Estudio Dinámico y Termodinámico de Una Ciclogénesis Costera_2012_1

8/17/2019 Estudio Dinámico y Termodinámico de Una Ciclogénesis Costera_2012_1

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ESTUDIO DINÁMICO Y TERMODINÁMICO DE UNA CICLOGÉNESIS COSTERA

Carolina Cerr udo 1,2 , Claudia Campetella

2,3 y Norma Possia

2,3

1 Servicio Meteorológico Nacional

2 Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos FCEyN, UBA.

3 Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera – CONICET-UBA UMI IFAECI/CNRSBuenos Aires, Argentina.

[email protected] , [email protected]

Resumen

El objetivo de este trabajo es identificar los procesos que conducen a la rápida profundización de un ciclónocurrido en la semana del 21 de julio del 2009. Durante el desarrollo del sistema se observan varios períodosde desarrollo explosivo, alcanzando una profundización de 21.3 hPa en 24 hs, y la mayor intensidad de 14.6hPa en 12 hs. Gran variedad de fenómenos de tiempo significativo asociados a este sistema tienen lugar en el

centro y norte del país: tormentas, intensas precipitaciones, ráfagas, nevadas, entre otros. La persistencia devientos fuertes ocasionó una bajante en el Río de la Plata y una pleamar de más de tres metros en Mar delPlata, que produjo numerosos destrozos. Los valores de precipitación acumulados alcanzaron los 60 mm enun período de seis horas y superaron el valor normal para el mes de julio en varias localidades.La disminución local de vorticidad de niveles bajos se vio favorecida por el efecto combinado de lavorticidad y la convergencia, y la advección vertical de vorticidad. El calor diabático asociado a laconvección tuvo un importante rol en la profundización del sistema en su etapa de desarrollo y rápida

profundización.

Palabras claves: eventos extremos, ciclogénesis explosiva

DYNAMIC AND TERMODYNAMIC STUDY OF A COASTAL CYCLOGENESIS

Abstract

The aim of this paper is to identify the processes that lead to the rapid deepening of a cyclone occurred in the

week of July 21, 2009. During the life cycle of the cyclone several periods of explosive developmentwere observed, reaching a deepening of 21.3 hPa in 24 hours, with the greatest intensity of 14.6 hPa in 12 hours. Varieties of significant weather events take place along the Center and North of Argentina:storms, intense rainfall, gusts, snow, among others. The persistence of strong winds caused a negative stormsurge in Río de la Plata’s coast and a positive storm surge in Mar del Plata’s coast, which producednumerous damage. Precipitacion values of 60 mm are reached in a six hour period, and exceeded the normalvalue for July in many locations.

The local decrease of vorticity in low levels is produced by the convergence effect and the vertical adveccionof vorticity. Diabatic heat associated to conveccion play an important rol in the development stage and rapid

deepening of the system.

1. Introducción

Dentro de los fenómenos meteorológicos que pueden producir eventos extremos de viento y precipitación se

encuentran las ciclogénesis, que afectan con determinada frecuencia las regiones costeras del sur deSudamérica, y pueden producir alto impacto socio económico en la población. La región del Río de la Plata yel litoral atlántico argentino son las zonas preferenciales de ocurrencia de ciclones (Necco, 1982a y b; Gan yRao, 1991), que en algunos casos pueden estar acompañados de viento fuerte sostenido y precipitaciones

intensas. Además de ser una zona preferencial de ocurrencia de ciclones, el norte de la costa bonaerense y deUruguay presenta gran frecuencia de ciclones explosivos (Sanders y Gyakum, 1980; Possia, 2004). Estosciclones se caracterizan por profundizarse rápidamente y generalmente están asociados a vientos fuertes y

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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persistentes e intensas precipitaciones. Además, la posición del ciclón puede ser determinante para producir

una onda de tormenta positiva (Ciappesoni y Salio, 1997; Escobar y otros, 2004) o negativa (Cerne y otros2005; Campetella y otros 2007). Mendez y otros (2007) presentan la evolución, en términos de anomalías, delos campos termodinámicos y dinámicos para las ciclogénesis que se desarrollan sobre el sudeste deSudamérica.

