Unas notas sobre ciclones subtropicales e híbridos. Parte I: Introducción y conceptos básicos

Desde hace ya unos años atrás se viene observando en las cercanías de España la presencia de ciclones y de borrascas atlánticas que, de una u otra forma, presentan en parte de su ciclo de vida “ciertas características similares” a las de un ciclón tropical, sin llegar a ser estrictamente un sistema tropical tal y como los conocemos en latitudes más cálidas y bajas, a saber: convección organizada alrededor de un centro de rotación

Francisco Martín León, meteorólogo.
Dedicado a mis compañeros de predicción por su ilusión, entrega y trabajo: Olinda, Felisa, Benito, Alicia, Ramón P., Javier, Juan Carlos, y un largo etcétera.
Palabras claves: ciclón, tropical, subtropical, híbrido, mixto, transición extratropical, borrasca convección, efectos diabáticos, transición tropical, ciclogénesis.

Este trabajo no deja de ser una breves notas introductorias a un tema que apasiona a muchos.

1.- Introducción

Desde hace ya unos años atrás se viene observando en las cercanías de España la presencia de ciclones y de borrascas atlánticas que, de una u otra forma, presentan en parte de su ciclo de vida “ciertas características similares” a las de un ciclón tropical, sin llegar a ser estrictamente un sistema tropical tal y como los conocemos en latitudes más cálidas y bajas, a saber: convección organizada alrededor de un centro de rotación, la presencia a veces de un “ojo”, anomalía cálida en capas bajas, vientos muy fuertes, simétricos alrededor y cercanos al “ojo”, etc. Y todo esto sin perder a su vez algunas de las características de las borrascas de latitudes medias.

Para diferenciarlos de los ciclones propiamente tropicales, a estos sistemas se les denomina ciclones híbrido o mixtos, y en muchas ocasiones subtropicales, aunque ambos términos son diferentes como se verá a lo largo de estas notas.

Los ciclones híbridos son sistemas depresionarios, de bajas presiones en superficie, que se forman en general a partir de una vaguada profunda, una DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos), un filamento de Vorticidad Potencial (para estas notas, vale como "algo" equivalente a un máximo relativo de vorticidad elongado o filamentoso) en capas altas, entre otros, que baja de latitud y que sobrevuelan aguas subtropicales o mares con SST (temperatura superficial del agua del mar) relativamente más cálidas que la del aire circundante, en un entorno de cizalladura del viento relativamente baja (el viento no varía en intensidad y/o dirección con la altura). Bajo estas circunstancias se pueden formar los ciclones objetos de este análisis básico.

La importancia del tema es tal que es un tema científico más en las reuniones de expertos de meteorología tropical y subtropical.

Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte I: Introducción Y Conceptos Básicos
Figura 1. Ejemplo de un supuesto ciclón híbrido observado en el canal IR, infrarrojo, según el satélite GOES-W americano, con convección organizada alrededor de un aparente pero pequeño “ojo” sobre aguas subtropicales. Una banda cuasi frontal se observa al este y separada del centro de rotación en capas bajas. Fuente: NOAA

Los ciclones híbridos/subtropicales tienen algunas cosas en común. Por una parte tienen su génesis en la influencia típica del flujo en niveles medios-altos, al contraste térmico horizontal y vertical de latitudes medias (baroclinidad) y, por otra parte, se desarrollan y mantienen por los efectos de liberación de calor latente en la convección de su seno, efectos diabáticos, y que pueden dar lugar, en su conjunto, a la presencia de ciertos elementos dinámicos, térmicos y nubosos parecidos a los ciclones tropicales.

Recientemente, en especial los años 2005-2010, tanto en Canarias como en la Península Ibérica han recibido las vistas de sistemas de bajas presiones de tipo subtropical, que a diferencia de las latitudes más altas se caracterizan por ser sistemas que se han desarrollado en latitudes más bajas como consecuencia del desplazamiento o irrupciones meridionales del chorro polar y encontrarse con temperaturas del agua del mar más cálidas. Por este hecho, un conjunto de borrascas de latitudes medias, con sus frentes y convección embebida características de su seno frío, se han desplazado sobre zonas subtropicales. Muchas han evolucionado como clásicas borrascas con sistemas frontales bien definidas. Pero un número menor han derivado, a ser de una u otra manera, ciclones híbridos.

