Estructura de la variabilidad diurna e interdiurna del viento en superficie en cuatro huracanes sobre la península de Yucatán

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA

“Estructura de la variabilidad diurna e interdiurna del viento en superficie en cuatro huracanes sobre la península de Yucatán”

TESIS Que para evaluar la experiencia educativa Experiencia Recepcional (MEIF), del Programa Educativo de la Licenciatura en Ciencias Atmosféricas

Presenta:

Luis Alberto Chablé Pech

Director: Dr. Oscar Alvarez Gasca Director: M. C. Ana Delia Contreras Hernández

Xalapa-Enriquez, Veracruz.

Junio, 2015.

ÍNDICE CAPÍTULO 1. LOS HURACANES EN MÉXICO…………………………..1. 1.1. Introducción…………………………………………………………………….......1. 1.2. Antecedentes…………………………………………………………………….....4. 1.3. Hipótesis.……….…………………………………………………………………...6. 1.4. Objetivo.………………………………………………………………………….....6.

CAPÍTULO 2. ZONA DE ESTUDIO…………………………………………7. 2.1. Ubicación geográfica………………………………………………………………7. 2.2. Fisiografía…………………………………………………………………………...8. 2.3 Clima………………………………………………………………………………….9. 2.3.1. Regiones climáticas……………………………………………………….………….10. 2.3.2. Sistemas de la circulación general que regulan el clima de la Península……………………………………………………………….…………...………...11.

CAPÍTULO 3. CLIMATOLOGÍA DE HURACANES EN LA PENÍNSULA DE YUCATÁN………………………………………………………………..14. CAPÍTULO 4. DATOS Y METODOLOGÍA……………………………….23. 4.1. Datos…………………………………………………………………………….....23. 4.1. Metodología……………………………………………………………………….26.

CAPÍTULO 5. RESULTADOS……………………………………………..35. 5.1. Análisis de la variabilidad diurna por componentes…………………………..35. 5.1.1. Huracán Dean 2007…………….……………………………………………….35. 5.1.2. Huracán Wilma 2005…………………………………………………………42.

5.1.3. Huracán Emily 2005………………………………………………………….48. 5.1.4. Huracán Isidore 2002………………………………………………………...55. 5.2. Análisis de la variabilidad del viento por región de influencia……………….64. 5.3. Análisis del rango entre componentes de la variabilidad del viento por estación…………………………………………………………………….…………...81.

6. CONCLUSIONES…………………………………………………………89. ANEXO A……………………………………………………………………..93. REFERENCIAS…………………………………………………………….109.

RESUMEN Se calculó la variabilidad del viento en superficie para las componentes zonal y meridional durante el acercamiento, impacto y alejamiento de los huracanes Dean (agosto de 2007), Wilma (octubre de 2005), Emily (julio de 2005) e Isidore (septiembre de 2002) sobre la Península de Yucatán con el objeto de identificar la tendencia de la variabilidad diurna (𝐼𝐵 ), interdiurna (𝐼𝐴 ), total (𝐼𝐶 ) y el índice relativo 𝛼. Esto dentro de la circulación precursora y residual asociada al campo sinóptico de acuerdo a las ecuaciones desarrolladas por Alpert y Eppel (1986) y Alpert y Mendel (1986). Las índices se calcularon a partir de un total de aproximadamente 312 horas de registros de datos diarios de viento. Se analizaron los perfiles de variabilidad en 9 estaciones automáticas del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) desplegadas alrededor de la Península de Yucatán. La variabilidad diurna del viento se analizó durante tres días (cuatro en el caso de Isidore), en los cuales se observó que para la componente zonal la tendencia en el signo fue homogénea para todos los días en cada uno de los casos de estudio, mientras que la componente meridional no presenta este mismo patrón, sino que varió con los días de análisis. También se pudo determinar que dentro del análisis del rango entre componentes por estación, las estaciones más cercanas al punto de impacto sobre la costa, presentaron los rangos más amplios de variabilidad diurna. Por lo que la interpolación de los índices en función del tiempo, permitió comprender la estructura del viento dentro del paso de un huracán, que poco ha sido estudiada debido a la dificultad del registro de datos en superficie. Inclusive a partir del índice relativo 𝛼 (que se calcula a partir de relación entre el promedio de la variabilidad diurna y la variabilidad interdiurna) sería posible en el mediano a largo plazo determinar cambios mesoclimáticos locales, inducidos por los intensos vientos en una determinada región a través de los años.

CAPÍTULO 1. LOS HURACANES EN MÉXICO

1.1 Introducción El problema que se aborda en esta tesis consiste en conocer la estructura de la variabilidad del viento en superficie asociada al paso de los ciclones tropicales sobre la Península de Yucatán. La inmensa variabilidad temporal que caracteriza a la atmosfera en un área y a todas sus magnitudes que la definen (temperatura, precipitación, viento, etc.) se ha comprendido únicamente mediante la generalización del tiempo atmosférico que resulta obligada para la caracterización de los climas (Cuadrat y Pita, 2000). Para la climatología actual, el concepto de variabilidad climática hace referencia a las variaciones del estado medio y a otras características (desviación típica, eventos extremos, etc.) del clima en todas las escalas temporales y espaciales más amplias que las de los fenómenos meteorológicos (Argeñal, 2010). La variabilidad ha sido estudiada desde diversos puntos de vista, los más conocidos son la variabilidad estacional, intraestacional, interanual, interdecadal; entre otras escalas de tiempo. La escala de la variabilidad estacional corresponde a las fluctuaciones del clima a nivel mensual, por lo que la determinación del ciclo anual de los elementos climáticos es una fase fundamental dentro de la variabilidad a este nivel (Montealegre y Pabón, 2000). La variabilidad intraestacional se presenta en una escala mayor que la sinóptica (de 6 horas a unos pocos días), se presenta dentro de las estaciones, oscilaciones que determinan las condiciones del tiempo durante semanas e inclusive hasta dos meses (Montealegre, 2012). Entre los trabajos más sobresalientes dentro de esta escala se concentran los de investigación acerca de la Oscilación de Madden-Julian (Madden y Julian, 1972, Madden-Julian, 1994 y Zhang, 2005).

