En un nuevo estudio publicado en Atmosphere, los científicos especializados en huracanes observaron cómo la mezcla turbulenta en la capa límite afecta a la intensidad y la estructura de los huracanes en el modelo de Investigación y Previsión del Tiempo de Huracanes (HWRF) de la NOAA. Encontraron que la mezcla turbulenta afecta a dónde ocurren las tormentas eléctricas en los huracanes, y cuán rápido fluye el aire hacia el centro de una tormenta.
Conocer lo que ocurre en la atmósfera inmediatamente superior al océano, una zona llamada capa límite, es vital para predecir la intensidad de los huracanes. Mientras que los huracanes pueden medir cientos de millas de diámetro, los vientos más fuertes suelen ocurrir en ráfagas de menos de 100 yardas de diámetro, lo que se conoce como la escala turbulenta. El flujo arremolinado asociado a esta pequeña zona se denomina mezcla turbulenta, que es especialmente importante en la capa límite donde puede transportar el calor y la humedad del océano que se encuentra debajo.
Sin embargo, las características de escala turbulenta son demasiado pequeñas para que el HWRF y otros modelos las capten; en su lugar, los científicos utilizan la parametrización para estimar la fuerza de la mezcla turbulenta. La parametrización es un método utilizado para representar los procesos a pequeña escala que no pueden ser resueltos por los modelos. En este estudio se examinó el impacto de los esquemas de parametrización de la capa límite planetaria que se han utilizado en la versión operacional del HWRF desde 2011.
"El espaciado de la cuadrícula horizontal de un modelo de predicción de huracanes suele ser mayor de 1 km, pero las escalas de los remolinos turbulentos pueden ser tan pequeñas como 10 m", dijo Jun Zhang, un científico especializado en huracanes del Instituto Cooperativo de Estudios Marinos y Atmosféricos de la Universidad de Miami.
En este estudio, el modelo de HWRF se ejecutó varias veces utilizando cinco tipos de parametrización para determinar qué previsiones eran las más cercanas a las observaciones obtenidas de la aeronave Hurricane Hunter de la NOAA. Los científicos observaron luego cómo y por qué los diferentes esquemas de parametrización de la capa límite produjeron diferentes pronósticos en el modelo del HWRF.
La mezcla turbulenta está controlada por un parámetro llamado difusividad de remolino vertical. Según Zhang, la difusividad vertical de los remolinos es un parámetro del modelo de pronóstico que describe la fuerza de la mezcla vertical por el flujo de rotación a pequeña escala en la atmósfera.
"Este estudio muestra el tremendo valor de utilizar las observaciones desde la plataforma única de los aviones cazadores de huracanes para mejorar la representación de los procesos físicos fundamentales en los modelos de huracanes", dijo el científico de huracanes del AOML, Robert Rogers.
"Este parámetro es muy importante para el pronóstico de la intensidad de los huracanes", dijo Zhang.
Cuando la difusividad del remolino vertical es alta, se produce una mezcla más turbulenta. Cuando es pequeña, se produce una mezcla menos turbulenta, y los vientos más fuertes del modelo están más cerca del centro de la tormenta.
Los científicos también determinaron que la mezcla turbulenta afecta a la ubicación de las tormentas eléctricas en los huracanes. Cuando la difusividad del remolino vertical es pequeña, las fuertes tormentas eléctricas en un huracán tienden a ubicarse más cerca del centro de la tormenta y más dentro del ojo donde ocurren los vientos más rápidos.
La mezcla turbulenta también puede afectar a la rapidez con que el aire fluye hacia el centro de un huracán cerca de la superficie, también conocido como flujo radial, así como a la altura de la capa límite. Este flujo alimenta la energía del océano hacia el núcleo del huracán. Cuando la difusividad del remolino vertical es pequeña, el flujo radial es fuerte, y la capa límite es poco profunda.
Estas conclusiones subrayan la importancia de la física de modelos en las previsiones de la intensidad y la estructura de los huracanes y servirán de guía a los creadores de modelos para seguir mejorando los modelos de previsión de huracanes. Tales mejoras tienen el potencial de salvar vidas, reducir los daños a la propiedad y aumentar la confianza del público en los pronósticos y advertencias oficiales de huracanes de la NOAA.