A lo largo de este trabajo se presentarán la clasificación general y conceptual de los ciclones, nos centraremos en los de tipo híbrido y subtropical, enfatizando las diferencias y similitudes con los de tipo tropical y de latitudes medias. Se tratará de clasificarlos según el origen de la estructura sinóptica donde se desarrollan así como de su estructura térmica en su vertical. Se presentarán algunas breves notas de su climatología en el Atlántico Norte, así como algunas herramientas para su análisis, detección y seguimiento.

Al ser un artículo relativamente se largo se dividirá en varias partes.

2.- Clasificación de los ciclones

Un ciclón es una estructura de escala sinóptica, amplia, formado por un seno de bajas presiones en superficie que se extiende en la vertical con vientos que giran en el Hemisferio Norte en el sentido contrario a las agujas del reloj. Para el Hemisferio Sur el giro es el contrario, a favor de las agujas del reloj. Es fundamental que exista una baja definida en superficie para poder hablar de ciclón propiamente dicho con vientos girando a su alrededor.

La siguiente figura representa una imagen conceptual de los tipos de ciclones sinópticos, en función de la estructura térmica global que caracteriza al sistema (núcleo cálido - frío) y en función del sistema de nubes que les acompañan (frontal o no frontal) a ellos asociados. En un extremo, y cuando están bien definidos, tenemos a los ciclones tropicales y en otro a las borrascas de latitudes medias. Entre ambos existen diferentes tipos de ciclones.

Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte I: Introducción Y Conceptos Básicos
a) Clasificación de ciclones y algunos ejemplos desde satélites
Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte I: Introducción Y Conceptos Básicos
b) Clasificación de ciclones y algunos ejemplos desde satélites pero con los procesos fundamentales por los que se desarrollan: baroclinos (fuertes contrastes de temperatura en horizonal y vertical) diabéticos e interación mar/cálido-atmósfera/fresca.
Figura 2. Esquemas conceptuales atribuidos a Jenni Evans y Bob Hart, a fecha de 1997, que permite realizar una clasificación básica sobre ciclones atmosféricos de escala sinóptica, base para su más avanzada herramienta “Espacio y Diagramas de Fases de los Ciclones”, Cyclone Phase Space (http://moe.met.fsu.edu/cyclonephase/). De la figura original se han eliminado las depresiones del monzón, situadas en la mitad de columna vertical izquierda.

Notar que las DANA (Depresiones Aisladas en Niveles Altos) no aparecen aquí, figura 2, ya que son sistemas asociados a depresiones frías de niveles altos sin bajas en superficie. Cuando la DANA tiene reflejo en superficie se le denomina Baja fría aislada y, esquemáticamente, podría situarse en el eje inferior, al ser sistemas de “corazón” frío no frontal en origen, ya que no suelen llevar frentes en superficie. Posteriormente, algunas pueden desarrollarlo y, entonces se les denominaría Baja fría aislada frontal. De cualquier manera, y conceptualmente, se situarían sobre el eje inferior horizontal. Realmente se verá que algunas DANA, y en su fase de borrasca fría aislada, pueden desarrollar en su seno estructuras nubosas y de vientos parecidas a la de un ciclón híbrido, como se verá más adelante.

Las bajas polares, que se desarrollan en latitudes frías sobre mares muy fríos, son en el fondo sistemas especiales que poseen muchas características dinámicas y termodinámicas de los ciclones tropicales e incluso pueden desarrollar un “ojo”, véase su posición relativa en la figura 2. Se analizará alguna baja polar a lo largo del trabajo, aunque no es objeto de estas notas.