1

La escala interanual corresponde a las variaciones que se presentan en las variables climatológicas de año en año. Un ejemplo de esta variabilidad se presenta dentro de los fenómenos asociados al ciclo de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), mientras que la escala interdecadal manifiesta fluctuaciones del clima a nivel de décadas (Montealegre 2012). Sin embargo, no se conocen estudios enfocados a la variabilidad diurna e interdiurna del viento por huracanes, a pesar de que el conocimiento de las escalas espaciales y temporales constituye la estructura de cualquier variable climatológica. La variabilidad diurna e interdiurna del viento en superficie tiene importantes fluctuaciones cuando los huracanes se aproximan a una determinada zona continental, dado que el flujo sinóptico comienza a controlar los patrones de circulación de menor escala espacial. Así mismo, es importante conocer la situación de recuperación de las condiciones locales de circulación, una vez que el ciclón tropical comienza a alejarse de la costa, ya que durante los huracanes se presentan las mayores intensidades de viento en superficie (más de 300 𝑘𝑚/ℎ en determinadas ocasiones) y la dirección de estos vientos no alcanzan una dirección predominante (Rosengaus y SanchezSesma, 1990). Una consecuencia de los huracanes (tornados, trombas marinas y remolinos de polvo) es que los vientos máximos ocurren en un nivel cercano a la superficie (Smith, 2003) por lo que es fundamental entender de forma detallada el comportamiento del viento en superficie. Sin embargo la estructura de la capa límite dentro de un ciclón tropical cerca de la superficie ha presentado una falta de cobertura de observación. Esto debido a que las aeronaves y otras plataformas instrumentadas no pueden volar demasiado cerca de la superficie. Además el radar Doppler está limitado en su capacidad de detección en casos muy específicos (Kepert, 2006a). A pesar de estas limitantes, la estructura del campo de vientos superficiales de un huracán ha sido analizada dentro de diversos trabajos desde hace varios años 2

atrás (e. g. Miller, 1958; Graham y Hudson, 1960; Myers y Malkin, 1961). Con esta limitante los trabajos actuales se han enfocado en utilizar datos de niveles de vuelo y modelos no hidrostáticos de mesoescala. Un sistema de análisis del viento en tiempo real capaz de usar los datos de nivel de vuelo y mediciones de sensores remotos (con las observaciones convencionales sobre el mar y la costa) tiene el potencial de reducir la incertidumbre dentro de los campos de viento superficial (Powell et al. 1991). Powell y Houston (1998) y Schewandike y Kepert (2008) trabajaron en un análisis de datos de nivel de vuelo para identificar los campos de vientos en superficie para específicos huracanes dentro de la temporada de 1995, 1998 y 2003 en la cuenca del Atlántico. Por otro lado, Zhang et al. (1999) sugieren que para poder incorporar razonablemente las observaciones de nivel de vuelo a un análisis de superficie, los aviones deben volar cerca del nivel del jet (es decir, 800-1200 m). Las isotacas y el campo de movimiento vertical tienden a inclinarse por el bajo cizallamiento, particularmente en la baja troposfera, por el significante impacto de la advección (Zhang et al. 1999), porque las características de inclinación por cizallamiento hacen más difícil inferir razonablemente la información del viento en superficie a partir de los datos de nivel de vuelo. Por lo tanto, y teniendo en cuenta la difícil situación que presentan los análisis del campo de viento dentro las circulaciones ciclónicas de gran intensidad, este trabajo ha sido motivado por esta faltante en la comprensión de la estructura del viento en una zona de estudio afectada por un alto número de ciclones. México es uno de los países más afectados por ciclones tropicales y es quizá el único territorio continental que puede recibir los efectos de los huracanes provenientes de dos zonas ciclógenas completamente independientes, la del Atlántico Norte y la del Pacífico Nororiental (Rosengaus, 1998). Inicialmente el estudio de la variabilidad diurna e interdiurna del viento se llevó a cabo sobre la Península de Yucatán, zona costera ubicada en el Atlántico

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Norte, cuya ubicación territorial presenta uno de los mayores números de incidencia por ciclones tropicales (Farfan et al. 2014).

