Download - CICLONES Y ANTICICLONESmeteo.fisica.edu.uy/Materias/climatologia/Teorico... · •Ciclones tropicales: trayectorias e intensidad de ciclones tropicales •Se forman entre los 5º-20º

Tema 9

Climatología, 2017

Verónica Martín Gómez

CICLONES Y ANTICICLONESDesarrollo y estructura. Tormentas y fenómenos de tiempo severo

9.1| Ciclones y anticiclones. Definición y circulación de los vientos.

• Ciclón• Centro de bajas presiones (P<1013hPa) alrededor del cuál rotan

los vientos, en sentido horario en el hemisferio sur y antihorario en el norte.

• En los ciclones, el aire en superficie tiende a converger hacia el centro del mismo y ascender en la vertical.

• Asociados a la presencia de nubosidad, precipitaciones y vientos.

• Anticiclón• Centro de altas presiones (P>1013hPa) alrededor del cuál rotan

los vientos, en sentido antihorario en el hemisferio sur y horario en el norte.

• En los anticiclones, el aire en superficie tiende a divergir a la misma vez que se produce subsidencia (descenso) de aire en la vertical.

• Asociados a la presencia de buen tiempo, cielos prácticamente despejados y vientos débiles o inexistentes.

9.2| Justificación de la circulación de vientos en ciclones y anticiclones

• Ciclón• Centro de bajas presiones (P<1013hPa) alrededor del cuál los vientos rotan en sentido horario en el hemisferio sur y

antihorario en el norte.

• Anticiclón• Centro de altas presiones (P>1013hPa) alrededor del cuál los vientos rotan en sentido antihorario en el hemisferio sur y

horario en el norte.

Repaso de ecuaciones de la circulación general

rozamientofuerza

r

gravedadfuerza

Coriolisfuerza

presionesgradientefuerza

FkgUPDt

UD

21

rz

ry

rx

Fguz

P

dt

dw

Fuseny

P

dt

dv

Fsenvwx

P

dt

du

cos21

21

2cos21

Ecuación de movimiento de la atmósfera en notación vectorial Ecuación de movimiento de la atmósfera desglosada en sus tres componentes

(ver notas tema 6)


• Ciclón• Centro de bajas presiones (P<1013hPa) alrededor del cuál los vientos rotan en sentido horario en el hemisferio sur y

antihorario en el norte.

• Anticiclón• Centro de altas presiones (P>1013hPa) alrededor del cuál los vientos rotan en sentido antihorario en el hemisferio sur y

horario en el norte.


rz

ry

rx

Fguz

P

dt

dw

Fuseny

P

dt

dv

Fsenvwx

P

dt

du

cos21

21

2cos21

Ecuación de movimiento de la atmósfera desglosada en sus tres componentes

ug

ledespreciabF

vuw

rz

:

,Para sistemas a escala sinóptica se podían considerar las siguientes aproximaciones

gz

P

Fuseny

P

dt

dv

Fsenvx

P

dt

du

ry

rx

1

21

21

Consideremos las ecuaciones de movimiento horizontal y supongamos que nos encontramos por encima de la capa límite ( Fr puede considerarse despreciable)

• Si

gz

P

Fuseny

P

dt

dv

Fsenvx

P

dt

du

ry

rx

1

21

21

useny

P

dt

dv

senvx

P

dt

du

21

21

0;0 dt

dv

dt

du

y

P

fu

x

P

fv

g

g

1

1

Viento geostrófico


Hemisferio Norte


Consideremos las ecuaciones de movimiento horizontal y supongamos que nos encontramos por encima de la capa límite ( Fr puede considerarse despreciable)

• En aquellos casos en los que Viento geostrófico

• Su intensidad es proporcional al gradiente de presiones e inversamente proporcional a la densidad.

• Supongamos el caso de la atmósfera. En ella, la densidad disminuye con la altura, por lo que si suponemos que un gradiente de presiones constante con la altura, la intensidad del viento geostrófico aumentaría conforme ascendemos en la atmósfera.

• Es paralelo a las isobaras.

