó un modelo matemático alrededor de 1988 para calcular el límite superior de la intensidad de un ciclón tropical basándose en la temperatura de la superficie del mar y los perfiles atmosféricos de los últimos modelos globales . El modelo de Emanuel se llama intensidad potencial máxima o MPI. Los mapas creados a partir de esta ecuación muestran regiones donde es posible la formación de tormentas tropicales y huracanes, según la termodinámica de la atmósfera en el momento de la última ejecución del modelo. Esto no tiene en cuenta la cizalladura vertical del viento . [14]
Normalmente se necesita una distancia mínima de 500 km (310 millas) del ecuador (aproximadamente 4,5 grados del ecuador) para la ciclogénesis tropical. [3] La fuerza de Coriolis imparte rotación al flujo y surge cuando los vientos comienzan a fluir hacia la presión más baja creada por la perturbación preexistente. En áreas con una fuerza de Coriolis muy pequeña o inexistente (por ejemplo, cerca del ecuador), las únicas fuerzas atmosféricas significativas en juego son la fuerza del gradiente de presión (la diferencia de presión que hace que los vientos soplen de alta a baja presión [15] ) y una fuerza de fricción menor ; estos dos por sí solos no causarían la rotación a gran escala requerida para la ciclogénesis tropical. La existencia de una fuerza de Coriolis significativa permite que el vórtice en desarrollo logre un equilibrio de viento en gradiente. [16] Esta es una condición de equilibrio que se encuentra en los ciclones tropicales maduros y que permite que el calor latente se concentre cerca del núcleo de la tormenta; esto resulta en el mantenimiento o intensificación del vórtice si otros factores de desarrollo son neutrales. [17]
Ya sea una depresión en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), una onda tropical , un frente de superficie amplio o un límite de flujo de salida , se requiere una característica de bajo nivel con suficiente vorticidad y convergencia para comenzar la ciclogénesis tropical. [3] Incluso con condiciones perfectas en los niveles superiores y la inestabilidad atmosférica requerida, la falta de un foco en la superficie impedirá el desarrollo de una convección organizada y una depresión en la superficie. [3] Los ciclones tropicales pueden formarse cuando circulaciones más pequeñas dentro de la Zona de Convergencia Intertropical se juntan y fusionan. [18]
Para el desarrollo de ciclones tropicales se favorece una cizalladura vertical del viento de menos de 10 m/s (20 kt , 22 mph) entre la superficie y la tropopausa . [3] Una cizalladura vertical más débil hace que la tormenta crezca más rápido verticalmente en el aire, lo que ayuda a que la tormenta se desarrolle y se vuelva más fuerte. Si la cizalladura vertical es demasiado fuerte, la tormenta no puede alcanzar su máximo potencial y su energía se distribuye en un área demasiado grande para que la tormenta se fortalezca. [19] Una fuerte cizalladura del viento puede "destruir" el ciclón tropical, [19] ya que desplaza el núcleo cálido de nivel medio de la circulación superficial y seca los niveles medios de la troposfera , deteniendo el desarrollo. En sistemas más pequeños, el desarrollo de un importante complejo convectivo de mesoescala en un entorno cizallado puede generar un límite de flujo de salida lo suficientemente grande como para destruir el ciclón de superficie. Una cizalladura del viento moderada puede provocar el desarrollo inicial del complejo convectivo y una depresión superficial similar a la de las latitudes medias, pero debe disminuir para permitir que continúe la ciclogénesis tropical. [19]
