Artículo incluido en CD distribuido a participantes del Curso Regional sobre Desastres Naturales y su Impacto Social en Centro América y México. CIGEFI-UCR. 6-10 noviembre, 2000.

 

HURACANES: ASPECTOS OCEANICOS Y METEOROLOGICOS

 

 

 

Omar G. Lizano R.

 

Centro de Investigación en Ciencias del Mar y Limnología (CIMAR), Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI),Escuela de Física, Universidad de Costa Rica.

omar.lizano@ucr.ac.cr

 

Edwin F. Campos

Instituto Meteorológico Nacional (IMN), MINAE.

ecampos@meteoro.imn.ac.cr

 

 

ASPECTOS BÁSICOS

 

Los ingredientes para que se forme un huracán incluyen un disturbio meteorológico existente, océanos tropicales calientes, humedad y viento relativamente leve a lo largo de la capa atmosférica. Huracán, que significaba para los aborígenes Taínos del Caribe “Dios de Maldad” es usado en la cuenca Atlántica. Tifón se usa en el Pacífico Occidental, Ciclones Tropicales en el Océano Indico y Willy-Willies en Australia.

 

Fig1. Huracán Mitch, Octubre de 1998.

 

¿Qué es un huracán?

Un huracán es un intenso sistema de baja presión que usualmente se genera en los trópicos y alrededor del cual el viento que asciende a la atmósfera superior es reemplazado por viento superficial que circula en contra de las manecillas del reloj en el Hemisferio Norte. Son clasificados como sigue:

Fig.2. Tres tipos diferentes de ciclones tropicales.

 

• Depresión Tropical: Un sistema organizado de nubes y tormentas con una circulación superficial definida y vientos máximos sostenidos de 61 km/h (33 nudos).

• Tormenta Tropical: Un sistema organizado de tormentas fuertes con una circulación superficial definida y vientos máximos sostenidos  de 63-116.6 km/h (34-63 nudos).

• Huracán: Un sistema tropical intenso con fuertes tormentas y una circulación superficial muy bien definida y vientos máximos sostenidos de 118.5 km/h (64 nudos) o mayores.

 

¿Cómo se forman?

 

Se forman sobre aguas calientes desde un disturbio meteorológico existente. Por ejemplo, estos disturbios se forman típicamente cada 3 o 4 días frente a las costas de Africa como ondas tropicales que consisten de áreas con condiciones inestables. Ciclones tropicales también se forman en las colas de los frentes fríos y ocasionalmente desde bajas presiones en niveles superiores.



Las condiciones sobre las cuales se desarrollan los ciclones tropicales y subsecuentemente alcanzan la condición de huracán dependen de al menos 5 factores:

1. Una disturbio meteorológico preexistente con tormentas eléctricas.

2. temperatura superficial del océano sobre los 26.5  ºC en una capa de profundidad de al menos 50 m.

3. débil cortante vertical del viento en la atmósfera. Que no cambia mucho ni en     velocidad ni dirección a través de profundidad de la atmósfera.

4. Fuerza de Coriolis.  No se forman entre los 4-5 º al norte y sur del ecuador.

5. Convergencia del flujo en la superficie y divergencia en la alta atmósfera.

6. Alta humedad relativa en la troposfera media.

El calor y la energía de la tormenta son obtenidos del contacto con las aguas cálidas del océano. Los vientos sobre la superficie del agua son dirigidos en espiral hacia el ojo o centro del huracán donde se localiza la baja presión. Las aguas cálidas agregan humedad y calor al aire el cual asciende. Tanto como la humedad se condensa en gotas, el calor latente es liberado contribuyendo adicionalmente con energía para que se desarrolle aún mas la tormenta.

 

¿Cómo se disipan?

Cortante vertical del viento rompe la estructura de los huracanes. El movimiento sobre aguas frías y áreas secas los debilitan, y al entrar en tierra se pierde la fuente de humedad y la circulación superficial se reduce por fricción. Un ciclón tropical débil puede reintensificarse cuando se mueve a regiones más favorables o interactua con sistemas frontales en latitudes medias.

Estructura :

Un huracán es un microfenómeno   inmerso en un macrofluido. La interacción entre este microsistema y el flujo a mayor escala de la atmósfera es quien determina su fuerza y su dirección.

Fig. 3. Estructura del ciclón tropical.

Fig.4. Huracán Joan, 21 de Octubre, 1988.

