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Pronóstico de ciclones tropicales

La predicción de ciclones tropicales es la ciencia que pronostica la ubicación del centro de un ciclón tropical y sus efectos en un momento futuro. La predicción de ciclones tro...

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La predicción de ciclones tropicales es la ciencia que pronostica la ubicación del centro de un ciclón tropical y sus efectos en un momento futuro. La predicción de ciclones tropicales comprende varios elementos: trayectoria, intensidad, precipitaciones, marejada ciclónica, tornados y predicción estacional. Si bien la precisión en la predicción de trayectorias ha aumentado, la precisión en la predicción de intensidad se ha mantenido sin cambios en los últimos años. La predicción estacional comenzó en la década de 1980 en la cuenca del Atlántico y se ha extendido a otras cuencas desde entonces.

Historia

Corto plazo

Los métodos para pronosticar ciclones tropicales han cambiado con el tiempo. Los primeros pronósticos conocidos en el hemisferio occidental fueron realizados por el teniente coronel William Reed del Cuerpo de Ingenieros Reales en Barbados en 1847. Reed utilizó principalmente mediciones de presión barométrica como base para sus pronósticos. Benito Vines introdujo un sistema de pronóstico y alerta basado en los cambios en la nubosidad en La Habana durante la década de 1870. Sin embargo, antes de principios del siglo XX, la mayoría de los pronósticos se realizaban mediante observaciones directas en estaciones meteorológicas, que luego se transmitían a los centros de pronóstico por telégrafo . No fue hasta la llegada de la radio a principios del siglo XX que los meteorólogos pudieron contar con observaciones desde barcos en alta mar. En la década de 1930 se empezó a utilizar radiosondas en el pronóstico de ciclones tropicales. La década siguiente vio el surgimiento del reconocimiento aéreo por parte de las fuerzas armadas, comenzando con el primer vuelo dedicado a un huracán en 1943 y el establecimiento de los Cazadores de Huracanes en 1944. En la década de 1950, los radares meteorológicos costeros comenzaron a utilizarse en los Estados Unidos, y los vuelos de reconocimiento de investigación por parte del precursor de la División de Investigación de Huracanes comenzaron en 1954. [ 1 ]

El lanzamiento del primer satélite meteorológico, TIROS-I, en 1960, introdujo nuevas técnicas de pronóstico que siguen siendo importantes para la predicción de ciclones tropicales hasta la actualidad. En la década de 1970, se introdujeron boyas para mejorar la resolución de las mediciones de superficie, que hasta ese momento no estaban disponibles en todas las superficies marítimas. [ 1 ]

a largo plazo

A finales de la década de 1970, William Gray observó una tendencia a la baja actividad de huracanes en la cuenca del Atlántico Norte durante los años de El Niño . Fue el primer investigador en establecer una conexión entre estos eventos, y los resultados positivos lo impulsaron a continuar investigando. Descubrió que numerosos factores en todo el mundo influyen en la actividad de los ciclones tropicales, como la relación entre los períodos de lluvias en el Sahel africano y un aumento en la llegada de huracanes importantes a la costa este de Estados Unidos . Sin embargo, sus hallazgos también mostraron inconsistencias al considerar un solo factor como influencia principal. [ 2 ]

Utilizando sus hallazgos, Gray desarrolló un pronóstico estadístico objetivo para la actividad estacional de huracanes; predijo solo el número de tormentas tropicales, huracanes y huracanes mayores, renunciando a detalles sobre trayectorias y posibles llegadas a tierra debido a las inconsistencias mencionadas anteriormente. [ 2 ] Gray emitió su primer pronóstico estacional antes de la temporada de 1984, que utilizó las relaciones estadísticas entre la actividad de ciclones tropicales, la Oscilación del Sur de El Niño (ENSO), la Oscilación Cuasibienal (QBO) y las presiones a nivel del mar en la cuenca del Caribe. [ 3 ] El esfuerzo resultó moderadamente exitoso. [ 2 ] Posteriormente emitió pronósticos antes del inicio de la temporada de huracanes del Atlántico en mayo y antes del pico de la temporada en agosto. [ 4 ] Estudiantes y colegas se unieron a su equipo de pronóstico en los años siguientes, incluidos Christopher Landsea , Paul W. Mielke Jr. y Kenneth J. Berry. [ 5 ]