1.2. Antecedentes Tattelman (1975) determinó el rango de la velocidad del viento como una función del tiempo y la velocidad media mediante el factor de ráfaga, la cual se define como la velocidad del viento máximo dividida entre la velocidad constante. Siendo el factor de ráfaga una medida parcial del rango de velocidad, la ráfaga máxima menos la velocidad constante proporciona la amplitud de la velocidad del viento para un periodo de tiempo durante el cual la velocidad constante se promedia. Sin embargo los datos utilizados de la velocidad media del viento de entre 20 a 80 nudos para explorar este enfoque, se ordenaron en rangos de 5 minutos, 1 minuto y 30 segundos centrando a las ráfagas máximas en 10 o 15 minutos después de la máxima ráfaga interior. A diferencia de trabajos como el anterior, donde las variaciones de la velocidad del viento se desarrollan en periodos de tiempo relativamente cortos, Alpert y Eppel (1985) definieron a la intensidad de la turbulencia mediante rachas relativas donde la variabilidad del viento superficial se desenvuelve en periodos de tiempo diurno e interdiurno. Estos autores definieron a la variabilidad del viento en términos de una rafagosidad extendida, es decir, la variabilidad del viento superficial normalizada. De tal forma que al calcularse la variabilidad diurna e interdiurna obtuvieron un índice relativo para caracterizar la actividad mesoclimática sobre la región de Israel. A partir de este análisis, en 1986 Alpert y Mendel observaron los cambios mesoclimáticos en Israel mediante la variabilidad del viento superficial durante 30 años y presentaron una posible explicación para sus conclusiones acerca del cambio en la circulación de mesoescala, donde quedó claro que los patrones del calentamiento diferencial del terreno fueron modificados debido a las actividades agrícolas y a la urbanización. 4

Aunque la caracterización de la variabilidad del viento durante ciclos diurnos se ve influenciada por los cambios en los efectos de microescala y de gran escala que se manifiestan dentro de la capa límite, la variabilidad del viento diurno e interdiurno no se ha analizado sobre el caso particular del paso de un huracán dentro de una determinada zona de estudio. Una vez mencionada la metodología de los trabajos de Alpert y Eppel (1985) y de Alpert y Mendel (1986), es muy importante mencionar que los cálculos realizados en esta tesis no se llevaron a cabo mediante el de la variabilidad del viento normalizada, ya que se analizó la estructura de la variabilidad desde el punto de vista del cambio de la intensidad y dirección del viento. Por otra parte la comprensión de la estructura de los vientos en superficie dentro de la capa límite de un huracán ha sido estudiada por Shapiro (1984), Smith, (2003), Kepert (2001) y Kepert y Wang (2001), sin embargo la ausencia de observaciones confiables a nivel superficial no ha permitido establecer un modelo numérico que caracterice detalladamente a los flujos internos de la capa límite dentro los ciclones tropicales. Con base en las conclusiones de Kepert y Wang (2001) sobre los flujos del viento superficial utilizando radiosondas con el sistema de posicionamiento global de alta resolución, Kepert (2006a, b) y Tang y Tan (2006) han observado la asimetría del campo de vientos mediante técnicas de reducción del viento en diversos huracanes sobre el Atlántico Norte. Sin embargo aún la información de la asimetría de los vientos en la capa límite dentro de la ciclón tropical en el momento del impacto debido a la rugosidad del suelo todavía es una pregunta abierta (Tang y Tan, 2006). Por lo tanto comprender el comportamiento de la estructura de la variabilidad del viento superficial en sus componentes meridional y zonal dentro del paso de un ciclón tropical ayudaría a generar más conocimientos dentro del estudio de la capa límite e incluso comenzar a detectar cambios mesoclimáticos dentro de la zona de estudio. 5

1.3. Hipótesis Los datos de intensidad y dirección del viento de la red de estaciones automáticas, mantienen su representatividad física en los momentos previos y posteriores al paso de los ciclones tropicales sobre la Península de Yucatán, por lo que es posible calcular la variabilidad diurna, interdiurna, total e índice 𝛼 del viento en superficie.

1.4. Objetivo Analizar la variabilidad de las componentes zonal y meridional del viento en superficie, a través del cálculo de las variabilidades diurna e interdiurna, en una red de 9 estaciones automáticas de superficie sobre la península de Yucatán, durante el paso de cuatro huracanes. Se aplicarán los índices desarrollados por Alpert y Eppel (1985) que permitirán conocer la influencia simultánea de la capa límite en superficie, dando a la vez la pauta para construir una base de datos del cambio mesoclimático en Yucatán. La interpolación de la variabilidad diurna, permitirá construir la evolución histórica, individual y conjunta del flujo durante el tránsito de los huracanes sobre tierra. El análisis de los datos también caracterizará, en cada caso, las condiciones críticas de cizallamiento en niveles bajos y turbulencia ligadas al desfasamiento del índice de variabilidad relativa entre componentes.

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CAPÍTULO 2. ZONA DE ESTUDIO

2.1 Ubicación geográfica La Península de Yucatán se encuentra en la región sureste del país y está conformada por los estados de Yucatán, Quintana Roo y Campeche (Figura 1), abarca una superficie aproximada de 141,523 𝑘𝑚2 y está comprendida entre las coordenadas geográficas 17° 49’ 00’’ y 21° 36’ 00’’ de latitud norte y 86° 45’ 00’’ y 91° 20’ 00’’ de longitud oeste (CONAGUA, 2009).

Figura 1. Localización de la zona de estudio, tomada del Marco Geoestadístico Nacional 2013 del INEGI.

