Relación entre la estructura térmica vertical de las aguas cubanas y la actividad de los ciclones tropicales

Relationship between the thermal vertical structure of Cuban waters and tropical cyclone activity

Ida Mitrani-Arenal^1* y Oscar Onoe Díaz-Rodríguez¹

¹ Instituto de Meteorología (INSMET) Apartado 01732 Loma de Casablanca, Regla La Habana, Cuba, CP: 11700. * E-mail: imitrani@met.inf.cu

Recibido en marzo de 2003;
aceptado en febrero de 2004.

Resumen

Se presenta un estudio de la estructura térmica vertical y la variabilidad espaciotemporal de la capa superficial oceánica en aguas cubanas, utilizando datos de 37 expediciones oceanográficas realizadas de 1966 a 1993. Se determinaron el espesor de la capa isotérmica y la profundidad de la isoterma de 26°C. Se analizó el posible enlace entre las características térmicas de la capa superficial oceánica y el comportamiento de los ciclones tropicales. Se tuvo en cuenta la presencia de la Oscilación del Sur El Niño (ENOS). Se concluye que las características térmicas de las aguas cubanas siempre son favorables al desarrollo de los ciclones tropicales, independientemente de la presencia de ENOS.

Palabras clave: capa isotérmica, ciclones tropicales, aguas cubanas.

Abstract

A study of the oceanic surface layer is presented, taking into account its vertical thermal structure and time-space variability. Oceanographic data from 37 cruises were used. The thickness of the isothermal layer and depth of the 26°C isotherm were determined. The possible connection between the thermal characteristics of the sea surface layer and tropical cyclone activity was analyzed. The presence of ENSO was considered. We show that the thermal characteristics of Cuban waters are always favorable for tropical cyclone development.

Introducción

De las propiedades de las aguas oceánicas, la que más se suele relacionar de modo directo con el desarrollo de los ciclones tropicales es su estructura térmica. Por tal motivo, en el presente texto se presenta un estudio de la estructura térmica vertical en aguas cubanas y su variabilidad espaciotemporal, utilizando datos de 37 expediciones oceanográficas realizadas de 1966 a 1993, incluyendo además un análisis de su posible relación con la actividad ciclónica en el área.

Existen algunos estudios integrales de los mares circundantes a Cuba, elaborados con datos de expediciones oceanográficas, en los cuales se incluye la estructura térmica vertical de sus aguas. Entre los más importantes están los realizados por especialistas del Centro de Investigaciones Pesqueras (CIP) de Cuba (García, 1981a, 1981b, 1996; Siam y García, 1981), los ejecutados en el marco de colaboración cubano-soviética en 1979 y 1981 con la participación de especialistas del Instituto de Meteorología (INSMET) de Cuba (Moreno et al., 1985; Mitrani et al., 1985) y los de la colaboración cubano-mexicana entre 1989 y 1990 con especialistas del Instituto de Oceanología (IDO) de Cuba y de la Universidad Nacional Autónoma de México (Victoria et al., 1990; Gallegos et al., 1996; Gallegos et al., 1998a; Gallegos et al., 1998b). Todos estos trabajos se realizaron con datos de menos de diez cruceros, lo que limita la visión temporal que se pudiera tener del tema tratado. Existe además un trabajo de Mitrani (2000), donde se presenta una caracterización general de la capa superficial oceánica en las aguas que circundan a Cuba, pero sin diferenciación por zonas. La inclusión de datos de 37 expediciones en la presente investigación permitió abordar el problema de una manera más completa, destacando además las particularidades de cada zona geográfica.

Datos y metodología utilizados

El área de estudio se localiza entre 87°W y 73°W y entre 25°N y 18°N, y fue dividida en zonas atendiendo a batimetría, configuración costera y circulación en la superficie de las aguas oceánicas alrededor de Cuba (fig. 1).

Se recopilaron los datos hidrometeorológicos procedentes de 36 cruceros realizados en los mares circundantes a Cuba de 1966 a 1993, procesados por especialistas del CIP, del IDO, del INSMET y ocasionalmente con la colaboración de especialistas de la entonces Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), a distancias de hasta 200 km de la línea de costa. Se incluyen también los resultados de la expedición Yuca II, a bordo del buque mexicano Justo Sierra, para un total de 37 expediciones con 1846 estaciones y un volumen de 27,361 observaciones en las profundidades estándar: 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 75, 100, 125, 150 , 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 y 1200 m.