Comenzaremos hablando de los extremos en la clasificación básica de los ciclones, a saber:

Un ciclón tropical, CT, es una estructura sinóptica de bajas presiones que se origina sobre aguas tropicales o subtropicales con zonas de convección muy organizada, profunda y más o menos simétrica, con una circulación cerrada en superficie alrededor de un centro bien definido y máximos de vientos en capas bajas y superficie muy cercanos a su centro depresionario. Los efectos diabáticos de liberación de calor latente y el intercambio energético mar/calido-atmósfera/fresca por el viento en capas bajas son los mecanismos que mantienen al sistema. Éste actúa como una máquina que transforma y transfiere la energía acumulada sobre el mar relativamente cálido a una troposfera relativamente más fresca. Las bandas nubosas NO tienen características frontales y está formado por un núcleo cálido muy bien definido que conforma una anomalía térmica cálida respecto al aire circundante de relativa extensión en la vertical.

Figura 3. Estructura nubosa típica de un ciclón tropical bien desarrollado visto por satélite en el canal VIS para el huracán Katrina. Fuente NOAA.

Modelo conceptual de un ciclón tropical bien desarrollado. Fuente Enciclopedia Británica.
http://www.people.fas.harvard.edu/~pkatai/midlat_structure.htm

Un ciclón extratropical, CE, o borrasca de latitudes medias, es un sistema de bajas presiones de escala sinóptica formado por estructuras nubosas de tipo frontal cuya principal fuente de energía se deriva del carácter baroclino (contraste térmico de las masas de aire en su seno) donde se desarrolla. En otras palabras, un ciclón o borrasca extratropical puede desarrollarse sobre aguas frías sin más que exista un fuerte contraste térmico horizontal y vertical del aire en su seno. En su desarrollo, la baja en superficie se profundiza y se encuentra desfasada con una vaguada o máximo de viento en altura, elementos típicos y presenciales. El núcleo de la borrasca es frío durante gran parte de su ciclo de vida. Solamente al final de él, la baja en altura y en superficie quedan en la vertical una de la otra pudiendo desarrollar en algunas ocasiones en su seno, y en capas bajas, una anomalía cálida, pero no siempre, siendo globalmente un sistema de tipo “frío”. Para más detalles sobre “anomalías cálidas” de ciertas borrascas ver el apartado de Herramientas y Diagramas de Fase, en el apartado dedicado a las seclusiones.

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Figura 4. Borrasca extratropical y bandas nubosas de tipo frontal barriendo la Península Ibérica según una imagen VIS realzada. Fuente EUMETSAT.
Modelos conceptuales típicos asociados a la dinámica y contrastes térmicos de masas de aire implicadas en el desarrollos de los ciclones extratropicales.
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Figura 5. Modelos conceptuales básicos de ciclón tropical, a la izquierda, y borrasca extratropical, a la derecha, en relación con las bandas nubosas y anomalías térmicas en su vertical.
El núcleo cálido/frío en casi toda la troposfera es un elemento característico del ciclón tropical/extratropical representado en las figuras inferiores en rojo/azul.
Los vientos máximos en uno de tipo tropical se alcanzan alredor del centro u “ojo” en capas bajas, en los de tipo extratropical los máximos se alcanzan en altura, salvo en las ciclogénesis muy profundas que además se dan también en superficie.
Fuente: http://www.wunderground.com/blog/quasigeostropic/comment.html?entrynum=15

Entre ambos sistemas extremos están los ciclones que ocupan la gama intermedia de este abanico, que son los ciclones subtropicales, híbridos y bajas polares.

Un ciclón subtropical, CS, es un sistema de bajas presiones con frentes muy débiles que tiene algunas características de ciclón tropical y otras de extratropical en cuanto a las energías que lo desarrolla y mantiene. Se desarrollan generalmente sobre las aguas subtropicales, y están asociados a una baja fría o vaguada en niveles altos que se extiende hacia niveles bajos con vientos sostenidos que ocurren más allá de su centro en capas bajas sobre unas 100 millas o más de su centro.

Ciclón híbrido, CH, es un sistema de bajas presiones que comienzan a tener ciertos elementos nubosos convectivos de cierta profundidad y simetría en su estructura y rodeando el mínimo depresionario en superficie. Con el tiempo conforman una anomalía cálida bien definida en capas bajas, por los procesos de liberación de calor latente. En ellos se comienza a ganar una simetría en el campo de nubosidad convectiva y en el campo de viento en capas bajas, pero mucho menor y de menor grado cuando se compara con los de tipo tropical. Se suelen formar a partir de ciclones subtropicales o de estructuras de latitudes medias (DANA, vaguada de latitud baja) que se han desplazado fuera del vórtice circumpolar.