Al norte, este y oeste la península está limitada por un solo mar conocido como el Gran Caribe o Mediterráneo Americano, con una extensión de aproximadamente 4’310,000 𝑘𝑚2 y está dividida en dos porciones por la Península de Yucatán, una es el Golfo de México y la otra es el Mar Caribe cuya línea de

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comunicación es el canal de Yucatán de 160 𝑘𝑚 de ancho (Morales, 2012). En cuanto a sus limitaciones con la República Mexicana y Centro América, la zona de estudio limita al suroeste con Tabasco y al sur con Guatemala y Belice. El estado de Yucatán tiene un área de 39,340 𝑘𝑚2 , el área de Campeche comprende aproximadamente 51,833 𝑘𝑚2 y en Quintana Roo el área es de 50,350 𝑘𝑚2 , por lo tanto el territorio que ocupa la península representa el 7.6 % del territorio Nacional Mexicano (CONAGUA, 2009).

2.2. Fisiografía La zona peninsular de Yucatán es una extensión de escaso relieve que debido a sus características únicas se le denomina “Plataforma Calcárea de Yucatán” determinado por una superficie sensiblemente plana (CONAGUA, 2009).

Figura 2. Relieve de la Península de Yucatán, tomada de El Continuo de Elevaciones Mexicano 2.0 (CEM 2.0) del INEGI.

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El punto más elevado de la península es llamado el Cerro Champerino (Figura 2), se eleva hasta los 390 msnm y se ubica sobre en estado de Campeche muy próximo a la frontera con la República de Guatemala (INEGI, 2012). En el centro sur de la península se encuentra la meseta baja tectónica de Zohlaguna que emerge en dirección de norte a sur entre la frontera de Quintana Roo y Campeche, en su punto más alto la altitud alcanza los 300 msnm y desciende hacia el este y el oeste (Vidal, 2005). Por encima de la meseta de Zohlaguna un poco más al norte se encuentra el único rasgo principal de elevación del estado de Yucatán, esta es la “Sierrita de Ticul” que presenta una orientación de noroeste a Sureste, una extensión de 110 𝑘𝑚 y su elevación máxima es de 275 msnm (CONAGUA 2009).

2.3. Clima De acuerdo con Morales (2009) y Vidal (2005) en la región de la Península de Yucatán se definen claramente dos estaciones climáticas, una cálida lluviosa y otra seca fresca. La temperatura media anual es de 26 °C aunque en la mayor parte de los meses del año se registran días con temperaturas máximas superiores a los 30 °C. La estación cálida lluviosa abarca los meses de abril hasta octubre, mientras que la estación seca fresca va de diciembre a febrero (la temperatura media durante el mes más frío supera los 20 °C), marzo y noviembre son épocas de transición térmica entre las diferentes estaciones. Por otra parte, la oscilación térmica no es tan intensa en la zona debido a la alta humedad atmosférica y la cercanía al mar, ya que ambas fuentes de humedad absorben y almacenan el calor durante el día y la emiten al anochecer, este proceso actúa como un regulador térmico. El proceso regulador del mar es más notorio cerca de la costa, porque en esta franja la temperatura máxima en general es más baja que en el interior de la península y sus temperaturas mínimas son más altas. 9

2.3.1 Regiones climáticas Sobre la Península de Yucatán se presentan dos grupos climáticos que se dividen en diferentes tipos (grupo + régimen de lluvias) y subtipos (variantes climáticas). De acuerdo a ello, se explica en el “Atlas de Procesos territoriales del estado de Yucatán” de Balam et al. (1999), que dentro de la región existen el clima cálido húmedo (A) y el grupo del clima seco (B), a partir de éstos se presentan diferentes subdivisiones de acuerdo al régimen de lluvias o humedad.

Figura 3. Regiones climáticas sobre la península de Yucatán (tomada de Vidal, 2005).

Dentro de la figura 3, Aw representa un clima subhúmedo con lluvias en verano y de acuerdo a su grado de humedad se divide en tres subtipos: Aw0 es el 10

más seco de los climas húmedos, Aw1 es el intermedio en cuanto a su nivel húmedo y Aw2 es el más húmedo de los climas cálidos subhúmedos. Ahora bien una (x’) a continuación de la w indica que el sitio manifiesta un régimen de lluvias intermedio, en el que no se cumple el registro de 10 veces mayor cantidad de lluvia en el mes más húmedo que en el más seco. Por su parte el tipo de clima BS (norte de la península en la figura 3) indica un clima de tipo semiárido que de acuerdo al nivel de humedad se puede subdividir en: BS0 que representa al más seco de los semiáridos y BS1 es el menos seco de los climas semiáridos. También de acuerdo al Atlas, el clima semiárido de la región norte de la zona de estudio se menciona (h’)w después de BS, (h’) manifiesta un clima muy cálido cuya temperatura media anual es mayor a 22°C y la del mes más frío es más alta a los 18°C, w indica lluvias en verano, como ya se había mencionado líneas arriba. Por último para la isla de Cozumel y la región al extremo suroeste de la península se presenta el clima Am(f), esto significa que el sitio el clima es cálido húmedo con lluvias en verano, donde el porcentaje de lluvia invernal es mayor a 10.2 dentro del porcentaje anual. 2.3.2. Sistemas de la circulación general que regulan el clima de la península. Según el Atlas de Balam et al. (1999), la principal influencia sobre el clima de la Península de Yucatán es la celda anticiclónica Bermuda Azores, misma que genera la presencia de los vientos del este o alisios durante el verano procedentes del noroeste y que debido a su desplazamiento a través de la porción central del Atlántico y el Mar Caribe, se cargan de grandes cantidades de humedad, por lo tanto a su llegada durante los meses de mayo a octubre propician la mayor descarga de precipitación estival. Otro importante factor regulador del clima es la sequía intraestival o canícula, que no es más que la disminución en la cantidad de precipitación durante la estación lluviosa, esta sequía, dentro de la zona de estudio, dura un mes (julio) en el litoral

