TEMA 11 - Departamento de Ciencias de la Atmósfera

FACULTAD DE CIENCIAS
CURSO DE CLIMATOLOGIA
TEMA 11
CICLONES, ANTICICLONES Y TORMENTAS
1. CICLONES O BAJAS PRESIONES
La región en la atmósfera donde predomina el ascenso de aire se denomina sistema de baja
presión, depresión o ciclón. En estas regiones a menudo se dan condiciones de nubosidad,
vientos, periodos de lluvia, tiempo inestable y cambiante.
Un sistema de baja presión se desarrolla donde se produce un ascenso de aire caliente y
relativamente húmedo desde la superficie de la Tierra. Estos son sistemas de isobaras
cerradas (líneas de presión constante) que rodean una región de presiones relativamente
bajas.
El aire que se encuentra cercano al centro del sistema de baja presión es inestable. A
medida que el aire caliente y húmedo asciende, enfría las nubes, y así éstas se hacen más
gruesas, por lo que se pueden comenzar a formar lluvia o nieve.
En los sistemas de bajas presiones el aire sube en espiral desde la superficie de la Tierra. Si
la presión en su centro es muy baja, el viento puede llegar a ser de fuerza huracanada. Por
esta razón el término ciclón se ha usado, aunque de manera poco precisa, para tormentas
y alteraciones de estos sistemas de bajas presiones, para huracanes tropicales
particularmente violentos y tifones.
1.1 Ciclones de latitudes tropicales y medias
Estos dos tipos de ciclones, difieren en su estructura, así como en su desarrollo:
Ciclones tropicales
Los ciclones tropicales de desarrollan sobre los océanos y sobre masas tropicales de aire
húmedo, entre los 20-25 grados de latitud norte y sur. Son mucho más pequeños que los
ciclones de latitudes medias, tienen diámetros de 100-1500 km. Debido a que la presión
del aire del centro es mucho menor, y su diámetro mucho más pequeño, en los ciclones
tropicales el descenso de la presión del aire para la unidad de distancia (gradiente de
presiones) es normalmente mucho más alta que en los ciclones de latitudes medias. Por ello
pueden producir vientos muy fuertes: en los huracanes y en los tifones son de más de 33
millas por segundo (unos 120 km/h), con un récord de 104 m/s ( 375 km/h. ) en el Huracán
Allan, en 1980.
Los ciclones tropicales obtiene su energía del calor latente de la evaporación del agua de
los océanos, por ello se van disipando gradualmente cuando se desplazan sobre tierra y
pierden su fuente de energía.
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Ciclones de latitudes medias
Los ciclones de latitudes medias se accionan debido a grandes diferencias de temperatura
en la atmósfera: se desarrollan cuando se mezclan masas de aire con diferentes
temperaturas. El aire no se mezcla bien y la masa de aire caliente se sitúa por encima de la
otra, dando origen a un frente.
Los ciclones de latitudes medias son mucho mayores que los de latitudes tropicales, con
diámetros de 1000-4000 km; la velocidad del viento es menor que en el caso de los ciclones
tropicales: su velocidad máxima es de alrededor de 30 m/s (110 km/h).
Figura 1. Circulación en un anticiclón (H) y de una baja presión o ciclón (L)
2. ANTICICLONES O ALTAS PRESIONES.
Las regiones donde el aire desciende se denominan de altas presiones o anticiclones.
Comparados con los sistemas de bajas presiones, los anticiclones tienden a cubrir áreas más
grandes, se mueven más lentamente y tienen una vida más larga.
Los anticiclones se producen por grandes masas de aire descendente. A medida que el aire
se va hundiendo se va formando el centro de altas presiones; el aire que desciende se
calienta y la humedad relativa disminuye, de manera que las gotitas de agua del aire
rápidamente se evaporan.
Las masas de aire cálido que descienden, hacen que se estabilice la atmósfera, por lo que el
aire caliente de la superficie de la Tierra al poco de elevarse se estanca. Esto impide la
formación de nubes. Por esta razón, los anticiclones normalmente conducen a un clima
cálido y seco con cielos poco nubosos, particularmente en verano y cuando ocurre en
invierno tenemos tiempo muy frío y con posibles heladas en superficie.