En cuanto a los ciclones explosivos los estudios realizados no muestran un único factor detonante de su

rápido desarrollo. Sanders y Gyakum, (1980) los relacionan con las corrientes marinas cálidas mientras queWash y otros (1992) asocian los procesos de altura a los fuertes movimientos verticales y a la rápida profundización. Uccellini y otros (1987) enfocan el problema desde un punto de vista sinérgico, donde los

procesos diabáticos y dinámicos se retroalimentan en las ciclogénesis de rápido desarrollo. Por otro lado,Wang y Rogers (2001) plantean que las ciclogénesis explosivas en diferentes regiones del Atlántico Norte

tienen distintas características dinámicas. En la región Sudamericana, Vera y otros (2002), Seluchi y Saulo(1998) y Possia (2002) encuentran que en casos de ciclones asociados a abundante precipitación, laliberación de calor latente por condensación es el mecanismo más importante que intensifica el movimientode ascenso al este del ciclón.

Debido a que aún no hay acuerdo en la comunidad científica respecto de los procesos que dominan la rápida profundización e intensificación de los ciclones explosivos que afectan Sudamérica, es necesario profundizaren el estudio de la estructura dinámica y termodinámica de dichos sistemas.

El caso particular de ciclogénesis explosiva que tuvo lugar en la semana del 21 de julio del 2009 produjouna gran variedad de fenómenos de tiempo significativo asociados a su desarrollo y rápida profundización, ytuvo un importante impacto socio económico en gran parte del país. Por esta razón el objetivo de este trabajoes identificar los procesos que conducen a la rápida profundización del sistema.

2. Datos y Metodología

Para el estudio del entorno sinóptico, la estructura dinámica y termodinámica del sistema, se utilizaron losanálisis cuatridiurnos NCEP-GDAS de 1º x 1º de resolución horizontal y 27 niveles de presión para la regióncomprendida entre 110º - 20º O y 10º - 70º S.El estudio de las condiciones meteorológicas observadas y los fenómenos de tiempo significativo se realizó a

partir de los datos de 53 estaciones sinópticas provistos por el Servicio Meteorológico Nacional.Para determinar si la ciclogénesis tuvo característica de explosiva durante el período 18 UTC del 20/07/2009

a las 00 UTC del 24/07/2009, se utilizó el criterio desarrollado por Sanders y Gyakum (1980) para períodosde 12 y 24 hs:

160

*24,12 sen

sen

dt

dP ISG

hs [1] , donde es la latitud media del ciclón

Con el objetivo de identificar los procesos dinámicos y termodinámicos que intervienen en el desarrollo deesta ciclogénesis, principalmente en su rápida profundización, se evalúan los términos de las ecuaciones de latendencia de vorticidad y la ecuación termodinámica.Con el propósito de investigar la influencia que pudieran tener los procesos diabáticos en la profundizacióndel sistema, se evalúa el calor diabático a partir de la expresión de la derivada total de la temperatura

potencial.La onda de tormenta representa todo efecto no astronómico que puede modificar la altura del nivel del mar,

por ejemplo, la intensidad del viento y cambios bruscos en la presión, entre otros. Se calcula como ladiferencia entre la marea observada y la astronómica (de aquí en más residuo). Los valores de mareaobservada y onda de tormenta utilizados en este trabajo fueron facilitados por Mónica Fiore (SHN,comunicación personal).

3. Resultados

3.1 Descripción sinóptica y fenómenos de tiempo significativo asociados al desarrollo del ciclón

En esta sección se analizan las principales características del entorno sinóptico en el cual se desarrolla la

ciclogénesis. Además se resumen los principales fenómenos de tiempo significativo que ocurren durante eldesplazamiento y evolución del ciclón.En este trabajo se considera como inicio del ciclón el día 20 de julio a las 18 UTC, cuando se observa la

primer isobara cerrada en el campo de presión al nivel medio del mar (PNMM) trazada cada 3 hPa. El valor


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central de PNMM inicial es de 1003.5 hPa, situado aproximadamente en 21º S y 63º O, el 20 de julio. En la

Figura 1.a se presenta la trayectoria del ciclón desde su inicio hasta las 00 UTC del 24 de julio. La Figura 1.bmuestra la evolución temporal del valor mínimo de PNMM para el mismo período. En líneas generales, se puede observar que en las primeras 48 hs de su evolución el ciclón se desplaza hacia el SSE, coincidente conuna mayor tasa de profundización, tal como se puede inferir de la pendiente negativa que presenta la curva

en la Figura 1.b. Luego el ciclón sigue una trayectoria hacia el SE, con una menor tasa de profundización.