0;0 dt

dv

dt

du

x

P

fv

y

P

fu

g

g

1

1


Hemisferio Norte


En el caso de que las isobaras sean curvas, la aceleración ya no es nula (por mucho que el módulo del viento sea el mismo, como cambia la dirección existe aceleración)

viento de gradiente

Si las isobaras son curvas:• El viento también es paralelo a las isobaras• Es un viento acelerado (su módulo es constante pero su dirección no, existe aceleración) y surge

del balance entre la FGP, Fco, y Fcentrifuga• En este caso hablamos de viento de gradiente


useny

P

dt

dv

senvx

P

dt

du

21

21

Hemisferio Norte


¿Qué pasa si nos encontramos dentro de la capa límite?• La fuerza de rozamiento ya no podemos despreciarla

• El rozamiento con la topografía debilita la intensidad del viento

• El viento ya no se mueve paralelo a las isobaras sino que las corta formando un ángulo de aproximadamente 30º.


El aire en niveles bajos (dentro de la capa límite) corta a las isobaras “entrando” en el caso de los centros de baja presión, o “saliendo” en el caso de los centros de altas presiones.


¿Qué pasa si nos encontramos dentro de la capa límite?• La fuerza de rozamiento ya no podemos despreciarla

• El rozamiento con la topografía debilita la intensidad del viento

• El viento ya no se mueve paralelo a las isobaras sino que las corta formando un ángulo de aproximadamente 30º.


Ejemplo para el H.Norte

El aire en niveles bajos (dentro de la capa límite) corta a las isobaras “entrando” en el caso de los centros de baja presión, o “saliendo” en el caso de los centros de altas presiones.


9.2| Justificación de la circulación de vientos en ciclones y anticiclones. Ejemplos

• El campo de presión ayuda a conocer la dirección de los vientos. Éstos, fuera de la capa límite se desplazan paralelos a las isobaras girando en sentido horario (antihorario) alrededor de los centros de bajas (altas) presiones. Este sentido se corresponde con los centros de altas y bajas presiones del HS. Lo contrario ocurre en el HN.

• Dentro de la capa límite (primero 1500m de altura) los efectos de la fricción toman relevancia y el viento deja de ser completamente paralelo a las isobaras. En este caso corta a las mismas formando un ángulo de 30º.

9.2| Justificación de la circulación de vientos en ciclones y anticiclones. Ejemplos

Ciclones

Tropicales

Depresión tropical

Vmax<60km/h

Tormenta tropical

61km/h<Vmax<119km/h

Huracanes

Vmax>119km/h

Categoría1

Vmax: (119-153)km/h; P>980

Categoría 2

Vmax: (154-177)km/h; P: (965-979)mb

Categoría 3

Vmax: (178-208)km/h; P: (945-964)mb

Categoría 4

Vmax: (209-251)km/h; P: (920-944)mb

Categoría 5

Vmax: (>252)km/h; P<920mb

Extratropicales

9.3| Clasificación de ciclones

• Ciclón tropical

• Sistema de baja presión que se genera sobre el océano tropical y presenta una clara circulación superficial, girando en sentido anti-horario (horario) en el HN (HS).

• Se caracterizan por fuertes vientos y abundantes precipitaciones.

• Fuente de energía: flujos de calor sensible y latente (liberado en la condensación de vapor de agua procedente de los océanos). El último es el mas importante. • Cuando tocan tierra pierden la principal fuente de energía, por ello

se debilitan gradualmente cuando dejan de estar sobre el océano• Además la fricción con la topografía continental es mucho mayor

que con la superficie oceánica, esto se invierte en reducir la velocidad de los vientos

• Dependiendo de la intensidad de los vientos, los ciclones tropicales pueden clasificarse como: • Depresión tropical: Vmax sostenido < 60km/h• Tormenta tropical: 61km/h < Vmax sostenido < 120km/h• Huracán: Vmax sostenido > 120km/h

9.4| Ciclones tropicales

• Ciclón tropical• Todos los ciclones tropicales comparten algunos elementos estructurales:

(i) un flujo entrante en la capa límite, (ii) una pared alrededor del ojo, (iii) una capa de cirros, (iv) bandas de lluvia y (v) un flujo saliente en la troposfera superior A medida que estas tormentas se intensifican, desde los satélites es posible discernir el (vi) ojo central

• En niveles bajos, el viento fluye rotando ciclónicamente hacia adentro del ciclón tropical, asciende en espiral en las zonas de convección profunda (la pared del ojo central o las bandas de lluvia en espiral) y sale en espiral en altura, justo debajo de la tropopausa.

• La región despejada en el centro de las tormentas tropicales, se conoce como el ojo. Es relativamente tranquila, con vientos flojos y la presión de superficie más baja. La banda organizada de tormentas que rodea el centro del ciclón se conoce como pared del ojo. En su costado interno es donde encontramos los vientos más intensos.