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campechano así como en la zona limítrofe entre Yucatán y Quintana Roo y dos meses (julio y agosto) en el resto de la península (Vidal, 2005). La variabilidad anual en la intensidad de la canícula se ve alterada por la presencia de las vaguadas polares que inhiben la fluidez de los alisios. Una vaguada polar es una inestabilidad sobre las capas más altas de la atmósfera proveniente de los polos, cuya forma en “V” determinó su denominación. En meteorología esta condición es conocida como retorno al invierno (Balam et al. 1999). Finalmente tres fenómenos muy conocidos para la región que caracterizan las dos estaciones climáticas observadas en ella son las ondas tropicales, los huracanes y los nortes. Los nortes son generados a partir del desplazamiento de un frente frío sobre el mar de las Antillas y el Golfo de México proveniente de EEUU y sur de Canadá. Una vez sobre la región peninsular, los nortes ocasionan fuertes vientos de componente norte y lluvia invernal que en algunos años abarca más del 15% del total de la precipitación anual (Balam et al. 1999). En verano, como consecuencia de la ondulación de los vientos alisios (desplazamientos de grandes masas de aire provenientes de la celda anticiclónica de Bermuda-Azores) se desarrollan sistemas tropicales llamados ondas tropicales u ondas del este frente a las costas de África, debido a diferentes factores como son el aumento de la temperatura del mar y el desplazamiento de la zona intertropical de convergencia hacia el norte (Acevedo y Luna, 2006). Dentro de la región de la Península de Yucatán los vientos de las ondas del este se ven alterados por los vientos alisios desplazándolos al sur, generando así que disminuya la precipitación en la zona norte y central poniente (Monterroso et al. 2014). En cuanto a los huracanes sobre la región se hablará más detalladamente en el siguiente capítulo.

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CAPÍTULO 3. CLIMATOLOGÍA DE HURACANES EN LA PENÍNSULA DE YUCATÁN El análisis llevado a cabo en esta sección se basó en el trabajo de Jaureguí (2003), actualizando solamente el periodo de años de observación, para obtener una climatología para la Península de Yucatán y los demás estados que conforman las costas de la vertiente del Océano Atlántico. Los datos utilizados para la elaboración de la climatología de ciclones tropicales sobre la zona de estudio (al igual que Jaureguí) se obtuvieron de la página Web del Tropical Prediction Center1. El periodo de análisis de datos es de 1851 a 2014, esta información de trayectorias de huracanes clasifica a los ciclones tropicales por su potencial de daño de acuerdo a la escala Saffir-Simpson.

Tabla 1. Escala Saffir-Simpson del Daño-Potencial de Huracanes (Tomada de la página Web del Tropical Prediction Center, la altura de la marea de Ahres 2003 y el nivel de daño de Günter 2003).

Tipo

Depresión Tormenta Tropical

1

Categoría

Presión (hPa)

Vientos Sostenidos (mph)

(km/h)

DT

250

>5.5

Catastrófico

http://weather.unisys.com/hurricane, consultada en enero de 2014

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Por otra parte en este análisis sólo se considera el impacto de los ciclones tropicales con intensidad de huracán categoría de1-5 (tabla 1) en la escala SaffirSimpson que han tocado costas de México sobre el Golfo de México y Mar Caribe. Del análisis se encontró que durante los últimos 163 años (1851-2014) han impactado sobre costas mexicanas del Océano Atlántico un número de 84 huracanes (todas las categorías), donde el estado con mayor número de impactos ha sido Quintana Roo con 34, le sigue Tamaulipas con 24, Veracruz con 22 y los demás estados presentan 1 o 2 impactos, (Fig. 4)..

Figura 4. Número de impactos de huracanes (todas las categorías) por estados del Golfo de México y Mar Caribe. Periodo 1851-2014.

Durante los primeros 50 años, de 1851 a 1900, fueron 19 huracanes los que impactaron la zona analizada, siendo el estado de Quintana Roo el más afectado con 11 impactos. Entre 1901 hasta 1950 el número de impactos dentro de las costas de los seis estados se elevó a 26, siendo nuevamente Quintana Roo el estado con

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más impactos, sin embargo el número de huracanes en este estado no se elevó, sino que se mantuvo en 11. Por su parte el periodo comprendido entre 1951 y 2000 presentó un total de 27 impactos sobre la región, siendo Tamaulipas el estado con mayor número de impactos por ciclones tropicales (11), mientras que Quintana Roo presentó 8. Finalmente en los últimos 14 años (2001-2014) han golpeado 12 huracanes, estando a la cabeza con 4 impactos el estado de Veracruz al igual que Quintana Roo (Ver Tabla 2). Tabla 2. Variación por estados de los huracanes que han impactado costas del Golfo del Atlántico por periodos de 50 años.