Los anticiclones son mucho más extensos que los ciclones y pueden bloquear la trayectoria
de las depresiones. Un anticiclón que persiste durante un largo periodo de tiempo se conoce
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como una "alta de bloqueo", y puede desencadenar largas temporadas calurosas,
produciendo incluso sequías durante los meses del verano, e inviernos extremadamente
fríos.
En invierno los anticiclones predominan sobre los continentes fríos, donde el aire es más
denso. Si está seco, produce un enfriamiento adicional del suelo con fuertes heladas
nocturnas. Si está húmedo, existirán nieblas más o menos duraderas. La masa de aire
anticiclónica se enfría por irradiación por su parte más baja, lo que le confiere aún más
estabilidad; y si además añadimos sus característicos movimientos de descenso desde las
capas altas, obtendremos la formación de fuertes inversiones de temperatura, con
importantes aumentos de la contaminación atmosférica en zonas urbanas.
Durante el verano, por el contrario, predominan sobre los océanos, que están más fríos que
los continentes. Los cielos despejados que acompañan a las situaciones anticiclónicas,
unidos a que en esa época del año el calentamiento diurno por radiación solar es mayor que
el enfriamiento nocturno, provocan ascensos importantes de la temperatura.
3. TORMENTAS
De acuerdo a la definición de la Organización Meteorológica Mundial existe una tormenta
cuando tenemos un fenómeno eléctrico en la atmósfera o electro-meteoro. Un electrometeoro se define como una manifestación visible o audible de la electricidad atmosférica.
Las tormentas se producen en las nubes convectivas y habitualmente van acompañadas de
precipitaciones que llegan al suelo en forma de chubascos de lluvia, nieve granulada o
granizo.
Se sabe que la superficie exterior de las gotitas de agua está constituida, en gran parte, por
cargas eléctricas negativas y que inmediatamente debajo de esta capa, existe otra de cargas
positivas. Las fuerzas de rozamiento que actúan durante las tormentas podrían arrancar la
capa exterior de las gotitas y separar de esta forma las cargas. Esta separación podría
también producirse por la congelación del agua por la fusión de los cristales de hielo.
De las medidas realizadas por globos sondas o por otros medios, resulta que el reparto de
las cargas en una nube tormentosa se caracteriza principalmente por:
a) una zona cargada positivamente en la cima de la nube
b) una concentración de partículas cargadas negativamente en la parte central de la nube.
Debajo de la región cargada negativamente existe, a menudo, una segunda región de cargas
positivas más reducida.
4. FORMACIÓN Y EVOLUCIÓN DE LAS CÉLULAS TORMENTOSAS
A menudo es posible distinguir las torres que sobresalen de la parte en crecimiento de una
nube convectiva. 0tras veces sé pueden observar masas o líneas de tormentas unidas entre sí
y que se extienden sobre distancias horizontales que sobrepasan los, 50 km. Algunas veces
es posible asociar una tormenta con una cierta unidad de circulación convectiva que se
llama célula. El diámetro de una célula tormentosa es del orden de 1110 km y una célula
aislada puede formarse a partir de varios, cúmulos en desarrollo. En otros casos, aparecen
activar torres que sobrepasan una extensa capa nubosa.
En general, las células adyacentes tienen tendencia a reunirse sin embargo, pueden
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habitualmente distinguirse por la configuración del eco de sus precipitaciones en la pantalla
del radar, Por otra parte, los aviones atraviesan a menudo regiones menos turbulentas
situadas en la zona que separa las células tormentosas. Fundándose en la velocidad y en el
sentido de las corrientes verticales se pueden distinguir tres periodos en la vida de una
célula de tormenta:
Durante el crecimiento (ver figura 1) existen en toda la nube fuertes corrientes ascendentes.
Aunque las observaciones por avión en el interior de las nubes indican la presencia de
lluvia o nieve, parece ser que estas precipitaciones quedan suspendidas por las corrientes
ascendentes ya que en esta etapa no llegan al suelo.
El periodo de madurez (ver figura 2) comienza cuando las gotas de agua o las partículas de
hielo caen de la base de la nube. Sus dimensiones y su concentración son demasiado
elevadas para que las corrientes ascendentes puedan sostenerlas.