 

Las partes principales de un huracán son las bandas de lluvia sobre los bordes externos, el ojo y la pared a través del ojo. El aire circula en espiral hacia el centro en un sentido contrareloj y sobre la cima del huracán el aire circula de manera opuesta. En el puro centro del huracán el aire se hunde y forma un ojo libre de nubes. El ojo del huracán es un centro de relativa calma, un área clara usualmente de 35-75 km. Como regla general el cuadrante al frente y a la derecha hacia donde se dirige el huracán es la parte más intensa y peligrosa. Esto se debe a la mayor presión con que se encuentran los vientos  en ese cuadrante a avanzar el huracán. Esto produce mayor intensidad en los vientos y por lo tanto, mayor marejada y altura de oleaje sobre esa parte del huracán.

 

Tamaño del huracán:

Huracanes típicos son de alrededor de 500 km pero varían considerablemente como puede observarse en la siguiente figura:

Fig. 5. Huracán Danny (izquierda) en 1997 y Huracán Fran (derecha) en 1996.

 

El tamaño no necesariamente es proporcional a la intensidad. El Huracán Andrew  (1992), el más devastador huracán de este siglo, fue relativamente pequeño. Vientos con fuerza de huracán pueden extenderse desde unos 45 km para un huracán pequeño hasta unos 275 km para uno grande, y el área en que los vientos con fuerza de tormenta aún se sienten es más grande para este último, siendo de alrededor de 550 km desde el ojo.

 

Temporada

Oficialmente la estación de huracanes en la Cuenca Atlántica es desde el 1 de junio al 30 de noviembre. El pico como muestra la gráfica está entre la mitad de agosto hasta el final de octubre. Sin embargo, huracanes mortales se pueden presentar en cualquier momento dentro de este período. Las zonas donde ellos se forman y las trayectorias que ellos toman esta relacionadas a la estación del año.

Fig.6. Distribución de frecuencia de ciclones tropicales en la cuenca del Atlántico.

 

Nombres de los huracanes:

Cuando los vientos de las tormentas alcanzan los 63 km/h (34 nudos) se le da al ciclón un nombre. Un comité internacional se reune y prepara los nombres de esos ciclones con anticipación. Cada lista alterna nombres de hombre y mujer. Esta lista es revisada cada 6 años, y aquellos huracanes que han causado daños sustanciales o muertes son retirados de la lista. A continuación se muestra la lista para 1999-2004:

 

Tormentas tropicales en el Atlántico

<1999	2000	2001	2002	2003	2004
Arlene Bret Cindy Dennis Emily Floyd Gert Harvey Irene Jose Katrina Lenny Maria Nate Ophelia Philippe Rita Stan Tammy Vince Wilma	Alberto Beryl Chris Debby Ernesto Florence Gordon Helene Isaac Joyce Keith Leslie Michael Nadine Oscar Patty Rafael Sandy Tony Valerie William	Allison Barry Chantal Dean Erin Felix Gabrielle Humberto Iris Jerry Karen Lorenzo Michelle Noel Olga Pablo Rebekah Sebastien Tanya Van Wendy	Arthur Bertha Cristobal Dolly Eduard Fay Gustav Hanna Isidore Josephine Kyle Lili Marco Nana Omar Paloma Rene Sally Teddy Vicky Wilfred	Ana Bill Claudette Danny Erika Fabian Grace Henri Isabel Juan Kate Larry Mindy Nicholas Odette Peter Rose Sam Teresa Victor Wanda	Alex Bonnie Charley Danielle Earl Frances Gaston Hermine Ivan Jeanne Karl Lisa Matthew Nicole Otto Paula Richard Shary Tomas Virginie Walter

 

Amenazas durante un huracan.

 

Las principales amenazas durante un huracán son la marejada de tormenta, vientos de gran intensidad, alta precipitación, inundaciones y hasta tornados. La intensidad de un huracán es un indicador de potencial destrucción. Sin embargo, el tamaño del impacto es una función de dónde y cuándo ataca la tormenta.

Marejada de tormenta:

La marejada de huracán es generada por la succión de la baja presión en el ojo del huracán y por la acumulación o apilamiento del agua sobre la costa cuando el viento del huracán esta dirigido hacia ella. Cuando esta marejada coincide con una marea alta el peligro de inundación es mayor.

Fig.7. Marejada por ciclón tropical.

 

 

El nivel de alcance de esta marejada depende de la pendiente de la plataforma frente al lugar donde está impactando el huracán. A mayor pendiente, menor posibilidad de producirse una inundación aunque oleaje fuerte pueda estar impactando la costa.

 

 Fig.8. Efecto de la pendiente en el alcance de la marejada Izquierda, Efecto de viento y presión en la marejada de un huracán (izquierda).

