La ciclogénesis tropical es el desarrollo y fortalecimiento de un ciclón tropical en la atmósfera . [1] Los mecanismos a través de los cuales se produce la ciclogénesis tropical son claramente diferentes de aquellos a través de los cuales se produce la ciclogénesis templada . La ciclogénesis tropical implica el desarrollo de un ciclón de núcleo cálido , debido a una convección significativa en un entorno atmosférico favorable. [2]
La ciclogénesis tropical requiere seis factores principales: temperaturas superficiales 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 baja cizalladura vertical del viento . [3]
Los ciclones tropicales tienden a desarrollarse durante el verano, pero se han observado en casi todos los meses en la mayoría de las cuencas . Los ciclos climáticos como el 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 en la intensidad de los ciclones tropicales que está fuertemente relacionada con las temperaturas del agua a lo largo de su trayectoria. [6]
En todo el mundo se forman anualmente 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 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 inferiores a 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 ciclones tropicales, no garantizan que se forme un ciclón tropical. [3]
Normalmente, una temperatura oceánica de 26,5 °C (79,7 °F) que se extienda a una profundidad de al menos 50 metros 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 los 16,1 °C (60,9 °F), la temperatura superficial media 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 una altitud mayor (por ejemplo, a un nivel de 500 hPa , o 5,9 km) pueden provocar ciclogénesis tropical a temperaturas del agua más bajas, ya que se requiere una cierta tasa de gradiente para obligar a la atmósfera a ser lo suficientemente inestable para la convección. En una atmósfera húmeda, esta tasa de gradiente es de 6,5 °C/km, mientras que en una atmósfera con una humedad relativa inferior al 100% , la tasa de gradiente requerida es de 9,8 °C/km. [9]
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 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 cambio de 1 °C a 500 hpa. Bajo un ciclón frío, las temperaturas de 500 hPa pueden caer 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, normalmente es 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 mayor para la 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 desde 1961 hasta 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 los ciclones tropicales basándose en la temperatura de la superficie del mar y los perfiles atmosféricos de las últimas ejecuciones del modelo global . El modelo de Emanuel se denomina 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, basándose en 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 mi) desde el ecuador (aproximadamente 4,5 grados desde el 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 más pequeña ; estas dos por sí solas 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 alcance el equilibrio del viento de gradiente. [16] Esta es una condición de equilibrio que se encuentra en los ciclones tropicales maduros que permite que el calor latente se concentre cerca del núcleo de la tormenta; esto da como resultado el mantenimiento o la 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 superficial amplio o un límite de salida , se requiere una característica de nivel bajo con suficiente vorticidad y convergencia para comenzar la ciclogénesis tropical. [3] Incluso con condiciones perfectas de nivel superior y la inestabilidad atmosférica requerida, la falta de un foco de superficie impedirá el desarrollo de convección organizada y una baja superficie. [3] Los ciclones tropicales pueden formarse cuando circulaciones más pequeñas dentro de la Zona de Convergencia Intertropical se juntan y se fusionan. [18]
Una cizalladura vertical del viento de menos de 10 m/s (20 kt , 22 mph) entre la superficie y la tropopausa es favorable para el desarrollo de ciclones tropicales. [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 fortalezca. Si la cizalladura vertical es demasiado fuerte, la tormenta no puede alcanzar su máximo potencial y su energía se extiende sobre un área demasiado grande para que la tormenta se fortalezca. [19] Una fuerte cizalladura del viento puede "hacer estallar" 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 complejo convectivo de mesoescala significativo en un entorno cizallado puede enviar un límite de salida lo suficientemente grande como para destruir el ciclón de superficie. Una cizalladura moderada del viento puede conducir al desarrollo inicial del complejo convectivo y de bajas presiones superficiales similares a las de las latitudes medias, pero debe disminuir para permitir que continúe la ciclogénesis tropical. [19]
La cizalladura vertical limitada del viento puede ser positiva para la formación de ciclones tropicales. Cuando una vaguada o depresión en niveles superiores tiene aproximadamente la misma escala que la perturbación tropical, el sistema puede ser dirigido por el sistema en niveles superiores hacia un área con mejor difluencia en altura, lo que puede causar un mayor desarrollo. Los ciclones superiores más débiles son mejores candidatos para una interacción favorable. Hay evidencia de que los ciclones tropicales débilmente cizallados inicialmente se desarrollan más rápidamente que los ciclones tropicales no cizallados, aunque esto se produce a costa 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 que se arrastran y las vaguadas superiores 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 o las bajas superiores a su paso debido al chorro de salida que emana de la perturbación/ciclón tropical en desarrollo. [21] [22]
Existen casos en los que las grandes vaguadas de latitudes medias pueden ayudar a la ciclogénesis tropical cuando una corriente en chorro de nivel superior pasa al noroeste del sistema en desarrollo, lo que favorece 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 están en proceso de recurvatura. [23]