La fricción ejercida por la caída de los hidrometeoros ayuda a cambiar, en ciertas partes de
la nube, el movimiento ascendente en movimiento descendente. Sin embargo, el
movimiento ascendente persiste y frecuentemente alcanza su máxima intensidad en la parte
superior de la nube, cuando comienza el periodo de madurez. En general el movimiento
descendente es menos rápido y en la parte inferior de la nube es más pronunciado. Cuando
el aire descendente alcanza la proximidad del suelo se ve forzado a extenderse
horizontalmente, produciendo, a menudo, violentas ráfagas (frente de ráfaga). En esta
corriente, la temperatura es mas baja que la del aire que la rodea.
Figura 1. La fase de crecimiento
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Figura 2. El periodo de madurez
Figura 3. La fase final
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En la fase final (ver figura 3) la corriente ascendente desaparece completamente. La
corriente descendente abarca la totalidad de la célula y, por lo tanto, no puede producirse
condensación. Esta corriente se debilita cuando cesa la formación de gotas de agua y
partículas de hielo.
Mientras la lluvia y la corriente descendente persistan, la totalidad de la célula tormentosa
es más fría que el aire que la rodea. Cuando cesa la lluvia, la temperatura en el interior de
la célula recobra el mismo valor que tiene el aire que la rodea. La disipación de la nube es
completa y no quedan más que algunas nubes estratificadas. En superficie ha desaparecido
toda traza de tormenta y de ráfagas.
5. TIPOS DE TORMENTA
Las tormentas pueden producirse en diversas situaciones sinópticas. Las condiciones,
iniciales favorables para su formación son:
a) Presencia de aire húmedo en un gran espesor de la atmósfera o una atmósfera inestable
para el aire saturado que se extienda hasta grandes altitudes.
b) Un potente mecanismo que fuerce al aire a elevarse a grandes alturas.
5.1 Tormentas en masa de aire
Las tormentas pueden formarse en el interior de una masa de aire. A estas se las conoce con
el nombre de tormentas de masa de aire. El mecanismo que provoca el movimiento
ascendente puede ser: la ascendencia orográfica, la convección o los movimientos
ascendentes extendidos.
5.2 Tormentas frontales
También pueden producirse tormentas como resultado de la interacción de dos masas de
aire: son las tormentas frontales. En este caso, la ascendencia puede originarse por la
llegada de aire frío que se desliza bajo una masa de aire cálido y húmedo, o por el paso de
este aire cálido y húmedo por encima del aire frío. Algunas veces la ascendencia del aire
húmedo inestable puede producirse por la combinación de varios procesos. La ascendencia
por si misma tiende igualmente a reforzar el gradiente vertical de temperatura y, por lo
tanto, favorece el desarro1lo de tormentas.
La altura alcanzada por el tope de las nubes de tormenta en sus diversas etapas depende
principalmente de la latitud geográfica. En regiones de media a alta latitud (de las zonas
templadas de la Tierra hacia los polos) es raro que ese tope pase de los 8 km de altitud.
Mientras tanto en regiones de media hacia baja latitud (de las zonas templadas hacia el
Ecuador) pueden llegar a 20 km o más. En un cincuenta por ciento de los casos, la altura
del tope supera los 15 km, y la mayor incidencia de nubes de tormenta con topes por
encima de 20 km parece ocurrir en el sudeste asiático, incluyendo el norte de Australia,
Indonesia y Nueva Guinea.
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Las nubes de tormenta son más comunes en regiones tropicales y templadas durante el
verano, aunque también ocurren en regiones próximas a los polos y en otras estaciones.
Ocurren más sobre los continentes que sobre los océanos, pues el calentamiento solar altera
menos la temperatura del aire sobre éstos. Sin embargo, pueden surgir en cualquier hora del
día. El mayor número de casos se produce entre las 16 y 18 hs, en función del
calentamiento solar. Sobre las montañas, el momento más propicio es entre las 13 y 14 hs.
Las tormentas, además de las producidas por nubes aisladas, también pueden estar
asociadas a conglomerados de nubes denominados sistemas convectivos de mesoescala,
que pueden extenderse entre una y varias centenas de kilómetros. En esos casos, las
tormentas tienden a ser más intensas, pues son formadas por grupos de nubes Cb. Los dos
tipos de sistemas más conocidos en esa escala son las líneas de inestabilidad y los
complejos convectivos.
