domingo, 25 de octubre de 2015

El origen de los huracanes y el caso del Patricia en México.





En la siguiente liga se aprecia un video tomado por un aficionado. Él lo sitúa como el momento preciso en que entra a tierra.
https://www.youtube.com/watch?v=npPjs-wvbYM

En esta contribución al blog explicaré algunas de las razones que llevan al nacimiento de un huracán, así como dos de las causas que llevan a que estos tomen más energía. Aquí le llamo a eso proceso de fortalecimiento.

La motivación es el fenómeno reciente que atacó a los estados mexicanos de Jalisco, Colima y Nayarit, principalmente. Se trató del huracán Patricia, notable por el enorme poder que llegó a alcanzar en menos de 24 horas.

Al final se indican los efectos que causan los huracanes de las cinco categorías en que son clasificados. Se numeran como categoría: 1, 2, 3, 4, y 5.

Uno de los efectos del mar agitado son las mareas de tormenta. Es un alzamiento del nivel del mar, como si existiera una enorme marea, de modo que la altura del nivel del mar crece en al menos un metro en el caso de la categoría 1 y más de 5 metros con 50 centímetros para los de categoría 5.

Se describen mediante dos velocidades, una es la velocidad de los vientos que giran en torno a una región que se llama el ojo del huracán. La otra velocidad es la de traslación. 

En la siguiente figura se aprecia una de las paredes del ojo del huracán Katrina. Fue tomada por uno de los aviones caza huracanes que utiliza el sistema de vigilancia de los Estados Unidos.



El siguiente es una toma del huracán Mitch y fue publicada por la NASA.


El origen de los huracanes


Los huracanes se forman en aguas océanicas con temperaturas superiores a 26.5 grados centígrados. Esta condición debe mantenerse cuando menos hasta 50 metros de profundidad, razón por la cual en el medio de los especialistas se les llama piscinas calientes.



Además hay condiciones que se deben cumplir en la atmósfera que se encuentra por encima del agua tibia mencionada en el párrafo anterior: en primer lugar, el aire debe estar suficientemente húmedo; en segundo, la velocidad de movimiento del aire debe ser constante varios cientos de metros por encima de la superficie del agua.



El efecto impulsor proviene de la rotación de la Tierra en torno a su propio eje. Éste da lugar a que en cada punto de nuestro planeta exista una fuerza que llamamos de Coriolis y su estudio a fondo forma parte del aprendizaje de los estudiantes de licenciatura en física.

Consiste de aire tibio y húmedo que asciende a la vez que gira. en la parte superior se va enfriando y se aleja del centro para volver a bajar hasta muy cerca de la superficie. 

Se le llama ciclo de convección:



La piedra angular de este estudio es la ley de la inercia enunciada inicialmente por Galileo. Establece que, si no hay influencias externas, un cuerpo se mueve a velocidad constante. Por supuesto, el cero está incluido entre esas posibles constantes.

Cuando se cumple la ley de la inercia decimos que estamos en un sistema de referencia inercial, y si nos encontramos en un laboratorio escolar, podemos considerar que los experimentos hechos allí se llevan a cabo en un sistema que es aproximadamente inercial. Tanto que necesitamos experimentos que duren muchos minutos antes de poder detectar que no es así. Esta dificultad constituyó un obstáculo que Galileo no pudo rebatir en el juicio de la inquisición en su contra. Ver: http://voxpopulidelaciencia.blogspot.mx/2015/06/el-pendulo-de-foucault-y-la.html


Cuando escribimos la segunda ley de Newton suponemos que nos encontramos en un sistema de referencia en el cual se cumple la ley de la inercia, pero cuando cambiamos a un sistema rotante, como es el caso de nuestro planeta, aparecen efectos que se llaman inerciales: uno es la fuerza centrífuga, otro es la fuerza de Coriolis.



Una de las razones para el fortalecimiento de un huracán

El fenómeno de los huracanes es complejo, pero existen varios elementos que llevan a su fortalecimiento. Aquí mencionaremos dos. El primero es la magnitud del efecto de Coriolis.