Pista

Errores de seguimiento en la cuenca del Atlántico desde 1970

El flujo sinóptico a gran escala determina entre el 70 y el 90 por ciento del movimiento de un ciclón tropical. El flujo medio de las capas profundas es la mejor herramienta para determinar la dirección y la velocidad de la trayectoria. Si las tormentas presentan una cizalladura significativa, el uso del viento en niveles inferiores es un mejor predictor. El conocimiento del efecto beta puede utilizarse para dirigir un ciclón tropical, ya que conduce a una dirección más hacia el noroeste para los ciclones tropicales en el hemisferio norte. También es recomendable suavizar las oscilaciones a corto plazo del centro de la tormenta para determinar una trayectoria más precisa. [ 6 ]

Debido a las fuerzas que afectan las trayectorias de los ciclones tropicales, las predicciones precisas de su trayectoria dependen de determinar la posición y la intensidad de las áreas de alta y baja presión, y de predecir cómo cambiarán esas áreas durante la vida de un sistema tropical. Al combinar modelos de pronóstico con una mayor comprensión de las fuerzas que actúan sobre los ciclones tropicales y una gran cantidad de datos provenientes de satélites en órbita terrestre y otros sensores, los científicos han aumentado la precisión de los pronósticos de trayectoria en las últimas décadas. [ 7 ] Un pronóstico de trayectoria preciso es importante, porque si el pronóstico de trayectoria es incorrecto, los pronósticos de intensidad, lluvia, marejada ciclónica y amenaza de tornados también serán incorrectos.

Regla 1-2-3

Los huracanes Rita y Philippe se muestran con predicciones basadas en la regla 1-2-3.

La regla 1-2-3 ( regla 1-2-3 del marinero o área de peligro ) es una guía comúnmente enseñada a los marineros para el seguimiento y la predicción de tormentas severas (específicamente huracanes y tormentas tropicales ). La regla 1-2-3 tiene dos partes, la regla de 34 nudos que es el área de peligro que se debe evitar. [ 8 ] La regla 1-2-3 en sí se refiere a los errores de pronóstico a largo plazo redondeados del NHC/TPC de 100-200-300 millas náuticas a 24-48-72  horas, respectivamente. Estos números estaban cerca del promedio de 10 años para el período 1982-1991. [ 9 ] Sin embargo, estos errores han disminuido a cerca de 50-100-150 a medida que los pronosticadores del NHC se vuelven más precisos. El "área de peligro" que se debe evitar se construye expandiendo la trayectoria de pronóstico por un radio igual a los respectivos cientos de millas más los radios del campo de viento de 34 nudos pronosticados. [ 10 ]

Intensidad

Los meteorólogos afirman que son menos hábiles para predecir la intensidad de los ciclones tropicales que su trayectoria. [ 11 ] La capacidad de computación disponible limita la capacidad de los meteorólogos para modelar con precisión un gran número de factores complejos, como la topología exacta y las condiciones atmosféricas, aunque con mayor experiencia y comprensión, incluso los modelos con la misma resolución pueden ajustarse para reflejar con mayor precisión el comportamiento del mundo real. [ 12 ] Otra debilidad es la falta de mediciones frecuentes de la velocidad del viento en el ojo de la tormenta. Se espera que el Sistema Global de Navegación por Satélite para Ciclones , lanzado por la NASA en 2016, proporcione muchos más datos en comparación con las mediciones esporádicas de las boyas meteorológicas y los aviones que penetran en huracanes . [ 13 ]

Un pronóstico preciso de la trayectoria es esencial para crear pronósticos precisos de intensidad, particularmente en un área con grandes islas como el Pacífico noroccidental y el Mar Caribe, ya que la proximidad a tierra es un factor inhibidor para el desarrollo de ciclones tropicales. Un huracán/tifón/ciclón fuerte puede debilitarse si se forma una pared del ojo exterior (típicamente a unos 80-160 kilómetros (50-99 millas) del centro de la tormenta), lo que impide la convección dentro de la pared del ojo interior. Este debilitamiento se denomina ciclo de reemplazo de la pared del ojo y suele ser temporal. [ 14 ] 