Estado

Periodo 1

Periodo 2

Periodo 3

(1851-1900)

(1901-1950)

(1951-2000)

(2001-2014)

Número de impactos Tamaulipas

3

6

7

3

Veracruz

5

7

11

4

Tabasco

0

2

0

0

Campeche

0

0

1

0

Yucatán

0

0

0

1

Quintana Roo

11

11

8

4

Total

19

26

27

12

De lo anterior se entiende que del número total (84) de impactos sobre las costas de la vertiente del Océano Atlántico, la península de Yucatán ha recibido el 42.8% de los impactos. Ahora bien, para identificar más generalidades acerca de la climatología de huracanes sobre la zona de estudio se presenta un análisis decadal más detallado en la tabla 3, para la Península de Yucatán. A partir de ella se puede

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encontrar que el número total de impactos ha sido de 36 huracanes (todas las categorías), siendo Quintana Roo el más afectado directamente. De las 16 décadas observadas, 3 en particular han presentado cuatro impactos, número de impactos que hasta la fecha ha sido el mayor por década, estas décadas fueron la cuarta, novena y décima sexta (1881-1890, 1931-1940 y 2001-2010 respectivamente). Aunque puede notarse que la última década solamente presentó huracanes mayores (intensidad 3-5). Tabla 3. Variación decadal de los huracanes que han impactado la Península de Yucatán por categorías. Periodo 1851-2014.

Todas las

Intensidad

categorías

(3-5)

0

1

0

0

0

2

0

0

0

0

2

0

3

0

0

0

3

0

0

2

0

0

0

2

0

1901-1910

0

0

2

0

0

2

2

1911-1920

0

1

0

0

0

1

0

1921-1930

0

1

0

0

0

1

0

1931-1940

2

0

1

1

0

4

2

1941-1950

2

1

0

0

0

3

0

1951-1960

0

1

0

1

1

3

2

1961-1970

0

1

0

0

0

1

0

1971-1980

1

0

0

1

0

2

1

1981-1990

0

0

0

0

1

1

1

1991-2000

1

0

1

0

0

2

1

2001-2010

0

0

1

2

1

4

4

2011-2014

0

1

0

0

0

1

0

Total

10

13

5

5

3

36

13

Categorías

1

2

3

4

5

1851-1860

0

1

0

0

1861-1870

2

0

0

1871-1880

1

1

1881-1890

1

1891-1900

16

La frecuencia con la que se han presentado los huracanes categoría 2 de la escala Saffir-Simpson ha sido la más alta, con 13 impactos sobre la región a lo largo de los 163 años analizados, presentándose con menor frecuencia los huracanes categoría 5, con tres impactos dentro de los últimos 60 años (los detalles del impactos de los 3 huracanes categoría 5 pueden apreciarse de la tabla 5). De los 36 huracanes que han impactado, 13 han estado dentro de la intensidad de huracán mayor. Tabla 4. Variación mensual de impacto de huracanes (todas las categorías) sobre la Península de Yucatán. Periodo 1851-2014.

Estado

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembre

Campeche

0

0

1

0

0

0

Yucatán

0

0

0

1

0

0

1

2

13

13

5

0

Quintana Roo

De acuerdo a la tabla 4, la mayor actividad de impactos por sistemas tropicales se ha presentado durante los meses de agosto y septiembre con 14 impactos en cada mes. Para concluir, de la figura 5 se puede ver la distribución de los 36 impactos de los huracanes sobre la Península. Aquí se identifican dos regiones sobre la costa de Quintana Roo que reciben el mayor número de impactos por ciclones tropicales: la primera es la región norte, aproximadamente entre 20° y 21° de latitud norte (donde se ubican las ciudades más importantes y más habitadas del estado) y la segunda es la zona sur, limitada de los 18° a los 19° de latitud norte. A pesar de que la zona norte presenta el mayor número de impactos (18) en comparación con la sur (9), la región sur ha experimentado el impacto de 2 ciclones tropicales categoría 5, mientras que el norte solamente 1. Por otra parte también se puede apreciar el lugar de impacto del huracán Isidore (2002), único huracán que ha impactado el estado de Yucatán, al igual que el caso del huracán 17

Brenda (1973) al incidir sobre el extremo oeste del estado de Campeche, la información detallada de todos los huracanes que han impactado la Península se presenta en la tabla 5.

Figura 5. Distribución de los 36 puntos de impacto por categoría de huracán sobre la Península de Yucatán. Periodo 1851-2013.

De igual forma, a partir de la Tabla 5 puede notarse que el último impacto sobre tierra dentro de la Península se produjo en el mes de agosto del año 2012, por lo tanto la región no ha presentado impactos de sistemas con la categoría de huracán en los últimos dos años del análisis climatológico.

Tabla 5. Lista de todos los huracanes que han impactado la Península de Yucatán. Periodo 1951-2013.

Nombre

Fecha

Presión mínima (hPa)

Velocidad de vientos

Categoría de impacto

Lugar de impacto

18

máximos (Km/h) Huracán 4

28/Sept/1857

-

-

2

Cercanías de Cancún, Quintana Roo.

Huracán 2

16/Ago/1866

-

-

1

Cercanías de Majahual, Quintana Roo.

Huracán 11

31/Oct/1870

-

-

1

Cercanías de Xcalak, Quintana Roo.

Huracán 3

19/Ago/1879

-

-

1

Bahía de la Ascensión, Quintana Roo.

Huracán 2

10/Ago/1880

-

-

2

Cercanías de Puerto Morelos, Quintana Roo.

Huracán 9

17/Sept/1887

-

-

2

Cercanías de Cancún, Quintana Roo.

Huracán 4

25/Jul/1887

-

-

2

Cercanías de Playa del Carmen, Quintana Roo.

Huracán 4

05/Sept/1888

-

-

1

Cercanías de Boca Iglesia, Quintana Roo.

Huracán 6

17/Sept/1889

-

-

2

Este de Felipe Carrillo Puerto, Quintana Roo.