1003.5

997.1

997

993.2

990.3

982.1

975.7

974.6

967.5

965.1

965.7

967.5

-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-2020-18 UTC

21-06 UTC

21-12 UTC

22-00 UTC

22-12 UTC

23-06 UTC

23-12 UTC

24-00 UTC

Figura 1.a: posición del valor mínimo de presión (en hPa) y trayectoria del sistema desde las18 UTC del 20/07/2009 a las 18 UTC hasta las 00 UTC del 24/07/2009.

Caída de presión desde el 20/07 18 UTC al 24/07 00 UTC

1003,51001,3

997,1 997

993,2

990,3

982,1

975,7974,6

973,3

967,5965,1 965,7

967,5

960

965

970

975

980

985

990995

1000

1005

1010

18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0

Horas (UTC)

P n m m (

h P a )

Figura 1.b: evolución temporal del valor mínimo de presión

22-0721-07 23-07


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La Tabla 1 muestra los valores de ISG12hs e ISG24hs, donde puede observarse tres períodos de 24 hs con

ISG24hs > 1, lo que indica la característica explosiva de la ciclogénesis. El índice más alto corresponde al período comprendido entre las 12 UTC del día 21 y las 12 UTC del día 22, con un valor de ISG24hs = 1.34,dado por una profundización de 21.3 hPa en esas 24 hs. Cabe destacar que este período incluye dos períodosexplosivos de 12 hs: uno que comienza a las 18 UTC del día 21 y el otro comienza a las 00 UTC del 22. Este

último es el período de mayor tasa de profundización, con un valor de ISG12hs = 1.66, debido a unadisminución de la presión de 14.6 hPa en 12 hs.

Día Hora (UTC) Min P (hPa) ISG (12hs) ISG (24hs)

20/07/09 18 1003.5 1.2329379 0.81864782

21/07/09 0 1001.3 0.72080991 0.79383333

6 997.1 0.59950383 1.021382

12 997 0.89990139 1.33996962

18 993.2 1.33105684 1.07812726

22/07/09 0 990.3 1.65645246 0.93500225

6 982.1 0.80115134 0.77246031

12 975.7 0.25161451 0.55060638

18 974.6 0.73102662 0.45025091

23/07/09 0 973.3 0.82967584 0.286158856 967.5 0.18058225 0.02427746

12 965.1 -0.23491838 0

18 965.7 -0.1243083

24/07/09 0 967.5 0.04676281

Tabla 1: Día, hora, valor mínimo de presión e ISG cada 12 y 24 horas. Los períodos en los que se verifica el criterio de ciclogénesis explosiva está sombreado.

En la Figura 2 se presenta la evolución de algunos campos meteorológicos que permiten observar eldesarrollo del ciclón. Los campos de altura geopotencial en niveles medios y altos (Figura 2 b) muestran una

vaguada de gran extensión meridional con inclinación NNO – SSE entre 20º y 70º S afectando todo el país,con dos centros de vorticidad ciclónica principales alineados meridionalmente. En el campo de 300 hPa parael día 21 a las 00 UTC se observa un centro de vorticidad ciclónica con un máximo de -25 x10

-5 s

-1, ubicado

en 27º S 75º O, al oeste respecto del sistema de superficie. Este valor supera en un orden de magnitud a los

valores típicos para la escala sinóptica (Bluestein 1993, vol 2).

Durante el transcurso de los días 20 y 21 de julio se observa un aumento progresivo del flujo del sector Norteen niveles bajos sobre la ladera oriental de los Andes, alcanzando perfil de corriente en chorro en capas bajas

(CCCB) a partir de las 12 UTC del día 20, según el criterio 1 de Bonner (1968) (no se muestra). Estacaracterística es consistente con lo observado en la climatología realizada por Mendez y otros (2007),quienes encuentran un anómalo e intenso flujo del Norte en niveles bajos a sotavento de la cordillera de los

Andes, previo a la formación de la ciclogénesis. Esta CCCB está modulada por la escala sinóptica, que

domina sobre el ciclo diurno de la misma. Este flujo favorece la extensión hacia el sur de una masa de airetropical en la región NE del país, como muestra el espesor 1000/500 de la figura 2 c, y el avance de un frentecaliente hacia el norte de la provincia de Córdoba, Entre Ríos y sur de Santa Fe.

El 21 a las 06 UTC (Figura 3a) el viento máximo en 850 hPa supera los 30 m/s y presenta perfil de CCCB. A

las 12 UTC se observan dos centros principales de convergencia de flujo de humedad, uno que abarca gran parte de Santiago del Estero, Santa Fe y Ente Ríos, y otro en la región del Río de la Plata que alcanza unvalor de -35 x10

-4 h

-1 (figura 3 b).