Como frontera inferior convencional de la capa donde con mayor intensidad se manifiesta la interacción océano-atmósfera, se tomó el nivel más somero a partir del cual la temperatura del agua permanece constante durante todo el año, independientemente de las oscilaciones superficiales de los procesos meteorológicos. En este caso se aplicó el concepto de capa activa oceánica, definida como el estrato que interactúa intensamente con la atmósfera que aparece en Doronin (1980) y que ya fue utilizado por Mitrani et al. (1985) en el análisis de los datos obtenidos para un polígono al sur de la Isla de la Juventud durante el periodo de trabajo de la expedición cubano-soviética de 1981, así como también por Mitrani (2000). También se localizó la profundidad de la isoterma de 26°C que, según diversos autores (Fisher, 1957; Gray, 1979, 1993; Shuleikyn, 1978; Khain y Sutyrin, 1983; WMO, 1995), es la temperatura mínima propicia para la formación y desarrollo de los ciclones tropicales.

Estructura térmica vertical y actividad ciclónica

Entre las condiciones necesarias para la formación y desarrollo de los ciclones tropicales, también se incluye la premisa de que la capa isotérmica debe presentar una cierta profundidad mínima (Fisher, 1957; Gray, 1979; Shuleikyn, 1979; Khain y Sutiryn, 1983; Gray, 1993; WMO, 1995). No existe un criterio único para definir esta profundidad mínima. Por ejemplo, Perlroth (1967) señaló que si en los primeros 60 m de profundidad de las aguas oceánicas la variación de la temperatura es de más de 8.5°C, la probabilidad de que el ciclón tropical alcance la fase de huracán es de apenas un 4%. Por otra parte, se tiene el criterio de Holliday and Thompson, (1979, referido en WMO, 1995) de que 75% de los huracanes, con presiones atmosféricas mínimas de de 920 hPa o menos, pueden tener una intensificación muy rápida (más de 42 hPa en menos de 24 h) cuando la temperatura superficial oceánica (TSO) es mayor que 28°C y el espesor de la capa isotérmica es de más de 30 m. Además, Shuleikyn (1978) señala que en las costas africanas tropicales jamás se desarrollan ciclones tropicales aunque la TSO sea muy alta, porque la capa isotérmica superficial no alcanza más de 30 m de profundidad. Sin embargo, Evans (1993, referido en WMO, 1995) no menciona la importancia del espesor de la capa isotérmica para que un ciclón tropical se convierta en un huracán de gran intensidad (con vientos de más de 70 m/s, categorías 4-5 según la escala Saffir-Simpson, definida por Simpson, 1974), pero resalta como una condición imprescindible que la temperatura de la capa superficial sea mayor o igual a 28°C. Del análisis de los datos utilizados en el presente trabajo se aprecia que las características térmicas de los mares alrededor de Cuba corresponden a todos estos criterios, estimulando en gran medida al desarrollo de los ciclones tropicales.

Es importante conocer la profundidad que alcanza la influencia de los procesos de interacción océano-atmósfera en las aguas oceánicas, debido a que ello favorece al aumento del espesor que ocupan las aguas cálidas superficiales. Estudios realizados por especialistas del CIP han mostrado que la mayoría de las especies comerciales que se pescan en aguas cubanas se localizan en los primeros 200 m de profundidad (García 1981a, 1981b). Por otra parte, en análisis de distribución vertical de las masas de agua, tanto en los mares intramericanos (Gallegos et al., 1998; Moores y Maul, 1998) como en las aguas circundantes al territorio cubano (Mitrani y Díaz, 2002), es decir, en la Zona Económica Exclusiva de Cuba, se aprecia que las aguas del estrato superficial tienen un espesor medio de 250 m. Por último, aplicando el concepto de espesor de la capa activa, se nota que en las profundidades de 250 a 300 m la temperatura del agua se mantiene constante alrededor de 17°C prácticamente durante todo el año. De lo antes expuesto, se acepta que los tres criterios apuntan hacia un espesor medio de la capa activa de 250 m.

La capa isotérmica presenta un espesor medio de varias decenas de metros prácticamente todo el año, mientras que las temperaturas de las aguas superficiales se mantienen iguales o superiores a 28°C desde la segunda mitad de mayo y persisten con esos valores hasta noviembre, es decir, durante toda la temporada de huracanes. La combinación óptima de una capa isotérmica lo suficientemente profunda con temperaturas altas se alcanza en agosto, septiembre y octubre, siendo en este último en el que se presenta la más favorable pues mantiene temperaturas muy altas con espesores de la capa isotérmica de más de 50 m, seguido por septiembre. Esta situación se corresponde con la mayor frecuencia de formación y movimiento de los ciclones tropicales sobre territorio cubano y aguas circundantes, la cual se presenta en octubre, seguido por septiembre (Limia et al., 2003).