5.3 Lineas de Inestabilidad
Estas consisten en sistemas frontales con gran energía, ya que están formados en su
mayoría por nubes de tipo Cúmulus-Nimbus que se ubican en una línea, con largo variable
(entre 200 y 700 km) y que avanzan de SW al NE a gran velocidad. El primer indicio de la
proximidad de una línea de inestabilidad, se notará con el descenso brusco de la presión
atmosférica (entre 1 y 2 hPa por hora) estando el cielo despejado o con algunos Cirrus.
Estas líneas nacen delante de un frente frío o estacionario y en horas de la madrugada o de
la mañana y en los meses de primavera y verano. Lo hacen en la provincia de Buenos Aires
y La Pampa y se desplazan hacia el NE recorriendo una distancia de 500 a 700 Km, hasta
que en horas del atardecer se detiene y se disuelve. Es decir tiene un ciclo diurno. Se
observa por el S o el SW la presencia de un grupo de nubes potentes que se hallan
alineadas, con un color oscuro, a veces negro y que en ocasiones parecen rollos que
avanzan a gran velocidad, acompañados de actividad eléctrica y muchos relámpagos. Al
acercarse, el cielo se cubre de los Cumulus-Nimbus y se producen fuertes ráfagas que
ocasionan un oleaje enérgico y peligroso para pequeños barcos y luego se producen fuertes
chaparrones y tormentas eléctricas.
La fuerte precipitación puede durar una hora y luego mejora el tiempo rápidamente
mientras la presión sube en forma acelerada. El viento que cambió al S con el pasaje de la
línea comienza a rotar al W y luego se regenera el viento N que sé tenía antes del pasaje de
las tormentas. La temperatura sube y vuelve a sus valores anteriores, lo mismo que la
humedad. Es decir que la masa de aire no cambió, ya que esta línea no es un sistema frontal
frío, donde se observa un fuerte descenso de 1a temperatura. Al día siguiente es probable
que se forme otra línea que avance aún mas al N del país pudiendo afectar a
todas las provincias del Litoral. Cuando el frente frío pasa por el Río de la Plata, con
nuevos fenómenos, desciende la temperatura y el punto de rocío haciendo imposible la
aparición de nuevas líneas de inestabilidad, llamadas también líneas de tormenta o líneas de
turbonada.
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Las líneas de inestabilidad ocurren generalmente asociadas a sistemas frontales, como los
"frentes fríos", cuando se encuentran masas de aire con diferente temperatura y humedad.
En ese encuentro, las masas de aire frío "empujan" hacia arriba a las de aire caliente, y
producen líneas de tormenta que alcanzan, a veces, centenas de kilómetros de extensión.
Las nubes Cb así generadas viven en promedio tanto como las que surgen aisladamente,
pero pueden desplazarse por decenas de kilómetros durante su existencia. Las tormentas
que provocan llegan a durar varias horas, ya que, con el desplazamiento del sistema,
nuevas nubes son formadas a medida que las primeras se disipan.
Las líneas de inestabilidad son comunes en el sur y sudoeste del país, asociadas a "frentes
fríos" provenientes de la Argentina.
5.4 Complejos convectivos de mesoescala
Los complejos convectivos son agrupamientos de nubes de tormenta en forma circular, con
diámetros de 300 a 400 km y contienen centenas o hasta miles de nubes. Surgen
generalmente por la noche; duran en promedio de 10 a l2 hs; pueden, en ciertos casos,
regenerarse durante días y parecen pasar por etapas semejantes a las de una nube Cb. En el
Brasil, los complejos convectivos son observados con más frecuencia en la región sur, sin
embargo pueden ocurrir en el sudeste y en el centro Oeste. En América del Sur las regiones
mas afectadas por este tipo de fenómeno son el norte de la Argentina y en el Paraguay.
Figura 4. Desarrollo de un complejo convectivo de mesoescala sobre EE.UU.
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6. Distribución anual de tormentas sobre la superficie terrestre
Las observaciones en superficie y especialmente las mediciones satelitales han permitido
establecer la ocurrencia y el número de tormentas sobre cada punto de la superficie
terrestre. Como deciamos anteriormente las zonas ecuatoriales y de latitudes medias en
verano son las que son mas afectadas por tormentas, por ejemplo las zonas afectadas por
monzones y donde se ubican las selvas tropicales lluviosas. No hay que olvidar las zonas de
latitudes medias afectadas por tormentas frontales, complejos convectivos de mesoescala y
líneas de inestabilidad que tienen asimismo una gran frecuencia de tormentas (caso del
sudeste de Sudamérica).