5/16

21 00UTC

21 12UTC

22 00UTC

22 12UTC

Figura 2: evolución del ciclón desde el 21/07/2009 00 UTC hasta el 22/07/2009 12 UTC. Panel izquierdo: PNMM (cada 3 hPa, líneas) y espesor 1000/500 (mgp/10), sombreado). Panel derecho: geopotencial (cada

80 mgp, líneas) y vorticidad relativa en 300 hPa (x10-5 s

-1 , sombreado).

a b

c d

e f

g h


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Figura 4: imagen satelital GOES 12, IR (canal 4) del día 21 para las a) 06 UTC, b) 10 UTC

El calentamiento y humedecimiento producto del intenso flujo del norte, la presencia de convergencia deflujo de humedad y el avance del frente cálido son condiciones muy favorables en niveles bajos para el inicio

de convección en un entorno inestable. Es así como a comienzos del día 21, las imágenes de satélite de lafigura 4 muestran desarrollos convectivos que comienzan a tener lugar en las provincias de Entre Ríos y surde Santa Fe principalmente. La convección se extiende rápidamente hacia la provincia de Córdoba y gran parte de Buenos Aires y SO de Uruguay en las horas siguientes.

El sistema de baja presión de superficie continúa su desplazamiento hacia el SSE (Figura 1 a) situándose en33º S, 57º O a las 18 UTC del día 21. Hasta este momento el sistema de baja presión se ha profundizado,alcanzando un valor central de 993.2 hPa. La trayectoria del sistema con componente predominante hacia el

Figura 3: campos en 850 hPa para el día 21/07/2009 de: a) viento (vectores, m/s), isotacas a partir de 12

m/s (contornos verdes, cada 5 m/s), criterio de Bonner (sombreado), temperatura potencial equivalente(líneas casa 5 K) a las 06 UTC, b) temperatura potencial equivalente (líneas cada 5 K) y convergencia de

flujo de humedad (sombreado, x104 h

-1 ) a las 12 UTC

a b


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sur, su lento desplazamiento, y el ingreso al país de un anticiclón postfrontal hacia la Patagonia, favorece la

irrupción de una masa de aire polar, con la persistencia de vientos muy intensos del sector sur. Cabe destacarel rol de las advecciones frías de niveles bajos en profundizar las perturbaciones de altura, aumentando losvalores de vorticidad ciclónica en niveles altos, que junto a la intensificación del flujo, favorecen lasadvecciones de vorticidad ciclónica altura.

En la figura 5 se observan intensos movimientos ascendentes asociados a la presencia de convección,

alcanzando a las 18 UTC un máximo absoluto en 450 hPa de -3,6 Pa/s en 37º S y 57º O . Los movimientosverticales afectan toda la región norte y este de la provincia de Buenos Aires, la provincia de Entre Ríos ynorte de Santa Fe. Estas condiciones determinan un entorno favorable para la disminución local de la presiónen la región. La figura 5 b presenta un corte de velocidad vertical realizado en 58º O (el centro del sistemasituado entre 30º S y 35º S aproximadamente). Se observan valores de convergencias en niveles bajos con un

máximo que supera los -12 x10-5 s

-1 en 950 hPa y movimientos ascendentes mayores a -2,5 Pa/s en 700 y 500

hPa.

Figura 5: a) velocidad vertical en 450 hPa (sombreado, Pa/s) y geopotencial en 1000 hPa (líneas cada 40

mgp). La línea verde indica la longitud a la que se realiza el corte de la figura b. b) corte en 58º O develocidad vertical (líneas cada 0.5 Pa/s) y divergencia (sombreado, x10

-5 s

-1 ), ambos para el día 21 a las 18

UTC.

La Figura 6 muestra la precipitación acumulada entre las 12 UTC del 21 y las 12 UTC del día 22 de julio para la región central del país, donde se observa que los mayores valores superaron los 60 mm sobre laregión costera de la provincia de Buenos Aires y el sur de Entre Ríos. La precipitación registrada en 24 hssuperó el valor normal para el mes de julio en Capital Federal y varias localidades del Gran Buenos Aires.

En lugares como Gualeguaychú y Observatorio Central Buenos Aires se alcanzaron valores de 60 mm en períodos de seis horas (entre las 12 y 18 UTC del 21), donde se registraron un total de 67 mm y 73 mm en 24hs respectivamente.