En los entornos operativos, se habla de depresión subtropical si el ciclón subtropical lleva asociado vientos sostenidos en superficie de 33 kt (38 mph o 62 km/hr) o menos (usándole valor medio de 1 min en EE.UU.) Cuando los vientos igualan o superan los 34 kt (39 mph o 63 km/hr) o más, se habla de tormenta subtropical. En está línea no se ha encontrado en la bibliografía las referencias equivalentes de depresión híbrida ni de tormenta híbrida.

La definición de ciclón híbrido es algo más científica y universitaria que la de ciclón subtropical, que está más arraigada en entornos operativos de predicción aunque aquí mandentremos las diferencias entre ellos.

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Figura 6. Posible ciclón híbrido en el seno del Atlántico, para el 26 noviembre 2001 a las 15 UTC según datos del satélite GOES en el canal IR. Bandas nubosas casi frontales se observan al este del ciclón. Fuente: CIMSS-NOAA

Transiciones

La importancia de los ciclones subtropicales e híbridos es que algunos de ellos evolucionan a ciclones tropicales en la llamada transición tropical, TT. En otras palabras, algunos ciclones tropicales se pueden formarse fuera de las regiones clásicas de los huracanes y los tifones y su origen se tiene en predecesores de tipo baroclino de latitudes medias como vaguadas profundas, DANAS, situaciones de bloqueo, filamentos de Vorticidad Potencial, etc., que generan en su ciclo de vida un ciclón en capas bajas con características tropicales, transformando la anomalía fría predecesora en un núcleo de anomalía cálida en niveles bajos que se propaga hacia niveles superiores. Este proceso que se le conoce genéricamente como transición tropical, TT. De forma equivalente, tendríamos las transiciones extratropical, TE, cuando un ciclón tropical evoluciona a un sistema frontal y baroclino al alejarse de su región madre y desplazarse hacia aguas más frías y latitudes más altas.

Por extensión, y aunque este término no se ha encontrado en la bibliografía, se podría hablar de transición a híbrido, TH, cuando una baja subtropical o de latitudes medias comienza a tener características mixtas tropical-extratopical.

Un hecho muy común en la dinámica de los ciclones híbridos es:

- La reducción rápida de la cizalladura del viento en la vertical (vertical wind shear, VWS), al menos en el seno de la baja en superficie y en su vertical. Esta reducción se consigue por procesos internos y externos. En el último caso el ciclón en capas bajas se aleja de las zonas baroclinas, zonas de máximos en altura, debilitamiento de la baja en altura, etc.

- el incremento y realce de los procesos diabáticos de liberación de calor latente por la convección en su seno que a su vez tiende a homogeneizar el perfil vertical del viento, clave para las TT.

- La presencia de una anomalía cálida en niveles bajos respecto al aire fresco circundante

Por último comentar que existen otra clase de ciclones híbridos como son los llamados “híbridos frontales”: aquellos que poseen un núcleo cálido con convección organizada, pero además se dan junto con zonas frontales bien definidas. En la figura 2, este tipo de estructuras la tendríamos desplazadas hacia la derecha en la zona central de la figura.

Por lo tanto, y resumiendo, entre dos extremos conceptuales y bien diferenciados como son los ciclones tropicales y los extratropicales o borrascas de latitudes medias existen otros tantos como son los ciclones híbridos que comparten características de unos y otros. En determinadas condiciones es muy difícil precisar si un ciclón está desplazado más hacia un extremo u otro. En ese desplazamiento del carácter híbrido a tropical tenemos las transiciones tropicales, TT, y hacia el otro extremo, las transiciones extratropical, TE, que son las dos más conocidas y comunes.

Continuará (Parte II https://www.tiempo.com/ram/14352/notas-ciclones-subtropicales-hibridos-parte2/ )
Esta entrada se publicó en Reportajes en 19 Mar 2011 por Francisco Martín León