Una cizalladura vertical limitada del viento puede ser positiva para la formación de ciclones tropicales. Cuando una vaguada en niveles superiores o una depresión en niveles superiores tiene aproximadamente la misma escala que la perturbación tropical, el sistema de niveles superiores puede dirigir el sistema hacia un área con mejor difluencia en altura, lo que puede provocar un mayor desarrollo. Los ciclones superiores más débiles son mejores candidatos para una interacción favorable. Hay pruebas de que los ciclones tropicales débilmente cizallados se desarrollan inicialmente más rápidamente que los ciclones tropicales no cizallados, aunque esto tiene el costo de un pico de intensidad con velocidades de viento mucho más débiles y una presión mínima más alta . [20] Este proceso también se conoce como iniciación baroclínica de un ciclón tropical. Los ciclones superiores y las vaguadas superiores que se arrastran pueden causar canales de salida adicionales y ayudar en el proceso de intensificación. Las perturbaciones tropicales en desarrollo pueden ayudar a crear o profundizar las vaguadas superiores o las mínimas superiores a su paso debido al chorro de salida que emana de la perturbación/ciclón tropical en desarrollo. [21] [22]
Hay casos en los que las grandes vaguadas de latitudes medias pueden ayudar con la ciclogénesis tropical cuando una corriente en chorro de nivel superior pasa hacia el noroeste del sistema en desarrollo, lo que ayudará a la divergencia en altura y la entrada en la superficie, haciendo girar el ciclón. Este tipo de interacción se asocia más a menudo con perturbaciones que ya se encuentran en proceso de recurvatura. [23]
En todo el mundo, la actividad de los ciclones tropicales alcanza su punto máximo a finales del verano, cuando las temperaturas del agua son más cálidas. Cada cuenca, sin embargo, tiene sus propios patrones estacionales. A escala mundial, mayo es el mes menos activo, mientras que septiembre es el más activo. [24]
En el Atlántico Norte, se produce una temporada distinta de huracanes desde el 1 de junio hasta el 30 de noviembre, con un pico pronunciado desde finales de agosto hasta octubre. [24] El pico estadístico de la temporada de huracanes en el Atlántico norte es el 10 de septiembre. [25] El Pacífico nororiental tiene un período de actividad más amplio, pero en un período de tiempo similar al del Atlántico. [24] El Pacífico noroccidental sufre ciclones tropicales durante todo el año, con un mínimo en febrero y un máximo a principios de septiembre. [24] En la cuenca del norte de la India , las tormentas son más comunes de abril a diciembre, con picos en mayo y noviembre. [24]
En el hemisferio sur, la actividad de los ciclones tropicales generalmente comienza a principios de noviembre y generalmente termina el 30 de abril. La actividad del hemisferio sur alcanza su punto máximo entre mediados de febrero y principios de marzo. [24] Prácticamente toda la actividad del hemisferio sur se ve desde la costa sur de África hacia el este, hacia América del Sur. Los ciclones tropicales son fenómenos poco comunes en el Océano Atlántico sur y en el extremo sureste del Océano Pacífico. [26]
Las zonas situadas a más de 30 grados del ecuador (excepto en las proximidades de una corriente cálida) normalmente no son propicias para la formación o fortalecimiento de ciclones tropicales, y las zonas a más de 40 grados del ecuador suelen ser muy hostiles a dicho desarrollo. El principal factor limitante es la temperatura del agua, aunque una mayor cizalladura en latitudes crecientes también es un factor. Estas zonas a veces son frecuentadas por ciclones que se desplazan hacia los polos desde latitudes tropicales. En raras ocasiones, como Pablo en 2019 , Alex en 2004 , [32] Alberto en 1988 , [33] y el huracán del noroeste del Pacífico de 1975 , [34] se pueden formar o fortalecer tormentas en esta región. Por lo general, los ciclones tropicales experimentarán una transición extratropical después de recurrir hacia los polos y, por lo general, se volverán completamente extratropicales después de alcanzar los 45 a 50 ° de latitud. La mayoría de los ciclones extratropicales tienden a fortalecerse una vez completado el período de transición. [35]
Las áreas dentro de aproximadamente diez grados de latitud del ecuador no experimentan una Fuerza Coriolis significativa , un ingrediente vital en la formación de ciclones tropicales. [36] Sin embargo, se ha observado que se forman algunos ciclones tropicales dentro de los cinco grados del ecuador. [37]