 

En general la marejada de tormenta, las corrientes y el oleaje son el causante de la mayor destrucción de barcos, yates, puertos y marinas alrededor de la costa. Y esta destrucción es mayor sobre el cuadrante derecho hacia donde avanza la tormenta.

Viento:

La  intensidad del impacto de un huracán en tierra es expresada en términos de categorías que relacionan la velocidad del viento y el daño potencial de acuerdo a la Escala de Huracán Saffir-Simpson:

La escala de Huracán Saffir/Simson

Categoría	Definición - Efectos
1	Vientos : 118.5-151.8 km/h (64-82 nudos) Ningún daño real a las estructuras (construcciones en la costa). Alguna inundación costera y daños menores en rompeolas.
2	Vientos: 153.6-175.8 km/h (83-95 nudos) Daños en puertas, ventanas y techos. Daños considerables en la vegetación, casas móviles. Daños en rompeolas y barcos pequeños y rompimiento de los amarres.
3	Vientos : 177.7-209.2 km/h (96-113 nudos) Daños a residencias pequeñas con fisuras menores en las paredes. Casas móviles son destruidas. La inundación cerca de la costa destruye pequeñas estructuras y inundación en tierra puede ocurrir.
4	Vientos : 211.0-249.9 km/h(114-135 nudos) Grietas intensas en las paredes y destechado total de pequeñas estructuras. Erosión significativa en la costa. Inundación tierra adentro.
5	Vientos : >249.9 Km/h (> 135 kt) Destechado completo de varias residencias y edificios industriales. Destrucción completa de algunos edificios y barrido de algún mobiliario. La inundación es la causante de la mayores destrucción de primeros pisos de las estructuras cerca de la costa. Evacuación masiva de las áreas residenciales es requerida.

 

 

                 

Fig.9. Efectos de los vientos huracanados.

Un huracán Categoría 4 tendría vientos entre 211 y 250 km/h, y en promedio se esperaría que cause 100 veces más daño que una tormenta Categoría 1. Pero dependiendo de las circunstancias, tormentas menos intensas pueden ser aún suficientemente fuertes para producir daños, particularmente en áreas que no han sido previamente preparadas.





Algunos objetos como señales de tránsito, hojas de zinc, y pequeños objetos fuera de las casas o edificios puede actuar como verdaderos misiles. Y como indicamos al principio, los vientos más fuertes ocurren sobre el lado derecho del ojo del huracán.

Precipitación:

Precipitaciones de 6 a 12 pulgadas o más son comunes durante un huracán, produciendo inundaciones destructivas y frecuentemente muertes. El riesgo de las inundaciones depende de un número de factores: la velocidad de la tormenta, su interacción con otros sistemas meteorológicos, el tipo de terreno en el lugar y el grado de saturación. La precipitación es generalmente mayor para tormentas que se mueven lentamente (menos de 16 km/h).



Gran precipitación ocurre tierra adentro lo cual produce inundaciones repentinas, como cabeza de agua en el cause de los ríos, que junto con los deslizamientos en regiones montañosas, constituyen una de las mayores amenazas.

Fig.10. Efectos de las precipitaciones.

 

Oleaje:

Una de las amenazas de los huracanes en el océano lo representan la formación de oleaje de gran altura generada por la fricción del viento en la superficie. La altura de las olas, al igual que la precipitación, es mayor mientras mas lento sea el huracán. Y dada la asimetría de los vientos sobre el cuadrante derecho hacia donde avanza el huracán, el oleaje es más fuerte sobre ese sector.

Fig.11. Efectos del oleaje.

 

Aunque el National Weather Service (NOAA) de los Estados Unidos mantiene información sobre pronóstico operacional de oleaje a escala global (Modelo WAM), información con mayor resolución se requiere para aplicaciones costeras. El Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI) ha estado implementado modelos numéricos de Tercera Generación (WAM y SWAN) para la simulación y pronóstico de oleaje costero en Centroamérica y México en caso de huracanes.

 

Fig. 12. Simulación (WAM) de oleaje en agua profunda durante 72 horas para el Huracán Joan (izquierda) y simulación (SWAN) del oleaje para este huracán frente a Puerto Limón durante esas horas (derecha).

 

Estos modelos pueden ser implementados en otras regiones de Centroamérica y México, donde se requiera información de oleaje con mayor resolución, para la planificación de operaciones marinas e impacto de oleaje sobre la costa.

Plataformas de monitoreo, análisis y pronóstico de Ciclones Tropicales:

Monitoreo:

 

Las plataformas de observación pueden ser directas (mediante sensores que realizan mediciones in situ) o indirectas (mediante sensores remotos).