En cuanto a su distribución espacial en el área de estudio, las circunstancias más favorables para el desarrollo de los ciclones tropicales se presentan hacia la región occidental del Archipiélago Cubano, en el Estrecho de Yucatán, el Estrecho de la Florida y al sur de la Isla de la Juventud. A modo de ilustración, en la figura 2 se aprecia la distribución espacial de la estructura vertical termohalina en el bimestre septiembre a octubre, mientras que en la figura 3 se representa el espesor de la capa isotérmica y en la figura 4 la profundidad de la isoterma de 26°C, expresados en metros.

De los archivos del INSMET se tomó la cantidad de ciclones tropicales que han afectado a Cuba y, de éstos, los que se han formado en aguas cubanas, por zonas, entre 1966 y 1993 (fig. 5). Las zonas 1, 2, 6, 7 y 8 exhiben la mayor actividad ciclónica, siendo la zona 2, al sur de la Isla de la Juventud, la más favorable para la formación de los ciclones tropicales. Obsérvese que la mayor cantidad de ciclones tropicales se registran en las zonas de máximo espesor de la capa isotérmica y de mayor profundidad de la isoterma de 26°C. Pero además hay un aumento de actividad hacia el occidente. Se destaca en este caso la presencia de una "alberca caliente" al sur de la Isla de la Juventud que coincide con la idea planteada por Shuleikyn (1978) de que las trayectorias de los ciclones tropicales siguen en gran medida a la distribución y al movimiento de las aguas con mayor TSO.

Por otra parte, es interesante analizar el comportamiento de la estructura térmica en relación con la ocurrencia del evento de El Niño ENOS y con la actividad de las temporadas de huracanes, sobre todo si se tiene en cuenta que la actividad ciclogenética en el Atlántico se inhibe con la ocurrencia de la Oscilación del Sur El Niño (ENOS) (Pérez Suáiez et al., 1998). En las tablas 1 y 2 se presentan, los espesores máximos de la capa isotérmica, la temperatura superficial oceánica y las profundidades de la isoterma de 26°C, en distintos períodos de expedición durante algunos años con ocurrencia de ENOS (según datos tomados de la página de Internet de National Centers for Environmental Prediction/Climate Prediction Center y United Kingdom Meteorological Office, 2001) y en algunos años de temporadas ciclónicas muy activas, según datos de los archivos del INSMET. Se incluye también el número de ciclones tropicales formados en el Atlántico y en aguas cubanas.

Aunque las observaciones no se realizaban con regularidad suficiente como para comparar con precisión todas las temporadas de huracanes, es posible apreciar algunas particularidades. Por ejemplo, en presencia de ENOS en el Atlántico disminuye notablemente la formación y desarrollo de los ciclones tropicales y en aguas cubanas es prácticamente nula, mientras que en ausencia de ENOS la actividad de los ciclones aumenta en el Atlántico pero en aguas cubanas puede incrementarse o no. Sin embargo se aprecia que el estado térmico de las aguas superficiales en los mares que circundan a

Cuba en las temporadas analizadas fue siempre favorable para la formación y desarrollo de los ciclones tropicales, tanto en lo referido a la TSO como al espesor de la capa isotérmica, de donde es posible deducir que estas particularidades no son determinantes en la actividad ciclónica sobre el área de estudio.

Durante toda la temporada de huracanes, la estructura térmica de las aguas cubanas es favorable a la formación y desarrollo de los ciclones tropicales, presentándose una capa homogénea superficial con espesores de decenas de metros y temperaturas iguales o mayores de 28°C desde la segunda mitad de mayo hasta la primera mitad de noviembre. Para el desarrollo de los ciclones tropicales, la combinación más favorable de altas temperaturas (mayores de 28°C) con espesores significativos de la capa isotérmica (más de 50 m), se manifiesta desde finales de agosto hasta principios de noviembre, siendo octubre el mes más favorable, seguido por septiembre.

La capa activa oceánica en los mares de Cuba tiene una profundidad media de 250 m, acorde con los criterios de hábitat de especies comerciales, el análisis de las masas de agua y la profundidad que alcanza el curso anual de la temperatura del agua.

En su distribución espacial, los máximos del espesor de la capa isotérmica y de la profundidad de la isoterma de 26°C se observan en el entorno de la mitad occidental de Cuba, es decir en el Golfo de Casilda-Cazones, sur de Isla de la Juventud, Canal de Yucatán y norte de Pinar del Río y La Habana, zonas que coinciden con las de mayor afectación por ciclones tropicales en el área de interés.

La presencia de ENOS favorece las altas temperaturas oceánicas con profundización de la capa homogénea en aguas cubanas. Sin embargo, esta situación no contribuye al incremento de la actividad de los ciclones tropicales en el área.

Referencias

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