Huracán 10

28/Sept/1893

-

-

2

Cercanías de Playa del Carmen, Quintana Roo.

Huracán 2

26/Ago/1895

-

-

2

Cercanías de Boca Iglesia, Quintana Roo.

Huracán 2

12/Ago/1903

-

-

3

Cercanías de Playa del Carmen, Quintana Roo.

Huracán 6

25/Ago/1909

-

-

3

Cercanías de Cancún, Quintana Roo.

19

Huracán 14

15/Oct/1916

-

-

2

Cercanías de Majahual, Quintana Roo.

Huracán 4

17/Oct/1922

-

-

2

Cercanías de Playa del Carmen, Quintana Roo.

Huracán 14

21/Sept/1933

-

-

4

Cercanías de Tulum, Quintana Roo.

Huracán 13

12/Sept/1933

-

-

1

Cercanías de Xcalak, Quintana Roo.

Huracán 1

08/Jun/1934

-

-

1

Este de Felipe Carrillo Puerto, Quintana Roo.

Huracán 4

25/Ago/1938

-

-

3

Cercanías de Akumal, Quintana Roo.

Huracán 3

27/Ago/1942

-

-

2

Cercanías de Puerto Morelos, Quintana Roo.

Huracán 8

19/Sept/1944

-

-

1

Cercanías de Cancún, Quintana Roo.

Huracán 4

21/Ago/1944

-

-

1

Boca Paila, Quintana Roo.

Charlie

20/Ago/1951

-

215

4

Cercanías de Tulum, Quintana Roo.

Hilda

16/Sept/1955

-

177

2

Bahía de la Ascensión, Quintana Roo

Janet

28/Sept/1955

-

280

5

Cercanías de Punta Xcayal, Quintana Roo.

Beulah

17/Sept/1967

-

160

2

Cercanías de Playa del Carmen, Quintana Roo.

Brenda

21/Ago/1973

-

130

1

Nuevo Progreso, Campeche.

20

Camen

02/Sept/1974

-

222

4

Cercanías de Punta Herradura, Quintana Roo.

Gilbert

14/Sept/1988

900

259

5

Puerto Morelos, Quintana Roo.

Roxanne

10/Oct/1995

958

185

3

Norte de Tulum, Quintana Roo.

Dolly

20/Ago/1996

999

120

1

Cerca de Punta San Lorenzo, Quintana Roo.

Isidore

22/Sept/2002

934

205

3

Cercanías de Telchac Puerto, Yucatán.

Emily

18/Jul/2005

955

215

4

Playa del Carmen, Quinta Roo.

Wilma

21/Oct/2005

933

217

4

Puerto Morelos, Quintana Roo.

Dean

21/Ago/2007

905

280

5

Cerca de Majahual, Quintana Roo.

Ernesto

07/Ago/2012

973

155

2

Cercanías de Majahual, Quintana Roo.

Durante la temporada de huracanes 2013 y 2014 no se presentaron impactos en la región.

21

CAPÍTULO 4. DATOS Y METODOLOGÍA.

4.1 Datos Los datos utilizados para el cálculo de los índices de variabilidad del viento presentes en este trabajo se obtuvieron de las estaciones meteorológicas automáticas (EMAS) del Servicio Meteorológico Nacional (SMN). Las 9 estaciones automáticas ubicadas sobre la Península de Yucatán se pueden observar en la figura 6, y sus coordenadas geográficas se presentan en la tabla 6. Los registros obtenidos son cada 10 minutos desde el mes de abril de 2000 hasta febrero del 2010 para las 9 estaciones. A pesar de contar con observaciones cada 10 minutos, el cálculo de los índices de variabilidad del viento sólo requirió los valores de la intensidad y dirección del viento (que se muestran de rojo en la tabla 7) en cada hora durante los días de análisis. Los días analizados se eligieron de acuerdo a las fechas durante las cuales se manifestaron los cuatro huracanes en la región de estudio: esto es, para el huracán Isidore (21 al 24 de septiembre del 2002), Emily (17 al 19 de julio del 2005), Wilma (21 al 23 de octubre del 2005) y Dean (20 al 22 de agosto del 2007). Las fechas se basan en las observaciones de la trayectoria de los sistemas obtenidas del NHC2, de tal forma que era necesario, por lo menos en este estudio, ubicar al sistema antes, durante y después del paso sobre tierra del huracán. La información de las trayectorias y los datos de viento (Tabla 7) presentan contabilidad en el horario de registro. Sin embargo durante el periodo de estudio hubo datos faltantes o no hubo registro de viento en los días que los huracanes cruzaron la región. Por lo tanto no se logró un análisis 100% homogéneo. A pesar de la falta de datos, el análisis de la

2

www.nhc.gov/data/, Consultada en octubre de 2013

22

variabilidad del viento no pierde objetividad al explorar una metodología para la comprensión de la estructura del viento dentro de la circulación de un huracán. Tabla 6. Coordenadas geográficas de las 9 estaciones automáticas sobre la península.

Estación Cd. Del Carmen Campeche Celestún Mérida Río Lagartos Cancún Cozumel Sian Ka’an Chetumal

Latitud (Grados) 18.65 19.83 20.86 20.95 21.57 21.03 20.48 20.13 18.5

Longitud (Grados) -91.82 -90.5 -90.83 -89.65 -88.16 -86.85 -86.91 -87.46 -88.33

Altitud (msnm) 8 5 10 11 5 1 5 8 9

Figura 6. Distribución de las estaciones automáticas sobre la Península de Yucatán.