Intensidad potencial máxima

El Dr. Kerry Emanuel creó un modelo matemático alrededor de 1988, denominado intensidad potencial máxima o IPM, 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 de modelos globales . Los mapas creados a partir de esta ecuación muestran los valores de la intensidad máxima alcanzable debido a la termodinámica de la atmósfera en el momento de la última ejecución del modelo (ya sea a las 00:00 o a las 12:00 UTC ). Sin embargo, la IPM no tiene en cuenta la cizalladura vertical del viento . [ 15 ] La IPM se calcula utilizando la siguiente fórmula:

V=A+B⋅mido(T−T0){\displaystyle V=A+B\cdot e^{C(T-T_{0})}}

DóndeV{\displaystyle V}es la velocidad potencial máxima en metros por segundo;T{\displaystyle T}es la temperatura de la superficie del mar debajo del centro del ciclón tropical,T0{\displaystyle T_{0}}es una temperatura de referencia (30  °C) yA{\displaystyle A},B{\displaystyle B}ydo{\displaystyle C}son constantes de ajuste de curva. CuandoA=28.2{\displaystyle A=28.2},B=55.8{\displaystyle B=55.8}, ydo=0,1813{\displaystyle C=0.1813}, el gráfico generado por esta función corresponde al percentil 99 de los datos empíricos de intensidad de ciclones tropicales. [ 16 ]

Lluvia

r-CLIPER para Isabel (2003)

La predicción de lluvias de ciclones tropicales es importante, ya que entre 1970 y 2004, las inundaciones tierra adentro causadas por ciclones tropicales provocaron la mayoría de las muertes por ciclones tropicales en los Estados Unidos . [ 17 ] [ 18 ] Si bien las inundaciones son comunes en los ciclones tropicales cerca de una masa continental, hay algunos factores que conducen a lluvias excesivas de ciclones tropicales. El movimiento lento, como se vio durante el huracán Danny y el huracán Wilma , puede provocar grandes cantidades. La presencia de topografía cerca de la costa, como es el caso en gran parte de México , Haití , la República Dominicana , gran parte de Centroamérica , Madagascar , Reunión , China y Japón actúa para magnificar las cantidades debido al flujo ascendente hacia las montañas. El fuerte forzamiento en niveles superiores de una vaguada que se mueve a través de los vientos del oeste, como fue el caso durante el huracán Floyd , puede provocar cantidades excesivas incluso de sistemas que se mueven a un movimiento de avance promedio. Una combinación de dos de estos factores podría ser especialmente devastadora, como se vio durante el huracán Mitch en Centroamérica . [ 19 ] Por lo tanto, un pronóstico de trayectoria preciso es esencial para producir un pronóstico preciso de lluvia de ciclones tropicales. [ 20 ] Sin embargo, como resultado del calentamiento global, el calor que se ha acumulado en la superficie del océano ha permitido que las tormentas y los huracanes capturen más vapor de agua y, dado el aumento de las temperaturas en la atmósfera también, retengan la humedad por más tiempo. [ 21 ] Esto resulta en cantidades increíbles de lluvia al tocar tierra, lo que a menudo puede ser el aspecto más destructivo de un huracán.

Métodos operativos

El modelo de pronóstico sigue la trayectoria dentro del ATCF. El pronóstico oficial del NHC para Ernesto (2006) es de color azul claro, mientras que la trayectoria real de la tormenta es la línea blanca sobre Florida .

Históricamente, los mapas de seguimiento de ciclones tropicales se utilizaban para incluir la trayectoria pasada y preparar pronósticos futuros en los Centros Meteorológicos Regionales Especializados y los Centros de Alerta de Ciclones Tropicales. La necesidad de un método más moderno para pronosticar ciclones tropicales se hizo evidente para los pronosticadores meteorológicos operativos a mediados de la década de 1980. En ese momento, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos utilizaba mapas de papel, acetato, lápices de grasa y diversos programas informáticos para pronosticar ciclones tropicales. [ 22 ] El software del Sistema Automatizado de Pronóstico de Ciclones Tropicales (ATCF) fue desarrollado por el Laboratorio de Investigación Naval para el Centro Conjunto de Alerta de Tifones (JTWC) a partir de 1986, [ 23 ] y se utilizó desde 1988. Durante 1990, el sistema fue adaptado por el Centro Nacional de Huracanes (NHC) para su uso en el NHC, los Centros Nacionales de Predicción Ambiental y el Centro de Huracanes del Pacífico Central . [ 23 ] [ 24 ] Esto proporcionó al NHC un entorno de software multitarea que les permitió mejorar la eficiencia y reducir el tiempo necesario para hacer un pronóstico en un 25 % o 1 hora. [ 24 ] ATCF se desarrolló originalmente para MS-DOS , antes de ser adaptado a Unix y Linux. [ 23 ]