Los sistemas de observación en las estaciones del sistema de la Organización Meteorológica Mundial (WMO) (tales como barcos, boyas, estaciones meteorológicas y de radiosondeo) constituyen plataformas directas que registran variables tales como las temperaturas y corrientes en los océanos y la atmósfera. Las mediciones realizadas por aviones caza huracanes (dropsondas, sensores de viento, presión, etc.) también se clasifican dentro de las plataformas de observación directas.

 

Fig.13. Ejemplo de plataformas de observación directa.

 

 

 

 

 

 

Fig.14. Ejemplo de plataforma de observación indirecta: El radar. Imagen del radar NEXRAD de San Juan, Puerto Rico, durante el paso del Huracán Georges el 21 de setiembre de 1998.

 

Por otra parte, las plataformas de observación indirectas están constituidas por las mediciones obtenidas mediante imágenes satelitales (en canales de frecuencia infrarrojos, visible, del vapor de agua y microondas) y radares.

Análisis:

Mediante las mediciones recopiladas por las diferentes plataformas de observación, los meteorólogos evalúan la presencia o no de condiciones favorables para la generación de ciclones tropicales, a saber:

• Máximo de rotación contrareloj (vorticidad absoluta) de los vientos en los primeros kilómetros de la atmósfera.

• Una débil cizalladura de los vientos en niveles más altos de la atmósfera con respecto a los niveles inferiores (i.e., cortante vertical).

• Temperatura de la superficie del océano mayor a los 26-26.5 oC.

• Altos contenidos de humedad en las capas más bajas de la atmósfera.

• Nubosidad y tormentas preexistentes (movimientos ascendentes en la atmósfera).

Pronóstico:

Acá trataremos sólo con los pronósticos de Ciclones Tropicales a corto (12-72 h) y muy corto (0-12 h) plazo. Sin embargo, debe también notarse que existen los pronósticos estacionales, los cuales se basan en la correlación de variables atmosféricas que generan un pronóstico estadístico para una región temporada dada (e.g. el pronóstico para la temporada de Huracanes que cada año emite el Prof. William Gray y su equipo en la Universidad de Colorado, EUA).

i) Entes involucrados

El diagnóstico de las condiciones y pronóstico de la evolución de un ciclón tropical es realizado desde un centro especializado de la Organización Meteorológica Mundial (WMO): El NHC, para el Pacífico Noroeste y la Cuenca del Atlántico (que incluye al Mar Caribe y Golfo de México).



Por otra parte, el diagnóstico y pronóstico de los efectos de un ciclón tropical sobre una localidad particular es realizado por el SMHN del país respectivo.



De este modo, el pronóstico de Ciclones Tropicales es una responsabilidad conjunta entre el Centro Nacional de Huracanes de Miami (NHC, por sus siglas en inglés) y cada Servicio Meteorológico e Hidrológico Nacional (SMHN) de los países de la región.

ii) Métodos utilizados

Para la elaboración de su pronóstico, los meteorólogos utilizan las mediciones recopiladas por las diferentes plataformas de observación, las simulaciones que diferentes modelos numéricos realizan del ciclón tropical y sus efectos, su comprensión de los factores dinámicos que intervienen en la evolución del sistema, las condiciones locales (aquellas que modifican la amenaza así como las de vulnerabilidad preexistente) en el área afectada por el sistema, así como el aporte subjetivo que la experiencia del meteorólogo aporta al pronóstico.

iii) Errores en los pronósticos

Fig.15. Errores de trayectoria en el pronóstico oficial del NHC, para el período de 1965 a 1998 en la cuenca del Atlántico (fuente, NOAA TPC/NHC).

 

En la elaboración de su pronóstico, los meteorólogos deben lidiar con la escasez de datos, limitaciones de los modelos numéricos que simulan la evolución de la atmósfera y el ciclón tropical, entendimiento incompleto de los procesos físicos que ocurren dentro del ciclón tropical.



Para el meteorólogo, un buen pronóstico de huracán posee un error en la posición de 80 km (43 mn) y en los vientos de 13 km/h (6-7 kt), para períodos de 12 horas antes del ingreso a tierra.



Los errores promedio del NHC para trayectorias son de aproximadamente 260 km a 48 h y de 140 km a 24 h. Los pronósticos de intensidad del ciclón tropical son menos favorables, teniéndose muchas veces errores de 20 km/h en los pronósticos de vientos máximos sostenidos para períodos de 24 h.



