Una baja presión de núcleo frío , también conocida como baja de nivel superior o ciclón de núcleo frío , es un ciclón en altura que tiene un depósito de aire frío asociado que reside a gran altitud dentro de la troposfera de la Tierra , sin una estructura frontal . Es un sistema de baja presión que se fortalece con la altura de acuerdo con la relación del viento térmico . Si se forma una circulación superficial débil en respuesta a una característica de este tipo en latitudes subtropicales del este del norte de los océanos Pacífico o del norte de los océanos Índico , se denomina ciclón subtropical . La cobertura de nubes y las precipitaciones se producen principalmente con estos sistemas durante el día.
El clima severo , como los tornados , puede ocurrir cerca del centro de las bajas presiones de núcleo frío. Las bajas presiones frías pueden ayudar a generar ciclones con impactos climáticos significativos , como las bajas presiones polares y los vórtices de Kármán . Las bajas presiones frías pueden conducir directamente al desarrollo de ciclones tropicales, debido a su depósito de aire frío asociado en altura o al actuar como canales de salida adicionales para ayudar a un mayor desarrollo.
Los ciclones fríos son más fuertes en altura que en la superficie de la Tierra, o más fuertes en áreas de la troposfera con presiones más bajas, según la relación del viento térmico y la ecuación hipsométrica . La ecuación hipsométrica dicta que las atmósferas más frías tienen menos espacio entre las superficies de presión, lo que corresponde al concepto de menor espesor atmosférico, y la relación del viento térmico indica que en esta situación, el viento aumenta con la altura. [1] [2] También significa que un grupo aislado de aire frío en altura está asociado con la característica. Debido a su centro frío, el centro muestra un área de espesor mínimo. Dado que la temperatura en cualquier radio dado es similar y paralela a la orientación del gradiente de presión y, por lo tanto, al viento , es de naturaleza barotrópica . [3] El movimiento de los ciclones de núcleo frío puede ser errático ya que están separados del cinturón principal de los vientos del oeste , que de lo contrario los dirigirían progresivamente hacia el este. [4]
La mayor parte de la cobertura de nubes y las precipitaciones asociadas con las bajas temperaturas se producen durante las horas del día, cuando la luz del sol calienta la superficie de la Tierra, desestabilizando la atmósfera y provocando un movimiento vertical ascendente. [5] El desarrollo de fenómenos meteorológicos severos, en particular tornados, puede ocurrir cerca del centro de estos sistemas sobre la tierra durante cualquier estación del año. [6] Durante el invierno, cuando las bajas temperaturas del núcleo frío con temperaturas en los niveles medios de la troposfera alcanzan los -45 °C (-49 °F) se mueven sobre aguas abiertas, se forma una convección profunda que permite el desarrollo de bajas polares . [7]
Las bajas de Kona , la mayoría de los ciclones extratropicales y los ciclones tropicales de la troposfera superior son bajas de núcleo frío. En la mitad oriental del océano Pacífico norte y el norte del océano Índico, la formación de una circulación débil debajo de una baja de la troposfera media a superior que se ha separado del cinturón principal de los vientos del oeste durante la estación fría ( invierno ) se denomina ciclón subtropical. En el caso del océano Índico norte, la formación de este tipo de vórtice conduce al inicio de las lluvias monzónicas durante la estación húmeda . [8]
Las bajas de la costa este se forman cerca y al este de donde una baja de núcleo frío interactúa con un gradiente de temperatura de la superficie del mar (TSM) a lo largo de la costa este de los continentes , como Asia , América del Norte , el sur de África y Australia dentro de un área preexistente de alta presión . Los que se encuentran en alta mar en la costa este de los Estados Unidos , que normalmente se forman en los meses entre octubre y abril, se denominan nor'easters . [9] Inicialmente no están asociados con frentes meteorológicos , se forman en tándem con anticiclones de bloqueo en latitudes más altas, lo que conduce a un lento