Figura 5. Frecuencia en número de días con tormenta sobre la superficie terrestre
7. LOS TORNADOS
La palabra "tornado" proviene del latín tonare, que significa "girar". Un tornado es un
fenómeno meteorológico violento e impredecible, caracterizado por vientos que giran desde
una formación nubosa densa en forma de embudo. Esta formación es visible por la
presencia de polvo que es succionado de la tierra y por la condensación en su centro de
gotas de agua.
Los tornados son las perturbaciones atmosféricas más violentas, y, sin embargo, son
demasiado pequeñas para poderlas descubrir en los mapas sinópticos normales.
El ancho de un tornado puede variar desde unos treinta centímetros hasta casi un par de
kilómetros. No se conoce con exactitud la velocidad a la que el viento se mueve en su
interior, pero se estima que puede alcanzar los 500 km/h. No es extraño, entonces, que a tal
velocidad pueda arrastrar árboles, automóviles, casas. etc. Afortunadamente, sólo el 2% de
los tornados sobrepasan los 300 km/h.
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La mayoría de los tornados mide alrededor de los 50 metros de ancho, viajan a 50 km/h y
duran sólo unos pocos minutos y su recorrido, generalmente, no es más de algunos
kilómetros. Sin embargo, sucede ocasiona1mente que algunos tornados parecen permanecer
activos en distancias del orden de 100 Km o más.
Figura 6. Vista de un tornado tocando tierra.
FORMACIÓN DE UN TORNADO
Los tornados se originan en las paredes de una tormenta, debido a que se confrontan dos
fuerzas opuestas: la fuerza centrífuga del viento que gira circularmente (debido a la
influencia del movimiento de rotación de la tierra y a la tendencia física que tienen líquidos
y gases a formar estas especies de remolinos al estar sometidos a "turbulencias") y la fuerza
de succión que ésta origina aspirando el aire caliente y haciéndolo subir hasta zonas más
frías donde, al enfriarse, genera mayor succión y perpetúan el fenómeno. Estas masas de
aire rotantes se denominan, en lenguaje técnico, mesociclones.
Una explicación más técnica del fenómeno, recientemente obtenida después de medir
varios tornados, está dada por el hecho constante de que, al menos en los tornados de
EE.UU., coincidían siempre tres tipos de vientos. Un viento a ras del suelo, que provenía
del sudeste, otro viento a unos 800 m de altura, proveniente del sur, y un tercer viento sobre
los 1.600 m que provenía del suroeste. Al enfrentarse estas fuerzas comenzaba la rotación
del aire.
Al enfriarse el aire en las zonas más altas se originan nubes con cargas electrostáticas que
producen gran cantidad de truenos y relámpagos, sin estar forzosamente en relación con la
magnitud del tornado. Esta frialdad del agua puede también producir enormes granizos en
la vecindad del tornado, lo que debe ser un signo de alerta.
No siempre es visible el típico "embudo" giratorio, formado por polvo, agua y nubes,
pudiendo existir una formación más atípica que es igualmente destructora. Esta rotación
(llamada ciclónica, que significa giratoria), ocurre en sentido contrario a las agujas del reloj
(vista desde arriba) en el hemisferio norte - EE.UU., India, Bangladesh) y a favor de ellos
en el hemisferio sur.
Un tornado resulta siempre de una excesiva inestabilidad de la atmósfera con un gradiente
vertical de temperatura muy elevado. También están estrechamente asociados con intensa
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actividad tormentosa. Un tornado se presenta al principio como una nube en forma de
columna que se desarrolla a partir de la base de un cumulonimbus.
Cuando el extremo de la columna “embudo” alcanza el suelo produce considerables daños,
destruyendo edificios y aspirando residuos y polvo. Los automóviles y los animales pueden
ser levantados y arrojados a varios cientos de metros.