Una combinación de cizalladura del viento y la falta de perturbaciones tropicales de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) hace que sea muy difícil para el Atlántico Sur sustentar la actividad tropical. [38] [39] Aquí se han observado al menos seis ciclones tropicales, incluida una débil tormenta tropical en 1991 frente a la costa de África cerca de Angola , el huracán Catarina en marzo de 2004, que tocó tierra en Brasil con fuerza de categoría 2 , la tormenta tropical Anita. en marzo de 2010, la tormenta tropical Iba en marzo de 2019, la tormenta tropical 01Q en febrero de 2021 y la tormenta tropical Akará en febrero de 2024. [40]
En el mar Mediterráneo a veces se producen tormentas que parecen similares en estructura a los ciclones tropicales . Ejemplos notables de estos " ciclones tropicales mediterráneos " incluyen un sistema sin nombre en septiembre de 1969, Leucosia en 1982, Celeno en 1995, Cornelia en 1996, Querida en 2006, Rolf en 2011, Qendresa en 2014, Numa en 2017, Ianos en 2020 y Daniel en 2023. Sin embargo, existe debate sobre si estas tormentas eran de naturaleza tropical. [41]
En ocasiones, el Mar Negro ha producido o alimentado tormentas que inician la rotación ciclónica y que parecen ser similares a los ciclones de tipo tropical observados en el Mediterráneo. [42] Dos de estas tormentas alcanzaron intensidad de tormenta tropical y tormenta subtropical en agosto de 2002 y septiembre de 2005, respectivamente. [43]
La ciclogénesis tropical es extremadamente rara en el extremo sureste del Océano Pacífico, debido a las frías temperaturas de la superficie del mar generadas por la corriente de Humboldt , y también debido a la desfavorable cizalladura del viento ; Como tal, el ciclón Yaku de marzo de 2023 es el único caso conocido de un ciclón tropical que afectó el oeste de América del Sur. Además de Yaku, se ha observado que se desarrollan varios otros sistemas en la región al este de 120°O , que es el límite oriental oficial de la cuenca del Pacífico Sur . El 11 de mayo de 1983, se desarrolló una depresión tropical cerca de 110°O , que se pensaba que era el ciclón tropical en formación más oriental del Pacífico Sur jamás observado en la era de los satélites. [44] A mediados de 2015, se identificó un raro ciclón subtropical a principios de mayo, ligeramente cerca de Chile , incluso más al este que la depresión tropical de 1983. Los investigadores denominaron extraoficialmente a este sistema Katie . [45] Otro ciclón subtropical fue identificado a 77,8 grados de longitud oeste en mayo de 2018, frente a la costa de Chile. [46] Los investigadores llamaron extraoficialmente a este sistema Lexi . [47] En enero de 2022 se detectó un ciclón subtropical frente a la costa chilena, al que los investigadores llamaron Humberto . [48] [49]
En el pasado se han registrado vórtices frente a las costas de Marruecos . Sin embargo, es discutible si son verdaderamente de carácter tropical. [42]
La actividad tropical también es extremadamente rara en los Grandes Lagos . Sin embargo, en septiembre de 1996 se formó sobre el lago Hurón un sistema de tormentas que parecía similar a un ciclón tropical o subtropical . El sistema desarrolló una estructura en forma de ojo en su centro, y pudo haber sido brevemente un ciclón tropical o subtropical. [50]
Por lo general, los ciclones tropicales comenzaron a debilitarse inmediatamente después y, a veces, incluso antes de tocar tierra, a medida que pierden el motor térmico alimentado por el mar y la fricción ralentiza los vientos. Sin embargo, en algunas circunstancias, los ciclones tropicales o subtropicales pueden mantener o incluso aumentar su intensidad durante varias horas en lo que se conoce como efecto océano marrón . Es más probable que esto ocurra en suelos cálidos y húmedos o áreas pantanosas, con temperaturas cálidas del suelo y terreno plano, y cuando el soporte de los niveles superiores sigue siendo propicio.