En todo el mundo, la actividad de ciclones tropicales alcanza su pico máximo a finales del verano, cuando las temperaturas del agua son más cálidas. Sin embargo, cada cuenca 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, hay una temporada de huracanes bien definida que va del 1 de junio al 30 de noviembre, con un pico agudo desde finales de agosto hasta octubre. [24] El pico estadístico de la temporada de huracanes del Atlántico Norte es el 10 de septiembre . [25] El Pacífico nororiental tiene un período de actividad más amplio, pero en un marco temporal similar al del Atlántico. [24] El Pacífico noroccidental ve ciclones tropicales durante todo el año, con un mínimo en febrero y un pico 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 ciclones tropicales suele comenzar a principios de noviembre y terminar el 30 de abril. La actividad en el hemisferio sur alcanza su punto máximo entre mediados de febrero y principios de marzo. [24] Prácticamente toda la actividad en el hemisferio sur se observa desde la costa sur de África hacia el este, en dirección a Sudamérica. Los ciclones tropicales son fenómenos poco frecuentes en el sur del océano Atlántico y el extremo sureste del océano Pacífico. [26]
Las áreas más alejadas 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 áreas a más de 40 grados del ecuador suelen ser muy hostiles a dicho desarrollo. El principal factor limitante son las temperaturas del agua, aunque una mayor cizalladura a latitudes crecientes también es un factor. Estas áreas a veces son frecuentadas por ciclones que se mueven 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] las tormentas pueden formarse o fortalecerse en esta región. Por lo general, los ciclones tropicales experimentarán una transición extratropical después de girar hacia los polos y, por lo general, se volverán completamente extratropicales después de alcanzar los 45-50° de latitud. La mayoría de los ciclones extratropicales tienden a fortalecerse nuevamente después de completar el período de transición. [35]
Las áreas dentro de aproximadamente diez grados de latitud del ecuador no experimentan una fuerza de Coriolis significativa , un ingrediente vital en la formación de ciclones tropicales. [36] Sin embargo, se han observado algunos ciclones tropicales formándose 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 soportar la actividad tropical. [38] [39] Se han observado al menos seis ciclones tropicales aquí, incluida una tormenta tropical débil 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 a los ciclones tropicales en su estructura . 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 un debate sobre si estas tormentas eran de naturaleza tropical. [41]
En ocasiones, el Mar Negro ha producido o alimentado tormentas que inician una rotación ciclónica y que parecen ser similares a los ciclones tropicales 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 cizalladura desfavorable del viento ; como tal, el ciclón Yaku en marzo de 2023 es el único caso conocido de un ciclón tropical que impacta el oeste de América del Sur. Además de Yaku, se han observado varios otros sistemas en desarrollo 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 pensó 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 ciclón subtropical raro a principios de mayo, ligeramente cerca de Chile , incluso más al este que la depresión tropical de 1983. Este sistema fue denominado extraoficialmente Katie por los investigadores. [45] En mayo de 2018 se identificó otro ciclón subtropical a 77,8 grados de longitud oeste, frente a la costa de Chile. [46] Los investigadores denominaron extraoficialmente a este sistema Lexi . [47] En enero de 2022, los investigadores detectaron un ciclón subtropical frente a la costa chilena, al que denominaron Humberto . [48] [49]
En el pasado se han registrado vórtices en la costa de Marruecos , pero es discutible si realmente tienen un 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 subtropical o tropical . El sistema desarrolló una estructura similar a un ojo en su centro y puede haber sido brevemente un ciclón subtropical o tropical. [50]
Los ciclones tropicales suelen empezar a debilitarse inmediatamente después de tocar tierra y, a veces, incluso antes, ya que pierden el motor térmico alimentado por el mar y la fricción hace que los vientos sean más lentos. 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 el efecto del océano marrón . Esto es más probable que ocurra con suelos cálidos y húmedos o áreas pantanosas, con temperaturas del suelo cálidas y terreno llano, y cuando el soporte del nivel superior sigue siendo propicio.
El Niño (ENSO) cambia la región (agua más cálida, con corrientes ascendentes y descendentes en diferentes lugares, debido a los vientos) en el Pacífico y el Atlántico donde se forman más tormentas, lo que da como resultado valores de energía ciclónica acumulada (ECA) casi constantes en cualquier cuenca. El fenómeno de El Niño generalmente disminuye la formación de huracanes en el Atlántico y en las regiones del extremo occidental del Pacífico y Australia, pero en cambio aumenta las probabilidades de que se formen tifones en el centro del Pacífico Norte y el sur y, en particular, en la región occidental del Pacífico Norte. [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 Noroeste, 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 Norte-Centro (IDL a 140°O ) y el Pacífico Sur-Centro (al este de 160°E ), hay un aumento neto en el desarrollo de ciclones tropicales cerca de la Línea Internacional de Cambio de Fecha en ambos lados del ecuador. [54] Si bien no existe una relación lineal entre la fuerza de un El Niño y la formación de ciclones tropicales en el Pacífico Noroeste, 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 Noroeste se suprime al oeste de 150°E en el año posterior a un evento de El Niño. [53]
En general, el aumento de los vientos del oeste asociados con la oscilación Madden-Julian provoca 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 de la ciclogénesis tropical con el tiempo durante la temporada de verano de ese hemisferio. [56] Sin embargo, existe una relación inversa entre la actividad de 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, u 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 de bajo nivel dentro de esa región, lo que luego conduce a una mayor vorticidad de bajo nivel. 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 emitiendo pronósticos estacionales de ciclones tropicales para la cuenca del Atlántico Norte, con resultados que, según afirman, 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 del Ártico (AO); y el patrón Pacífico de América del Norte (PNA). [59]
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