Si denotamos con la letra w a la rotación de nuestro planeta y con f al ángulo de la posición de la piscina caliente con respecto al ecuador, resulta que la fuerza de Coriolis varía de acuerdo a la siguiente expresión matemática


Un huracán que se origine a 500 kilómetros al sur de las costas de Guerrero estará sujeto a un efecto de Coriolis 147% mayor cuando se encuentre a punto de entrar en las costas de Jalisco. En cambio, si dicho huracán avanza por la costa hasta situarse enfrente de los cabos en Baja California, entonces el efecto de Coriolis será 168%.

La anterior es una de las razones por las cuales pueden llegar a ser tan destructores los huracanes del océano Atlántico (norte) que pasan por el norte de las islas del Caribe si avanzan en trayectoria paralela a la costa este de los Estados Unidos. Es una ruta factible porque en esa región siguen las aguas tibias de la corriente del golfo de México.

Las intensidades de los huracanes con velocidades de vientos más altas (según el portal de National Geographic) son:






El huracán Patricia y el segundo motivo de fortalecimiento

El 21 de octubre de 2015 había una tormenta tropical al sur del istmo de Tehuantepec, avanzaba hacia el oeste y tenía en su trayectoria más aguas tibias. Pasó rápidamente a la categoría huracán de categoría 1, y según las noticias de National Geographic, alcanzó categoría 5 en un lapso de 24 horas. Al sur de la costa de Michoacán empezó a torcer hacia el norte hasta formar un ángulo de casi 90 grados entre su nueva trayectoria y la anterior. Tocando tierra el 24 de octubre, según ese portal, a las 12 del día.

Los expertos no saben por qué se aceleró tan rápidamente, pero Kerry Emanuel (conocido especialista en esta clase de fenómenos), pudo deberse a que la profundidad del agua tibia alcanzaba más de 61 metros de profundidad. Su comentario se puede explicar como sigue:

Conforme se desarrolla, un huracán actúa como un popote gigantesco que aspira agua tibia del mar, tal que conforme va avanzando deja una trayectoria de agua fría que los satélites meteorológicos pueden detectar y ofrecer para consulta mediante imágenes de colores.

En ese proceso de absorción de agua tibia, esta capa se adelgaza, de modo que desde la superficie hasta la frontera que separa al agua tibia de la fría llega a haber menos de 50 metros de separación. De esta forma, dijo Emanuel, existe un freno natural al fortalecimiento de un huracán.

En el caso del huracán Patricia no hubo tal freno, de modo que la rotación se incrementó hasta alcanzar la cateoría 5 y las velocidades de vientos que menciono en la tabla.

Efectos de los huracanes en función de su categoría




Para el caso de los huracanes de categoría 1:

Los vientos son desde 119 hasta 153 kilómetros por hora.
Genera mareas de tormenta de 1 metro 20 centímetros hasta 1 metro con 50 centímetros.
Daña casas móbiles y árboles pero los edificios de concreto están fuera de peligro.
Pueden generar inundaciones en caminos costeros.



Los huracanes de categoría 2:

Sostienen vientos desde 153 hasta 177 kilómetros por hora.
Producen mareas de tormenta de 1 metro 80 centímetros hasta 2 metros con 40 centímetros.
Dañan techos de edificios y derriban árboles.
Producen ruptura de ventanas, que prácticamente estallan desde el interior hacia el exterior como resultado de la diferencia de presión entre el aire en reposo de una habitación y el aire a gran velocidad del exterior.
Quienes deseen abundar sobre este último aspecto pueden consultar el efecto de Bernoulli en un libro de física elemental.


Huracanes de categoría 3:

Sus vientos van desde 177 kilómetros por hora hasta 209.
Las mareas de tormenta van desde 2 metros con 70 centímetros hasta más de 3.60 metros.
Dañan árboles, inundan tierras bajas cercanas a las costas y dan lugar a daños estructurales como consecuencia de las inundaciones.


Huracanes de categoría 4:

Sus vientos van desde 209 hasta 250 kilómetros por hora.
Sus mareas de tormenta van desde 4 hasta 5.50 metros de altura.
Los daños mencionados en las categorías anteriores se intensifican.


Huracanes de categoría 5:

Sus vientos son superiores a 250 kilómetros por hora.
Las mareas de tormenta superan los 5.50 metros de altura.
Los daños mencionados en las categorías 1, 2 y 3 son mucho más intensas.


No hay comentarios:

Publicar un comentario