A medida que la perturbación de altura se traslada lentamente hacia el este, modifica su estructura, y a

comienzos del día 22 los tres centros de vorticidad pierden la alineación meridional (figura 2 f y h). Esto sedebe a la presencia estacionaria de un sistema de baja presión posicionado en el Océano Atlántico, que

bloquea el desplazamiento de la vaguada. Se profundiza la cuña situada corriente abajo y aumenta elgradiente de geopotencial, que conduce a un aumento en la intensidad del flujo.

a b


8/16

12

69

8 34

2

17

10 8

128

18

34

10.1

35

13

10

34.7

1967

0.3

3

18.2

11

6665

69

1514

62 57

65

435

7

-70 -65 -60 -55 -50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

pp acumulada 21/07 (de 12Z a 12Z)

Figura 6: precipitación acumulada (mm) en 24 hs según día pluviométrico para el día: a)

20/07/2009, b) 21/07/2009

El sistema de superficie se intensifica y se posiciona a las 00 UTC del día 22 sobre el océano Atlántico, en la

costa este de la provincia de Buenos Aires, con un valor central de presión al nivel del mar de 990.3 hPa en37º S, 56º O (figuras 1 a y 2 e). Aquí comienza el período de mayor tasa de profundización del sistema

(Figura 1 a y b). La ciclogénesis de superficie se desplaza en las primeras 6 hs hacia el SSE, afectando lacosta SE de la provincia de Buenos Aires. Aumenta la advección fría en el centro y norte del país (no se

muestra) junto a un intenso flujo del SO. Hacia las 12 UTC del 22 la trayectoria del sistema de baja presiónde superficie adquiere una mayor componente hacia el este, alejándose de la costa bonaerense en direcciónESE, alcanzando un mínimo de 975.7 hPa (figura 1). El anticiclón del Pacífico ubicado en 45º S y 85º O se profundiza alcanzando una presión central mayor a 1038 hPa, mientras que la intensa cuña de niveles altos

asociada al mismo se desplaza hacia el este, adquiriendo una elongación con eje SSE – NNO, permitiendouna mayor penetración del aire polar hacia el centro del país. Esta configuración sumada a la intensa

conducente del sector sur ganando territorio Argentino, produce un gran incremento de los gradientes de presión, intensificando al sistema y la circulación de vientos asociada. Es así como aumenta progresivamente

el viento del S y SO, que supera en 850 hPa los 30 m/s en la provincia de Buenos Aires, y la masa de aire polar alcanza a comienzos del día 23 el norte de las provincias de Santa Fe, Entre Ríos y Córdoba (no semuestra). La ocurrencia de heladas y nevadas tuvieron lugar en numerosas localidades del centro del país que

produjeron el cierre de rutas y cortes de energía eléctrica. En Santa Rosa se registró un mínimo detemperatura de -4 ºC en la mañana del día 23. En Bahía Blanca la sensación térmica fue de -16ºC debido al

viento fuerte de hasta 70 Km/h, y más de 20 cm de nieve cubrieron la ciudad y alrededores.

La región costera de la provincia de Buenos Aires se vio principalmente afectada por fuertes vientos yráfagas que superaron los 70 Km/h durante varias horas consecutivas. El intenso flujo del sector sur asociado

a la ciclogénesis afecta en forma persistente durante todo el día 22 el océano adyacente a la costamarplatense, que genera una onda de tormenta positiva en la región. Sucesivas crecidas del mar, quealcanzaron un máximo que superó los 3 m, produjeron numerosos daños en regiones costeras de la ciudad de

Mar del Plata.


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La figura 7 a muestra la evolución temporal de la marea observada, la marea astronómica, y la onda de

tormenta registrada en la ciudad de Mar del Plata. Teniendo en cuenta el valor umbral que define Fiore yotros (2009), la ODT positiva en este caso particular comienza el 21 de julio a las 20:45 UTC y culmina en lamañana del día 24, alcanzando su máximo el día 22 de julio a las 19:45 UTC con un valor de 1,45 m. Lafigura 7b muestra la ODT que tiene lugar en el Río de la Plata. La persistencia de vientos del sector oeste

produjo una onda de tormenta negativa en el Río de la Plata. La bajante ocurre entre las 03 UTC del día 22de julio y las 12 UTC del día 23, alcanzando su máxima profundidad el día 22 a las 23 UTC, con un valor de

-2,30 m. Este valor se encuentra por debajo del umbral de -1,8 m determinado por Campetella y otros (2007) para el grupo de las bajantes más extremas, cuyo valor medio resultó ser de unos -2,33 m para el período1953 – 2003.