marejada ciclónica

El principal modelo de pronóstico de marejada ciclónica en la cuenca del Atlántico es SLOSH , que significa Mar , Lago , Tierra , Marejada de Huracán . [ 25 ] Utiliza el tamaño de una tormenta, su intensidad, su movimiento de traslación y la topografía de la llanura costera para estimar la profundidad de una marejada ciclónica en cualquier punto de la cuadrícula en los Estados Unidos . Se requiere una trayectoria de pronóstico precisa para producir pronósticos de marejada ciclónica precisos. Sin embargo, si el punto de llegada a tierra es incierto, se puede generar un mapa de envolvente máxima de agua (MEOW) basado en la dirección de aproximación. Si la trayectoria de pronóstico en sí misma también es incierta, se puede generar un mapa de máximo de máximos (MoM) que mostrará el peor escenario posible para un huracán de una fuerza específica. [ 26 ]

Tornado

La mayoría de los tornados asociados a ciclones tropicales se localizan en el cuadrante noreste del hemisferio norte y en el cuadrante sureste del hemisferio sur. [ 27 ] Al igual que con la mayoría de los pronósticos sobre los efectos de los ciclones tropicales, se requiere un pronóstico preciso de la trayectoria para elaborar un pronóstico preciso de la amenaza de tornados.

