Investigación de la influencia de la cizalladura vertical del viento en el cambio de intensidad de los ciclones tropicales

Científicos del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico (AOML) de la NOAA y del Instituto Cooperativo de Estudios Marinos y Atmosféricos (CIMAS) de la Universidad de Miami examinan los retos que plantea la predicción precisa de cuándo un ciclón tropical iniciará un rápido y repentino aumento de intensidad (denominado intensificación rápida o RI) en un nuevo estudio publicado en Monthly Weather Review.

El documento analiza un grupo(ensemble) de previsiones de modelos informáticos durante un evento real de intensificación rápida para comprender mejor el proceso. Para predecir con exactitud el cambio de intensidad de los ciclones tropicales y cuándo puede comenzar la intensificación rápida, es fundamental que los modelos informáticos partan de la intensidad y la estructura correctas del ciclón tropical, de modo que se prediga adecuadamente la interacción de la tormenta con su entorno.

Imagen satelital del huracán Gonzalo tras completar un periodo de rápida intensificación el 16 de octubre de 2014.

Un factor importante que controla la intensidad de un ciclón tropical es la cizalladura vertical del viento ambiental, o la diferencia de velocidad del viento entre la parte superior y la inferior de la tormenta. Una cizalladura del viento elevada limita la capacidad de las tormentas eléctricas para organizarse alrededor del centro del ciclón tropical e intensificar el sistema como puede hacerlo cuando la cizalladura del viento es baja. Cuando la cizalladura del viento es moderada, el ciclón tropical puede intensificarse, a veces rápidamente, pero también puede debilitarse, lo que hace que la previsión de estos sistemas sea muy difícil. 

"Este proyecto comenzó como la última parte de mi tesis doctoral allá por 2018 en la Universidad de Albany. Una vez que comencé a trabajar en el AOML después de la escuela de posgrado, este estudio se benefició significativamente de los nuevos análisis realizados en colaboración con mis coautores del AOML, ya que pudimos realizar un examen multifacético de cómo la cizalladura vertical del viento influye en el cambio de intensidad de los ciclones tropicales."

- Michael Fischer, autor principal del estudio y científico asistente del CIMAS en el AOML de la NOAA.

Para entender mejor por qué algunos ciclones tropicales experimentan una rápida intensificación en entornos de cizalladura del viento moderada y otros no, los investigadores analizaron un conjunto de 60 previsiones de modelos informáticos del huracán Gonzalo en 2014, que experimentó una rápida intensificación [Figura 1]. Dado que los científicos no pueden medir los valores precisos de temperatura, presión, humedad o velocidad del viento en todas partes, hicieron pequeños ajustes en la estructura inicial de Gonzalo y su entorno en cada miembro del conjunto que eran de la misma escala que la incertidumbre en las observaciones. 

Figura 1: Previsión de la intensidad del huracán Gonzalo a partir de los 60 miembros del conjunto. El panel a muestra la presión mínima a nivel del mar (hPa o mb), y el panel b muestra el viento máximo sostenido (ms-1) a 10 m sobre la superficie. Las previsiones de los miembros del ensemble que sufrieron RI al principio del periodo (etiquetados como early-RI) se muestran en rojo y los que sufrieron RI al final del periodo (etiquetados como late-RI) se muestran en azul. La intensidad observada del huracán Gonzalo se muestra con la línea negra gruesa.

Para identificar por qué la dispersión en la intensidad prevista del huracán Gonzalo fue tan grande, el estudio se centró en dos grupos diferentes de simulaciones. Un grupo experimentó inmediatamente una rápida intensificación, por lo que Gonzalo siguió siendo muy intenso. Este grupo se denominó grupo "early-RI" (líneas rojas en la Figura 1). El segundo grupo se intensificó gradualmente al principio, antes de experimentar un breve periodo de debilitamiento debido al aire seco, y finalmente comenzó a experimentar una rápida intensificación. A este grupo se le denominó grupo "late-RI" (líneas azules en la Figura 1). A continuación, los investigadores compararon las características de los dos grupos de previsiones para saber a qué se debían las diferencias. 

La diferencia clave entre los grupos early-RI y late-RI se remonta a las diferencias en la intensidad y estructura iniciales de Gonzalo. Al principio de las previsiones, las tormentas del grupo early-RI eran ligeramente más intensas y tenían vientos circulantes más alineados verticalmente que las tormentas del grupo late-RI. Estas diferencias aumentaron con el tiempo, dando lugar finalmente a previsiones significativamente diferentes.

A pesar de los recientes avances, los especialistas en huracanes tienen dificultades para predecir con exactitud los eventos de intensificación rápida. Este estudio demostró que las previsiones de conjunto son útiles para demostrar la gama de resultados potenciales de intensidad de los ciclones tropicales. Estas previsiones de conjunto también proporcionaron una valiosa visión de los procesos a través de los cuales la cizalladura del viento ambiental y el aire seco pueden interactuar con el ciclón tropical y modificar la intensidad de la tormenta.

Este análisis fue dirigido por Michael Fischer (AOML/CIMAS), Paul Reasor (AOML), Brian H. Tang (SUNY-Albany), Kristen L. Corbosiero (SUNY-Albany), Ryan D. Torn (SUNY-Albany) y Xiaomin Chen (AOML/NGI). Visite la página web del Programa de Modelización y Predicción de Huracanes para saber más sobre los esfuerzos del AOML para mejorar la predicción de eventos de rápida intensificación.

Cita: Fischer, M.S., P.D. Reasor, B.H. Tang, K.L. Corbosiero, R.D. Torn y X. Chen. A tale of two vortex evolutions: Using a high-resolution ensemble to assess the impacts of ventilation on a tropical cyclone rapid intensification event. Monthly Weather Review. https://doi.org/10.1175/MWR-D-22-0037.1