Onda de tormenta Mar del Plata

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

20-07

03:45

20-07

23:45

21-07

21:45

22-07

21:45

24-07

02:45

Día y hora (UTC)

A l t u r a ( m )

marea obs marea astron onda de torm umbral

Onda de Tormenta - Mareógrafo Palermo

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

22-07

03:00

23-07

03:00

24-07

03:00

25-07

03:00

26-07

02:00

Día y hora (UTC)

A l t u r a ( m )

marea obs astronomica onda de T umbral

Figura 7 : Evolución temporal de: marea observada (línea azul), marea astronómica (línearosa), onda de tormenta (línea verde), umbral para definir onda de tormenta (línea turquesa),

para a) Mar del Plata b) mareógrafo de Palermo

a

b


10/16

3.2 Evolución de la vorticidad y procesos que conducen a la rápida profundización

La figura 8 a muestra la evolución temporal del mínimo de la anomalía de geopotencial (respecto del campomedio) en niveles bajos, el cual ha sido normalizado según el índice SG (ISG=f(60°)/f(φ)), con el fin deindependizar la caída de geopotencial de la latitud. Las pendientes más negativas, representantes de las

mayores profundizaciones, se observan en 950 hPa entre las 00 y la 06 UTC del día 21, en 800 hPa entre las12 y las 18 del mismo día y el 22 entre las 00 y la 06 UTC en 700 hPa. Entre las 00 y 12 UTC del día 22 la

anomalía de geopotencial de todos los niveles sufre la caída más prolongada, coincidente con el períodoexplosivo más intenso. Sin embargo, todas las profundizaciones mencionadas anteriormente se encuentrancontenidas en los periodos marcados como explosivos en la Tabla 1 (filas 1, 3 y 4, y 6 respectivamente).

Anomalía de geop medio*ISG

-550

-500

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

21 - 00 UTC 21 - 06 UTC 21 - 12 UTC 21 - 18 UTC 22 - 00 UTC 22 - 06 UTC 22 - 12 UTC 22 - 18 UTC 23 - 00 UTC

Fecha

A n o m a l í a d e

g e o p o t e n c i a l

700 hPa 800 hPa 850 hPa 900 hPa 950 hPa 1000 hPa

Vortcidad mínima

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

21 - 00 UTC 21 - 06 UTC 21 - 12 UTC 21 - 18 UTC 22 - 00 UTC 22 - 06 UTC 22 - 12 UTC 22 - 18 UTC 23 - 00 UTC

Fecha

V o r t i c i d a d

700 hPa 800 hPa 850 hPa 900 hPa 950 hPa 1000 hPa

Figura 8: evolución temporal en niveles bajos de: a) mínimo de anomalía de geopotencial

(respecto del campo medio) normalizado (mgp), b) mínimo de vorticidad ciclónica (x10-5

s-1 ),

entre las 00 UTC del 21 y las 00 UTC del 23.

La Figura 8 b muestra la evolución en el tiempo del mínimo de vorticidad ciclónica asociado al sistema desuperficie para diferentes niveles de presión. Este gráfico muestra un aumento de vorticidad ciclónica de -10x10

-5 s

-1entre las 12 y las 18 UTC del día 21 en los niveles de 700 y 800 hPa, mientras que en los niveles

de 1000 y 950 hPa este incremento de vorticidad ciclónica se observa 6 horas más tarde. Cabe destacar que

entre las 12 UTC del 21 y las 00 UTC del 22 se observa un comportamiento distinto entre los niveles pordebajo y por encima de 900 hPa. En este momento comienza el período de mayor desarrollo explosivo del

sistema. Entre las 00 y las 12 UTC del día 22 se produce en todos los niveles un nuevo aumento de

b

a


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vorticidad ciclónica pero de menor magnitud que el anterior (en promedio de -6x10-5 s-1). En este periodo los

campos de anomalías responden con caídas muy importantes en todos los niveles .Cabe destacar que lamayor caída del geopotencial de los niveles más bajos es posterior a las mayores caídas de la vorticidadrelativa.

Las ecuaciones de la tendencia de vorticidad y termodinámica son utilizadas con el fin de de tratar deexplicar cuáles son los procesos dinámicos y termodinámicos que intervienen en la rápida profundización de

esta ciclogénesis.Desde el inicio de la ciclogénesis el forzante dinámico de niveles medios y altos cumple un importante rol.El 21 a las 12 UTC el sistema de superficie se posiciona por debajo de la región de la delantera de vaguadade 300 hPa, donde los valores de advección horizontal de vorticidad alcanzan un máximo de -18 x10

-9 s

-2

(no se muestra), siendo de un orden de magnitud superiores a los valores típicos.