Pronóstico estacional

Al observar las variaciones anuales de diversos parámetros climáticos, los meteorólogos pueden predecir el número total y la intensidad de los ciclones tropicales que ocurrirán en una temporada determinada. Por ejemplo, al elaborar sus pronósticos estacionales, el Centro de Predicción Climática de Estados Unidos considera los efectos de la Oscilación del Sur de El Niño , el ciclo tropical de 25 a 40 años, la cizalladura del viento sobre los océanos y la temperatura de la superficie oceánica. [ 28 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Sheets, Robert C. (junio de 1990). "El Centro Nacional de Huracanes: pasado, presente y futuro" . Weather and Forecasting . 5 (2): 185– 232. Bibcode : 1990WtFor...5..185S . ​​doi : 10.1175/1520-0434(1990)005 < 0185:TNHCPA > 2.0.CO ; 2 .
  2. 1 2 3 Bob Sheets y Jack Williams (2001). Hurricane Watch: Forecasting the Deadliest Storms on Earth . Knopf Doubleday Publishing. ISBN 978-0-375-70390-4.
  3. ↑ William M Gray (24 de mayo de 1984). "Pronóstico de huracanes estacionales del Atlántico para 1984" (PDF) . Universidad Estatal de Colorado . Consultado el 17 de abril de 2016 .
  4. ↑ "El Proyecto de Meteorología Tropical" . Universidad Estatal de Colorado. s.f. Consultado el 16 de abril de 2016 .
  5. ↑ Mooney, Chris (2007). «Capítulo 4: Deja de lado la Matrix». Storm World . Harcourt . pág . 70. ISBN  978-0-15-101287-9En 1984 , Gray también emprendió la iniciativa que lo haría más famoso: un sistema de pronóstico estacional para la cuenca del Atlántico, que predecía la cantidad de huracanes y tormentas tropicales meses antes de su llegada. Es difícil exagerar el gran avance que Gray logró con su sistema de pronóstico.
  6. ↑ Marina de los EE. UU. SECCIÓN 1. INFLUENCIAS EN EL MOVIMIENTO DE LOS CICLONES TROPICALES. Archivado el 5 de febrero de 2012 en Wayback Machine . Recuperado el 10 de abril de 2007.
  7. ↑ Centro Nacional de Huracanes (3 de abril de 2013). Errores promedio anuales de la trayectoria de los modelos para los ciclones tropicales de la cuenca del Atlántico durante el período 1994-2005, para una selección homogénea de modelos "iniciales". Consultado el 30 de noviembre de 2006.
  8. ↑ Guía del navegante nhc.noaa.gov
  9. ↑L. T. William Schulz and Patrick Dixon (Fall 1994). "Hurricane Emily Threatens the Atlantic Fleet: Tale of Two Sorties". Mariners Weather Log. 38 (4): 4.
  10. ↑"What is the Mariner's 1-2-3 rule?".
  11. ↑National Hurricane Center. Annual average official track errors for Atlantic basin tropical cyclones for the period 1989–2005, with least-squares trend lines superimposed. Retrieved on 2006-11-30.
  12. ↑Why Is It Hard To Predict A Hurricane's Intensity?
  13. ↑Predicting A Hurricane's Intensity May Have Gotten Easier
  14. ↑Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (2006). Frequently Asked Questions: What are "concentric eyewall cycles" (or "eyewall replacement cycles") and why do they cause a hurricane's maximum winds to weaken? Hurricane Research Division. Retrieved on 2006-12-14.
  15. ↑Kerry A. Emanuel (1997-08-07). Maximum Intensity Estimation. Retrieved on 2006-10-20.
  16. ↑DeMaria, Mark; John Kaplan (September 1994). "Sea Surface Temperature and the Maximum Intensity of Atlantic Tropical Cyclones". Journal of Climate. 7 (9): 1324–1334. Bibcode:1994JCli....7.1324D. doi:10.1175/1520-0442(1994)007<1324:SSTATM>2.0.CO;2. ISSN 1520-0442.
  17. ↑FEMA. Hurricanes.Archived 2007-05-02 at the Wayback Machine Retrieved on 2013-05-03.
  18. ↑Ed Rappaport. Inland Flooding. Retrieved on 2006-06-24.
  19. ↑"Are You Ready?". Federal Emergency Management Agency. 5 April 2006. Archived from the original on 29 June 2006. Retrieved 24 June 2006.
  20. ↑William M. Frank. Fifth International Workshop On Tropical Cyclones: Topic 2 Tropical Cyclone Landfall Processes. Retrieved on 2007-04-17.
  21. ↑Welch, C. (2017). How climate change likely strengthened recent hurricanes. National Geographic [online]. 20 September 2017. Available at: (accessed 9-11-2017).
  22. ↑ Ronald J. Miller; Ann J. Schrader; Charles R. Sampson y Ted L. Tsui (diciembre de 1990). "El Sistema Automatizado de Pronóstico de Ciclones Tropicales (ATCF)". Weather and Forecasting . 5 (4): 653– 600. Bibcode : 1990WtFor...5..653M . doi : 10.1175/1520-0434(1990)005 < 0653:TATCFS > 2.0.CO ; 2 .
  23. 1 2 3 Sampson, Charles R; Schrader, Ann J (junio de 2000). "El sistema automatizado de pronóstico de ciclones tropicales (versión 3.2)" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana . 81 (6): 1231– 1240. Bibcode : 2000BAMS...81.1231S . doi : 10.1175/1520-0477(2000)081 < 1231:tatcfs > 2.3.co ; 2 .
  24. 1 2 Rappaport, Edward N; Franklin, James L; Avila, Lixion A; Baig, Stephen R; Beven II, John L; Blake, Eric S; Burr, Christopher A; Jiing, Jiann-Gwo; Juckins, Christopher A; Knabb, Richard D; Landsea, Christopher W; Mainelli, Michelle; Mayfield, Max; McAdie, Colin J; Pasch, Richard J; Sisko, Christopher; Stewart, Stacy R; Tribble, Ahsha N (abril de 2009). "Avances y desafíos en el Centro Nacional de Huracanes". Weather and Forecasting . 24 (2): 409. Bibcode : 2009WtFor..24..395R . CiteSeerX 10.1.1.207.4667 . doi : 10.1175/2008WAF2222128.1 . S2CID 14845745 .  
  25. ↑ Centro Nacional de Huracanes (3 de octubre de 2011). "Mareas de tempestad marina, lacustre y terrestre provocadas por huracanes (SLOSH)" . Administración Nacional Oceánica y Atmosférica . Consultado el 3 de mayo de 2013 .
  26. ↑ Productos meteorológicos para PC. Datos de oscilación del nivel del agua... ¿qué son? Consultado el 15 de abril de 2007.
  27. ↑ Roger Edwards (11-18 de enero de 1998). Pronóstico del Centro de Predicción de Tormentas: Apoyo para ciclones tropicales que tocan tierra. Consultado el 3 de mayo de 2013.
  28. ↑ Ira Flatow, Science Friday (21 de agosto de 2009). ¿Qué nos depara la temporada de huracanes? National Public Radio. Consultado el 3 de mayo de 2013.