El Niño (ENSO) cambia la región (agua más cálida, manantiales arriba y abajo en diferentes lugares, debido a los vientos) en el Pacífico y el Atlántico donde se forman más tormentas, lo que resulta en valores de energía ciclónica acumulada (ACE) casi constantes en cualquier cuenca. El fenómeno de El Niño normalmente disminuye la formación de huracanes en el Atlántico y en las regiones del Pacífico occidental y de Australia, pero en cambio aumenta las probabilidades de tifones en el Pacífico norte y sur central y, en particular, en la región de tifones del Pacífico norte occidental. [51]
Los ciclones tropicales en las cuencas del Pacífico nororiental y del Atlántico norte son generados en gran parte por ondas tropicales del mismo tren de ondas. [52]
En el Pacífico noroccidental, El Niño desplaza la formación de ciclones tropicales hacia el este. Durante los episodios de El Niño, los ciclones tropicales tienden a formarse en la parte oriental de la cuenca, entre 150°E y la línea internacional de cambio de fecha (IDL). [53] Junto con un aumento de la actividad en el Pacífico centro-norte (IDL hasta 140°W ) y el Pacífico centro-sur (al este de 160°E ), hay un aumento neto en el desarrollo de ciclones tropicales cerca de la línea internacional de cambio de fecha. a ambos lados del ecuador. [54] Si bien no existe una relación lineal entre la fuerza de El Niño y la formación de ciclones tropicales en el Pacífico noroccidental, los tifones que se forman durante los años de El Niño tienden a tener una duración más larga e intensidades más altas. [55] La ciclogénesis tropical en el Pacífico noroccidental se suprime al oeste de 150°E en el año siguiente a un episodio de El Niño. [53]
En general, los aumentos de los vientos del oeste asociados con la oscilación Madden-Julian conducen a un aumento de la ciclogénesis tropical en todas las cuencas. A medida que la oscilación se propaga de oeste a este, conduce a una marcha hacia el este en ciclogénesis tropical con el tiempo durante la temporada de verano de ese hemisferio. [56] Sin embargo, existe una relación inversa entre la actividad de los ciclones tropicales en la cuenca del Pacífico occidental y la cuenca del Atlántico norte. Cuando una cuenca está activa, la otra normalmente está tranquila y viceversa. La causa principal parece ser la fase de la oscilación Madden-Julian, o OMJ, que normalmente se encuentra en modos opuestos entre las dos cuencas en un momento dado. [57]
Las investigaciones han demostrado que los paquetes de ondas de Rossby ecuatoriales atrapados pueden aumentar la probabilidad de ciclogénesis tropical en el Océano Pacífico, ya que aumentan los vientos del oeste en los niveles bajos dentro de esa región, lo que luego conduce a una mayor vorticidad en los niveles bajos. Las ondas individuales pueden moverse a aproximadamente 1,8 m/s (4 mph) cada una, aunque el grupo tiende a permanecer estacionario. [58]
Desde 1984, la Universidad Estatal de Colorado ha estado publicando pronósticos de ciclones tropicales estacionales para la cuenca del Atlántico norte, con resultados que, según afirma, son mejores que los de la climatología. [59] La universidad afirma haber encontrado varias relaciones estadísticas para esta cuenca que parecen permitir la predicción a largo plazo del número de ciclones tropicales. Desde entonces, muchos otros han emitido pronósticos estacionales para cuencas de todo el mundo. [60] Los predictores están relacionados con oscilaciones regionales en el sistema climático global: la circulación de Walker , que está relacionada con El Niño-Oscilación del Sur ; la oscilación del Atlántico Norte (NAO); la oscilación ártica (AO); y el patrón Pacífico Norteamericano (PNA). [59]