A pesar de estos errores, debe quedar claro de que precisamente son estos pronósticos la mejor información disponible para basar nuestras decisiones de atención y mitigación.

iv)  Confección de Alertas y Avisos.

La emisión de alertas y avisos por ciclones tropicales son el resultado de la discusión y coordinación que de forma operativa se realiza entre el NHC y los SM

Fig.16. Errores de intensidad en pronósticos oficial del NHC para el período de 1990 a 1997 en la cuenca del Atlántico (fuente, NOAA TPC/NHC).

 

 

De este modo, se emite una Alerta (Watch, en inglés) cuando existe la posibilidad de amenaza directa de ciclón tropical en una localidad dentro de las siguientes 36 h. Se emite un Aviso (Warning, en inglés) cuando se esperan los efectos de un ciclón tropical sobre una localidad en las próximas 24 h.

 

Fig.17. Ejemplo de las áreas definidas dentro de una Alerta (Watch) y un Aviso (Warning) para un ciclón tropical típico.

 

Boletines emitidos por el NHC:

• Tropical cyclone public advisories (6h, 3h cuando hay alertas o avisos, y 2h cuando hay observaciones de radar) Dirigidos al público en gral. Describen el CT y sus probables amenazas. Indican alertas y avisos.

• Tropical cyclone forecast/advisories (6h) Dan pronósticos de los campos de viento alrededor del CT.

• Tropical cyclone discussions (6h) Dirigidos a los meteorólogos, dan una idea del razonamiento del pronosticador y su confidencia.

• Tropical cyclone strike probability forecasts (6h) Describen la probabilidad de que un CT se acerque dentro de 65 mn (75 mi.) para varias localidades durante las siguientes 72h.

Boletines emitidos por los SMHNs (e.g. el IMN en Costa Rica):

• Avisos meteorológicos (uno único) Describen y pronostican la ocurrencia de un fenómeno hidrometeorológico que podría representar una amenaza.

• Informes meteorológicos (12 h o menos) Presentan un diagnóstico y un pronóstico de aquel fenómeno hidrometeorológico que constituye una amenaza de desastre.

ALGUNAS RECOMENDACIONES PARA LOS TOMADORES DE DECISIONES

Debe planearse de antemano los diferentes escenarios que generaría un ciclón tropical en una localidad determinada, de manera que el proceso de toma de decisiones sea lo más automático posible.



Sepa cómo accesar la información meteorológica operativa que le es más útil y manténgase actualizado de la misma.



No sólo considere la posición del centro del ciclón tropical, recuerde que está lidiando con un sistema que en promedio posee diámetros del orden de 500 km y que las condiciones más severas son más probables de ocurrir en el cuadrante delantero derecho del ciclón tropical.



Considere los riesgos a partir de la incertidumbre en el pronóstico de la amenaza. De modo que prepárese siempre para un ciclón tropical con un grado de categoría mayor y que se aproxime más de lo pronosticado.



Tome en cuenta los tiempos que en promedio requerirá una población para ser evacuada, de manera que cuando los vientos con fuerza de tormenta tropical (61 km/h) alcancen esta localidad la evacuación ya haya sido completada.

 

FUENTES DE INFORMACIÓN SOBRE HURACANES

http://polar.wwb.noaa.gov/NEW.waves/



http://www.nhc.noaa.gov



http://www.imn.ac.cr

ALGUNAS FUENTES BIBLIOGRÁFICAS NACIONALES RELACIONADAS CON HURACANES

Banichevich, A. y O.G. Lizano. 1998. Interconexiones entre las vertientes del Caribe y el Pacífico de Centroamérica en función de ciclones tropicales como eventos esporádicos. Biología Tropical. 46 (Supl. 5): 8-21. Proyecto No. 805-96-279.



Lizano, O.G. y R.J. Moya. 1990. Simulación de oleaje durante el Huracán Joan (1988) a su paso por el Mar Caribe de Costa Rica.  Geofísica. 33: 105-126.



Lizano, O.G., 1990. Modelo de viento ajustado a un modelo de generación de olas para el pronóstico durante huracanes. Geofísica. 33: 75-103.



Lizano. O.G., 1991.  Simulación de oleaje durante el Huracán David a su paso por el Mar Caribe al sur de Puerto Rico.  Ciencia y Tecnología.  XV (1-2): 5-12.



Lizano, O.G., A. Mercado y M.L. Hernández. 1993.  Impacto de las olas generadas por el Huracán David sobre un arrecife coralino: resultados de  modelos numéricos. Revista Geofísica. 38: 91-110.