Del análisis de la ecuación de tendencia de vorticidad se obtiene que la variación local de vorticidad en capas bajas se debe principalmente al efecto combinado de la vorticidad y la convergencia (término de la

divergencia en la ecuación de vorticidad), y al efecto de las advecciones verticales de vorticidad ciclónica.En la figura 9 a-c se muestra el campo horizontal de tendencia de vorticidad en 750 hPa y de los principalesefectos que contribuyen a la variación local de vorticidad en ese nivel para las 18 UTC del día 21. En elcampo de tendencia se observa un máximo de -21x10

-9 s

-2 centrado en 33º S 58º O aproximadamente,

afectando toda la región donde se encuentra el sistema de superficie. Sobre la misma región también seencuentran valores de hasta -18x10-9 s-2 en 950 hPa (no se muestra). Si bien estos valores son de un orden demagnitud mayor a los valores típicos, no alcanzan el máximo hallado por Possia y otros (2011) de -35x10

-9 s

-

2. El corte vertical de tendencia de vorticidad realizado en 33ºS (Figura 9 d) muestra claramente una

disminución local de la vorticidad relativa en toda la franja situada entre 55º y 59º O, región donde seencuentra el sistema de superficie. Las tendencias negativas se observan en toda la columna vertical hasta450 hPa, con un máximo de -21x10-9 s-2 en 750 hPa. Estos valores son explicados principalmente por el

efecto del término de la convergencia de niveles bajos y las advecciones verticales de vorticidad ciclónica(Figura 9 b y c).Las advecciones verticales de vorticidad en 750 hPa son máximas hacia el norte del sistema,alcanzando valores de hasta -18x10

-9 s

-2. Estos valores son similares a los hallados por Possia (2002), en una

ciclogénesis explosiva en la región del Río de la Plata.

a b


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Figura 9: campos de geopotencial (mgp, contornos) y a) tendencia de vorticidad relativa (x10-9 s-2 , sombreado), b) término de la convergencia (x10

-9 s

-2 , sombreado), c) término de advección vertical de

vorticidad (x10-9

s-2

, sombreado), en 750 hPa, y d) corte vertical de tendencia de vorticidad relativaen 33º S, para el 21/07/2009 a las 18 UTC. La línea verde en a), b) y c), corresponde a la isobara

cerrada de mayor valor en el campo de PNMM, dibujado cada 3 hPa.

Con el propósito de investigar la influencia que pudieran tener los procesos diabáticos en la profundización

del sistema, se evalúa el calor diabático.Para el día 21 a las 12 UTC se observa en 850 hPa un centro positivo de calor diabático de 0.8 m

2s

-3 en la

región donde se sitúa el sistema de superficie. La presencia de ese centro intensifica las velocidadesverticales en el nivel, que contribuyen a las advecciones verticales de vorticidad. A su vez, los intensos

ascensos producen un mayor descenso de presión en superficie. Un fuerte gradiente vertical de calor

diabático se observa en 29ºS 62ºO, profundizando la capa comprendida entre 900 y 1000 hPa (Figura 10).

Figura 10: corte vertical de calor diabático en 29º S (x10 m2 s-3 ), para el 21/07/2009 12 UTC

La intensificación de los ascensos que se observa a las 18 UTC está fuertemente ligada al aumento del calordiabático debido a la liberación de calor latente. La figura 11 a muestra un núcleo de calor diabático que

alcanza un máximo de 2 m2s-3 en 650 hPa en 30ºS 59ºO. El corte vertical en 30º S presenta el máximo en 650hPa y profundiza la capa situada entre 650 y 950 hPa (Figura 11 b). Entre 800 y 900 hPa se encuentra elgradiente vertical de calor más intenso en 59º O, y por lo tanto, es la capa más profundizada. Los cortes

c

d


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verticales realizados en 35º S y 37º S muestran un máximo de 1.8 m2s-3 en niveles medios, y se observan

gradientes verticales que profundizan la capa comprendida entre 700 y 950 hPa (Figura 11 c y d).