movimiento hacia los polos hacia arriba del gradiente de SST. Las bajas de la costa este pueden persistir hasta una semana. Algunas bajas de la costa este se desarrollan rápidamente y se convierten en bombas meteorológicas . Hay un ciclo de 4,5 años en la formación de bajas de la costa este cerca de Australia, en años de transición entre años cálidos (El Niño) y fríos (La Niña) ENSO . Estos sistemas pueden desarrollar vientos fuertes, lluvias intensas, olas de más de 10 metros (33 pies) de altura y características de ojo en las imágenes satelitales meteorológicas . [10] Las depresiones de los niveles superiores suelen ser la causa de fuertes lluvias y tormentas en el sureste de Australia, en particular durante los años de La Niña . [11]
La vaguada troposférica superior tropical de verano en el hemisferio sur se encuentra sobre la región de los vientos alisios del Pacífico central oriental y puede causar ciclogénesis tropical en alta mar en América Central . [12] En el Pacífico occidental, las bajas troposféricas superiores tropicales son la causa principal de los pocos ciclones tropicales que se desarrollan al norte del paralelo 20 norte y al este del meridiano 160 este durante los eventos de La Niña . [13]
Los ciclones y las vaguadas superiores que se desplazan detrás pueden generar canales de salida adicionales y ayudar al proceso de intensificación de los ciclones tropicales. Las perturbaciones tropicales en desarrollo pueden ayudar a crear o profundizar las vaguadas o las bajas superiores a su paso debido a la corriente en chorro de salida que emana de la perturbación/ciclón tropical en desarrollo. [14] [15] En el Pacífico Norte occidental, existen fuertes relaciones recíprocas entre las áreas de ciclones tropicales formativos y las de las vaguadas monzónicas de la troposfera inferior y la vaguada troposférica superior tropical . [16] El movimiento de los ciclones tropicales también puede verse influenciado por células TUTT dentro de los 1.700 kilómetros (1.100 millas) de su posición, lo que puede dar lugar a trayectorias no climatológicas, como el movimiento hacia el este dentro de los trópicos o el movimiento hacia el oeste en un área donde los vientos del oeste normalmente dominan. [17]
Normalmente, una temperatura del océano de 26,5 °C (79,7 °F) que se extienda a una profundidad de al menos 50 metros (160 pies) es uno de los seis requisitos necesarios para mantener el mesociclón especial que es el ciclón tropical. [18] Las temperaturas del aire más frías a una altitud mayor (por ejemplo, al nivel de 500 hPa , o 5,9 km) pueden conducir a la ciclogénesis tropical a temperaturas del agua más bajas de lo normal, ya que se requiere una cierta tasa de caída para obligar 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 (19 °F/mi), mientras que en una atmósfera con menos del 100% de humedad relativa , la tasa de caída requerida es de 9,8 °C/km (29 °F/mi). [19] Un ejemplo reciente de un ciclón tropical que se mantuvo sobre aguas más frías fue Alex, de la temporada de huracanes del Atlántico de 2016 , que se convirtió en huracán sobre aguas a solo 20 °C (68 °F). [20]
En el nivel de 500 hPa, la temperatura media del aire es de -7 °C (18 °F) en los trópicos, pero el aire en los trópicos normalmente es seco a este nivel, lo que le da espacio para que se enfríe a medida que se humedece, hasta una temperatura más favorable que luego puede soportar la convección. Se requiere una temperatura de bulbo húmedo a 500 hPa en una atmósfera tropical de -13,2 °C (8,2 °F) para iniciar la convección si la temperatura del agua es de 26,5 °C (79,7 °F), y este requisito de temperatura aumenta o disminuye proporcionalmente en 1 °C en la temperatura de la superficie del mar por cada cambio de 1 °C a 500 hpa. Bajo un ciclón frío, las temperaturas de 500 hPa pueden caer hasta -30 °C (-22 °F), 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 incluso más frías, ya que las atmósferas secas requieren una tasa de disminución de la temperatura mayor para la inestabilidad que las atmósferas húmedas. [21] [22] En alturas cercanas a la tropopausa , la temperatura promedio de 30 años (medida en el período que abarca desde 1961 hasta 1990) fue de −77 °C (−132 °F). [23]