• Ciclón tropical• Todos los ciclones tropicales comparten algunos elementos estructurales:

• (i) un flujo entrante en la capa límite, • (ii) una pared alrededor del ojo, • (iii) una capa de cirros, • (iv) bandas de lluvia y • (v) un flujo saliente en la troposfera superior • A medida que estas tormentas se intensifican, desde los satélites

es posible discernir el (vi) ojo central

• En niveles bajos, el viento fluye rotando ciclónicamente hacia adentro del ciclón tropical, asciende en espiral en las zonas de convección profunda (la pared del ojo central o las bandas de lluvia en espiral) y sale en espiral en altura, justo debajo de la tropopausa.

• La región despejada en el centro de las tormentas tropicales, se conoce como el ojo. Es relativamente tranquila, con vientos flojos y la presión de superficie más baja. La banda organizada de tormentas que rodea el centro del ciclón se conoce como pared del ojo. En su costado interno es donde encontramos los vientos más intensos.


• Ciclones tropicales: trayectorias e intensidad de ciclones tropicales• Se forman entre los 5º-20º de latitud (Norte y Sur) y nunca cruzan el

ecuador.

• El Pacífico noroccidental es la región de ciclones tropicales más activa y donde ocurre el mayor número de ciclones tropicales intensos.

• En el Pacífico noroccidental y el Atlántico Norte, las trayectorias de los ciclones tropicales pueden extenderse hasta latitudes muy altas. Por lo general, presentan una transición a ciclones extratropicales.

• El océano Índico Norte (golfo de Bengala y mar Arábigo) está delimitado por tierra firme en el norte y el Pacífico nororiental está delimitado por regiones de agua fría en el norte. Estas características ambientales limitan la duración de las tormentas en estas regiones.

• Los ciclones tropicales del hemisferio sur suelen ser más débiles que los que se forman en las cuencas del Pacífico Norte y del Atlántico.

• Pese a ser raros, pueden producirse sistemas que se parecen a ciclones tropicales en el Atlántico Sur y junto a las costas subtropicales orientales de Australia y África del sur.


• Requisitos necesarios para la formación de ciclones tropicales

• SST > 26ºC en una amplia región

• Alta humedad relativa en toda la troposfera

• Inestabilidad condicional

• Vientos débiles

• Poca cizalla vertical

• Vorticidad relativa alta


• Huracanes• Un huracán es una gran perturbación que se caracteriza por un

centro de bajas presiones alrededor del cual giran los vientos abarcando una extensión de varios cientos de km.

• Condiciones necesarias (pero no suficientes) para que se forme un huracán (las mismas que antes porque también es un ciclón tropical):• SST > 26.5ºC en una amplia región• Alta humedad relativa en toda la troposfera• Inestabilidad condicional• Vientos débiles• Poca cizalla vertical• Vorticidad relativa alta

• SST>26.5ºC en una amplia región formación en latitudes tropicales

• Temporada de huracanes • Hemisferio Norte: Junio – Noviembre• Hemisferio Sur: Octubre – Marzo


• Huracanes• Se forman a través de la organización de un conjunto de

tormentas individuales.

• Para que estas se organicen es necesario que los vientos converjan en superficie. Esa convergencia de vientos en superficie se realiza a través de una rotación anti-horaria (horaria) en el HN (HS). Este tipo de rotación no se produce en el ecuador porque f=0 región de formación de huracanes 5º-20º.

• No atraviesan el ecuador

• Cuando se desplaza hacia el norte se debilita por la disminución de la SST

• Cuando se desplaza sobre continente, empieza a disiparse por:• Haber perdido su fuente de energía (calor latente)• Fricción con la orografía disminución en la intensidad de los

vientos


• Huracanes: Anatomía de un huracán



• Existen distintas escalas de clasificación de los ciclones tropicales dependiendo de la zona tropical en la que uno se centre.

• Algunas de ellas incluyen una indicación de los daños materiales relacionados. Esos daños se refieren a los que podemos esperar en la zona de vientos máximos.

• Los daños varían de un lugar a otro según • la distancia de la zona de vientos máximos, • la medida en que el lugar está expuesto (es decir, si está o no

está protegido), • los estándares de construcción, • el tipo de vegetación, y • la inundaciones y la acción de las olas resultantes. Los efectos

de la marejada ciclónica, la marea o la acción de las olas no se incluyen de forma explícita en ninguna de estas tablas.

• Escala mas conocida: Saffir-Simpson


Escala de Saffir-Simpson• Relaciona daños observados con las características del viento, la presión y marejada ciclónica que podría provocarlos.