La destrucción de los edificios se debe no solamente a los vientos fuertes, sino también a un
efecto explosivo. La caída de presión puede exceder de 50 hPa en menos de un minuto y la
gran diferencia de presión entre el interior del edificio cerrado y el exterior hace el efecto
de una explosión, haciendo saltar con violencia hacia el exterior los muros y los techos.
8. CICLONES TROPICALES, HURACANES Y TIFONES
Es el nombre genérico que se le da al viento huracanado que se traslada girando a gran
velocidad, donde la presión disminuye en su interior y adquiere una circulación rotacional
organizada en el sentido contrario a las manecillas del reloj en el hemisferio norte, y en el
sentido opuesto en el hemisferio sur.
HURACANES
El término "huracán" tiene su origen en el nombre que los indios mayas y caribes daban al
dios de las tormentas, pero este mismo fenómeno meteorológico es conocido en la India
con el nombre de "ciclón", en las Filipinas se le denomina "baguio", en el oeste del Pacífico
norte se le llama "tifón", y en Australia "Willy-Willy". Estos términos identifican un mismo
fenómeno meteorológico. En forma sencilla, un huracán es un viento muy fuerte que se
origina en el mar, remolino que se desplaza sobre la superficie terrestre girando en forma de
espiral o acarreando humedad en enormes cantidades, y que al tocar áreas pobladas,
generalmente causa daños importantes o incluso desastres.
ORIGEN Y EVOLUCION DE UN CICLON TROPICAL
Los ciclones tropicales constituyen una clase especial de grandes sistemas de vientos en
rotación y poseen características únicas de circulación, completamente distintas de los
sistemas ciclónicos típicos de latitudes medias y de los tornados de escala menor, de las
trombas marinas y de los remolinos de polvo.
Los ciclones se forman y se intensifican cuando están situados sobre océanos tropicales o
subtropicales en ambos hemisferios, en donde la fuerza de rotación de la tierra (Coriolis) es
suficientemente fuerte para que se inicie el movimiento de rotación alrededor del centro de
baja presión y cuyas temperaturas de agua al nivel de la superficie son de 27° C o más
cálidas. Las regiones generadoras no son estables. Los ciclones tropicales van a ubicarse en
diferentes lugares en diferentes meses del año, por lo general en la época más calurosa. Los
huracanes ocurren en todas las áreas oceánicas tropicales excepto el Atlántico Sur y el
Pacífico Sur. Recuerden que el huracán necesita mucho océano para cobrar fuerza y para
nutrirse, y se mueve con la rotación de la tierra hacia el oeste. Eso implica que se va a
formar en donde puedan correr sin ser interrumpido y debilitado por tierra firme. Hay ondas
tropicales formándose todo el tiempo, pero no todas tienen las condiciones y el espacio para
cobrar fuerza.
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Figura 7. Foto satelital de un huracan con su respectivo “ojo”
ELEMENTOS PRESENTES PARA QUE SE FORME UN HURACÁN
TEMPERATURA
Superior a 27°C:
A esa temperatura, el agua del océano se está evaporando al nivel acelerado requerido para que
se forme el sistema. Es ese proceso de evaporación y la condensación eventual del vapor de agua
en forma de nubes el que libera la energía que le da la fuerza al sistema para generar vientos
fuertes y lluvia. Y como en las zonas tropicales la temperatura es normalmente alta,
constantemente originan el segundo elemento necesario:
HUMEDAD:
Como el huracán necesita la energía de evaporación como combustible, tiene que haber mucha
humedad, la cual ocurre con mayor facilidad sobre el mar, de modo que su avance e incremento en
energía ocurre allí más fácilmente, debilitándose en cambio al llegar a tierra firme.
VIENTO:
La presencia de viento cálido cerca de la superficie del mar permite que haya mucha evaporación y
que comience a ascender sin grandes contratiempos, originándose una presión negativa que
arrastra al aire en forma de espiral hacia adentro y arriba, permitiendo que continúe el proceso de
evaporación. En los altos niveles de la atmósfera los vientos deben estar débiles para que la
estructura se mantenga intacta y no se interrumpa este ciclo.
GIRO o "spin":
La rotación de la tierra eventualmente le da movimiento en forma circular a este sistema, el que
comienza a girar y desplazarse como un gigantesco trompo. Este giro se realiza en sentido
contrario al de las manecillas del reloj en el hemisferio norte, y en sentido favorable en el
hemisferio sur.
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