23

La presencia de datos faltantes solamente de observó dentro de los días de análisis de los huracanes Dean y Emily, mientras que para los huracanes Isidore y Wilma presentaron datos completos en sus cinco estaciones correspondientes.

Tabla 7. Ejemplo de los datos obtenidos en la estación automática de Celestún, las variables en rojo fueron las que se utilizaron para el análisis de variabilidad.

Fecha

Hora

Dirección del Viento (Grados dextrorsum)

22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02 22 Sept 02

00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

314 303 318 328 314 305 331 329 320 317 318 323 320 337 326 314 312 310 319 306 305 309 318 318

Dirección del Viento Máximo (Grados dextrorsum) 315 323 316 325 325 315 8 321 331 309 315 315 321 336 330 311 320 307 316 301 307 309 319 313

Rapidez media del Viento (𝑘𝑚/ ℎ)

Rapidez máxima del viento (𝑘𝑚/ ℎ)

25.6 21.8 22.6 17.7 22.5 27.6 21.7 22.6 27.6 26.3 30.2 29.8 32.1 36.1 33.3 42.6 46.8 44.7 51.5 50.1 55.8 60.8 55.5 53.7

35.6 30.4 32.1 24.6 32.1 36.7 34.4 33.9 36.7 39.6 42.5 41.9 43.1 48.8 48.8 57.5 64.4 60.9 73 67.3 71.3 82.8 79.3 68.4

24

El huracán Emily presentó datos faltantes en dos de las ocho estaciones que se analizaron durante su paso, la primera es la estación de Cozumel representado por un 15.3%, es decir, de las 72 horas 11 horas no registraron datos de viento. La otra estación fue Río Lagartos con un 2.8% de datos faltantes. De las 7 estaciones disponibles para el análisis del huracán Dean solo la estación de Cancún y de Sian Ka’an registraron datos completos, mientras que la estación de Ciudad del Carmen presentó un 12.5% de datos faltantes, las estaciones de Campeche, Celestún y Mérida manifestaron cada una un 8.3% al no registrar 6 horas y un 2.8% se observó en Celestún. Para estos casos donde los datos no se presentaron de manera continua durante los días analizados, se optó por recurrir a la técnica de interpolar el dato más próximo a la hora del dato faltante, es decir, si a las 12:00 Z no hubo dato, pero a las 12:20 sí, se toma el valor de esta última hora para el valor de las 12:00 Z. Y de esta forma completar las 24 horas, de datos necesarios en las ecuaciones que se presentarán más adelante en la metodología.

4.2 Metodologia Una vez establecidos los días de análisis mediante las anteriores consideraciones, se filtraron los datos de las variables del viento para cada una de las estaciones con observaciones disponibles y se ordenaron en hojas de cálculo de Excel. Posteriormente se realizaron cálculos para obtener cada componente del viento en superficie (u, v), para cada hora. Posteriormente se llevaron a cabo los 4 cálculos principales, en los que se basa este trabajo, de la variabilidad del viento en superficie a partir de los estudios de Alpert y Eppel en 1985 (de ahora en adelante AE85) y Alpert y Mendel en 1986 (de ahora en adelante AM86).

25

Los 4 cuatro cálculos corresponden a los índices de variablidad del viento diurno (𝐼𝐵 ), variabilidad del viento interdiurno (𝐼𝐴 ), variabilidad total del viento (𝐼𝐶 ) e índice de la variabilidad diurna relativa entre la variabilidad interdiurna (𝛼). Es importante mencionar que a diferencia de AE85 y AM86, la metodología en este estudio no trabaja con la variabilidad del viento de manera normalizada, sino que pretende conocer la variabilidad del viento tanto en intensidad como en dirección tanto para la componente zonal como la componente meridional. También se debe tomar muy en cuenta que esta metodología es la más importante contribución en este trabajo, ya que a partir de las fórmulas de AE85 (propuestas para generar un índice que identificó el cambio en la actividad mesoclimática en Israel) se propone un cambio en el enfoque estadístico de éstas. A continuación se presentan las ecuaciones utilizadas (siguiente capítulo) y los cálculos de ellas en las hojas de Excel. La ecuación para obtener los valores de 𝐼𝐵 , propuesta por AE85 (como también 𝐼𝐴 𝑦 ∝), fue la primera en calcularse y está dada por: 1

𝐼𝐵 =

[∑24 𝑖=1(𝑢𝑖𝑗

2 2

− 𝑢𝑗 ) ]

⁄ 1 , (242 𝑢𝑗 )

(1)

Donde, 𝑢𝑖𝑗 es la componente zonal del viento (𝑣𝑖𝑗 para la componente meridional) a una hora 𝑖 en un día 𝑗 y 𝑢𝑗 = (∑24 𝑖=1 𝑢𝑖𝑗 )/24 es el viento diurno promedio en la dirección longitudinal (𝑣𝑗 = (∑24 𝑖=1 𝑣𝑖𝑗 )/24 en la dirección latitudinal) para el 𝑗-ésimo día. Ahora bien la forma empleada en Excel para su desarrollo fue la siguiente: Antes se mencionó que se calcularon los vectores de las componentes del viento y se obtuvieron mediante el desarrollo de las fórmulas que prosiguen, tomadas de Padilla (1992), 𝑢 = −|𝑉| sen 𝜃,

(2)

26