Figura 11: a) geopotencial en 975 hPa (mgp) y calor diabático (x10 m2 s

-3 ) en 650 hPa, b), c) y d) corte

vertical de calor diabático (x10 m2 s

-3 ) en 30º S, 35ºS y 37º S, para el 21/07/2009 18 UTC

Los órdenes de magnitud de calor diabático encontrados en este estudio coinciden con los hallados porPossia y otros (2011), en cuyo caso también encuentran los máximos calentamientos asociados a conveccióndesarrollada horas previas al momento de máxima profundización del sistema.

Para el día 22 a las 00 UTC los campos de tendencia de vorticidad en niveles bajos muestran la máximadisminución local de vorticidad relativa en 850 y 950 hPa, que alcanza el valor de -15x10

-9 s

-2 en el centro

del sistema (figura 12). Esto coincide con el hecho de que a partir de este momento tiene lugar la mayorcaída del mínimo de geopotencial en superficie, como se presentó en la figura 8. Esta disminución en la

tendencia de vorticidad se debe principalmente al efecto combinado de la vorticidad y la convergencia, quealcanza valores de -15x10

-9 s

-2 por encima de la porción centro y SE del sistema, entre 36º y 39º S, 56º O

aproximadamente (Figura 12 b). Un centro positivo de calor diabático afecta la región SE del sistema desuperficie, en 39º S 55º O, con un máximo de 0.8 m

2s

-3 en 750 hPa (y otro máximo del mismo valor en 500

hPa), pero con un importante gradiente vertical de calor que profundiza la capa situada entre 800 y 950 hPa(no se muestra). El corte vertical realizado en 42º S que se presenta en la figura 13 muestra un importante aumento de la

vorticidad ciclónica en 900 hPa, que alcanza los -28x10-5 s

-1 en 56º O, y los -22x10

-5 s

-1 en superficie,

asociado a la gran caída de geopotencial de niveles bajos.

Podemos concluir que el calor diabático tuvo un importante rol en la profundización del sistema en su etapa

de desarrollo y rápida profundización, ya que el efecto del gradiente vertical de calor diabático en capas bajas produce una disminución en la tendencia de geopotencial entre 800 y 950 hPa principalmente.

a b

c d


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Figura 12: campos de geopotencial (mgp, contornos) y a) tendencia de vorticidad relativa(x10

-9 s

-2 , sombreado), b) término de la convergencia (x10

-9 s

-2 , sombreado) en 950 hPa para

el 22/07/2009 a las 00 UTC

Figura 13: corte en 42° S de vorticidad relativa (x10-5

s-1

líneas en color) y velocidad vertical

(Pa/s, líneas en negro), para el 22/07/2009 a las 12 UTC.

4. Conclusiones

El objetivo de este trabajo es identificar los procesos que conducen a la rápida profundización de un caso

particular de ciclogénesis explosiva, para contribuir a largo plazo en mejorar la previsibilidad de estossistemas y facilitar las tareas de prevención en diferentes ámbitos de toma de decisión.

La ciclogénesis comenzó a formarse el 21 de julio en el noroeste de Argentina, conjuntamente con una

importante advección cálida y húmeda en la troposfera baja hacia el centro del país, mientras un sistema detormenta se desarrollaba al norte de la provincia de Buenos Aires. Una característica distintiva de la

circulación es la gran magnitud del viento del norte en niveles bajos, que presenta perfil de corriente enchorro de capas bajas. El ciclón luego se desplazó al SSE ubicándose sobre la costa este de la provincia deBuenos Aires hacia las últimas horas del 21 de julio. Cuando el centro del sistema se posicionó sobre elocéano comenzó la máxima profundización, disminuyendo la presión central más de 14 hPa en sólo 12

horas, lo que le dio la característica de ciclogénesis explosiva. A partir del día 22 comenzó la granintensificación del sistema, produciendo vientos muy fuertes sobre la región costera que fueron los

responsables de numerosos daños y destrozos. El lento desplazamiento del sistema de baja presión al SSE

a b


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favoreció la persistencia de vientos del sector sur, dando lugar al ingreso de una masa de aire polar que

produjo intensas nevadas en el centro y norteoeste del país.La continua intensificación del ciclón estuvo favorecida por una vaguada de altura de gran extensiónmeridional posicionada sobre el centro del país. La disminución local de vorticidad de niveles bajos seoriginó por el efecto combinado de la vorticidad y la convergencia, y la advección vertical de vorticidad.

Ambos procesos asociados a los intensos movimientos ascendentes que tuvieron lugar debido a la presenciade convección condujeron a la profundización del sistema en su etapa de desarrollo y rápida profundización.

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Estudio Dinámico y Termodinámico de Una Ciclogénesis Costera_2012_1

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