• Las categorías de huracán están relacionadas con los máximos de vientos sostenidos (promedio de 1 min medido a 10m) y la presiónmínima central.

• Se emplea en la región tropical del Atlántico Norte y en el Pacífico Nororiental.

Ciclones

Tropicales

Depresión tropical

Vmax<60km/h

Tormenta tropical

61km/h<Vmax<119km/h

Huracanes

Vmax>119km/h

Categoría1

Vmax: (119-153)km/h; P>980

Categoría 2

Vmax: (154-177)km/h; P: (965-979)mb

Categoría 3

Vmax: (178-208)km/h; P: (945-964)mb

Categoría 4

Vmax: (209-251)km/h; P: (920-944)mb

Categoría 5

Vmax: (>252)km/h; P<920mb

Extratropicales

9.4| Clasificación de ciclones

• Teoría del frente polar (modelo de la escuela Noruega): • Explica el ciclo de vida de un ciclón extratropical

• Desarrollo de ciclones extratropicales asociado al frente polar

• En la figura se muestra el frente polar (Fig a) como un frente estacionario donde el aire cálido y frío fluyen paralelos al frente en direcciones opuestas – cizalladura ciclónica

9.5| Ciclones extratropicales

9.5| Ciclones extratropicales -- Teoría del frente polar

Para que se intensifiquen los ciclones precisan la existencia de divergencia en altura. Esas regiones pueden ser proporcionadas por el jet.

• Teoría que explica el ciclo de vida de un ciclón extratropical (latitudes medias y altas, es decir, ciclones fuera de los trópicos).

9.5| Teoría del frente polar – Ciclones extratropicales de origen dinámico

• Tormenta• Fenómeno meteorológico caracterizado por lluvias (que ocasionalmente

pueden ser muy intensas e incluso en forma de granizo), vientos, rayos y truenos.

• Son nubes convectivas tipo cumulonimbo. • Surgen como consecuencia del ascenso de aire cálido y húmedo en un

ambiente condicionalmente inestable.• Cuanto mas cálido sea el aire de la parcela con respecto al ambiente que le

rodea, mayor es la flotabilidad y, por tanto, la convección

• Mecanismos que desencadenan la convección:• Calentamiento desigual de la superficie

• Topografía

• Convergencia de vientos en superficie

• Combinación de convergencia de vientos en superficie con divergencia de los mismos en altura

• Sistemas frontales

• Con frecuencia, las tormentas se generan cuando el aire cálido asciende a lo largo de un sistema frontal aunque varios de los mecanismos anteriormente mencionados podrían operar.

9.6| Tormentas y fenómenos de tiempo severo

• Tormentas• La mayoría de las tormentas no llegan a ser severas, entendiendo como severas aquellas que

presentan alguno de los siguientes rasgos:• Granizo de 2cm de diámetro

• Ráfagas de viento en superficie de mas de 100km/h

• Desarrollo de tornados

• Tipos• Ordinarias o unicelulares:

• Generalmente se forman en días cálidos y húmedos, lejos de sistemas frontales y donde la cizalla vertical es leve

• Expansión horizontal 1km aprox.

• Ciclo de vida 1 hr apox.

• Raramente generan algún tipo de fenómeno de tiempo severo

• Multicelulares• Constituidas por varia celdas (cumulonimbos), pudiendo estar cada una de ellas en

diferentes estadios de su ciclo de vida• Se forman donde la cizalla vertical moderada

• Superceldas• Se forman en aquellas regiones donde el viento en altura es muy intenso y

rota (alta cizalla vertical)• Este aspecto rotacional es el que permite el desarrollo de tornados• Ciclo de vida puede durar varias horas


• Tormenta

Cumulonimbo Multicelular Supercelda


• Ciclo de vida tormenta unicelular


• Superceldas


• Tornados• Fenómeno meteorológico de gran capacidad destructiva que tiene lugar en

tormentas tipo supercelda (en general).

• Se caracteriza por una columna de aire rotante a velocidades muy altas y soplando en un área muy pequeño.

• Son fenómenos que llegan a tocar el suelo arrastrando polvo, desechos, escombros

• Pueden llegar a tener forma de nube tipo embudo o de nube tipo remolino

• Diámetro: generalmente 100m aprox (de microescala)

• Duración: la mayoría menos de 10 min

• Se han observado velocidades de desplazamiento (0 - 120)km/h

• Escala de Fujita para la clasificación de tornados


• Tornados
