Unas notas sobre ciclones subtropicales e híbridos. Parte III: Clasificación sinóptica

Los ciclones subtropicales e híbridos requieren de una estructura de niveles medios-altos para su formación. Su clasificación se puede realizar según el entorno sinóptico en que se forman y en esta línea tendremos los siguientes tipos: baja fría aislada, onda frontal con vaguada en altura y dorsal inclinada con máximos relativos de vorticidad.

Colaboraciones de la RAM Colaboraciones de la RAM 06 May 2011 - 14:47 UTC

Francisco Martín León, meteorólogo.
Palabras claves: ciclón, tropical, subtropical, híbrido, mixto, transición extratropical, borrasca convección, efectos diabáticos, transición tropical, ciclogénesis.

Dedicado a mi compañero D. Lorenzo García Pedraza por el que sentía gran respeto y admiración, por su dedicación a la divulgación con pasión de la Meteorología, por su sencillez y amabilidad, por el amor que sentía a esta ciencia. D.E.P.

La Parte I apareció en:
https://www.tiempo.com/ram/13957/unas-notas-sobre-ciclones-subtropicales-e-hibridos-parte-i/

Y la Parte II en:
https://www.tiempo.com/ram/14352/notas-ciclones-subtropicales-hibridos-parte2/

4.- Clasificación según su origen sinóptico

Como se ha comentado en los apartados anteriores los ciclones subtropicales e híbridos requieren de una estructura de niveles medios-altos para su formación. Su clasificación se puede realizar según el entorno sinóptico en que se forman y en esta línea tendremos los siguientes tipos: baja fría aislada (DANA), onda frontal con vaguada en altura y dorsal inclinada con máximos relativos de vorticidad (potencial). Pasemos a estudiar cada uno de ellos.

Baja fría aislada

Este tipo de ciclones suelen estar ligados a una de las fase de una DANA (Depresión aislada en Niveles Altos, cut-off en inglés) y que, posteriormente, evoluciona a una baja fría aislada con una zona convectiva organizada en su seno.

Es una de las formas más comunes de formación de un ciclón híbrido y su ciclo de vida se puede ver representado esquemáticamente en la siguiente figura 14, con las siguientes fases:

a) Fase DANA. Desarrollo de una DANA, o depresión aislada en altura, que se desgaja de la zona "madre" del vórtice circumpolar, desplazándose a latitudes más bajas y temperaturas del agua del mar más cálidas. Como resultado aparece convección de núcleo frío preferentemente en latitudes subtropicales. En la fase inicial no existe reflejo de una baja claramente cerrada en superficie. Los vientos máximos en altura rodean simétricamente a la DANA. Los focos convectivos aparecen sin organizar, o en forma de coma, o zona de cúmulos realzados y en la zona central y delantera de la baja fría. Puede o no existir frentes en superficie o altura. Lógicamente la DANA se puede formar por bifurcación del chorro en niveles altos, aislamiento de una vaguada, proceso de ciclogénesis, etc. Estrictamente hablando esta fase “a” puede o no existir, aunque es muy común y por dicho motivo se menciona. La importante es la siguiente fase, cuando hay reflejo en superficie de una baja definida.

b) Fase de baja fría aislada. Comienza a definirse una baja cerrada en superficie, L, en la casi vertical del centro de la DANA predecesora en altura. La convección se intensifica en el seno de ella. Mientras que los vientos intensos existan en altura la convección del núcleo frío encontrará un ambiente hostil para la organización como ciclón híbrido. Este hecho se puede dar o si se debilita la circulación de máximos en altura o se alejan del centro de la baja en altura y en superficie. Si existen los frentes o en altura o en superficie (zonas baroclinas) estos deberían desaparecer, debilitarse (frontólisis) o separarse del seno de la baja en superficie. Todo ello contribuiría a la reducción ambiental de la cizalladura vertical.

Ciertos ciclones subtropicales o híbridos puede desarrollarse en un proceso de ciclogénesis polar conducidos por una circulación norte-sur muy intensa. Una baja en superficie preexiste a la irrupción polar, que está sufriendo el sistema un proceso de aislamiento en latitudes bajas o subtropicales, puede ser captada. En otras palabras, la fase “a” de DANA no es fundamental, pero es común y la fase de baja fría aislada se puede dar directamente sin pasar por la anterior fase de DANA.

Un hecho que suele ocurrir en ambos casos es que los desplazamientos de los sistemas de bajas presiones en altura y superficie se ralentizan, y ganado verticalidad sus centros.

c) Fase de transición híbrida, TH. Debilitamiento de la depresión en altura e intensificación de la baja en superficie y niveles bajos. La zona baroclina de vientos fuertes se debilita o se sigue alejando de la baja L en superficie, a la vez que se va intensificándose (ciclogénesis subtropical) por los intercambios de flujos de calor mar-aire y los liberados por la convección. Las nubes convectivas comienzan a rotar alrededor de la baja con escasa simetría pero rodeándola en sus cuatro cuadrantes, sobretodo en su vertiente más occidental donde el ambiente era “hostil” en las fases anteriores. Aparece una incipiente anomalía cálida en capas bajas, que se refleja a su vez en un máximo de vorticidad (potencial) en capas bajas. La cizalladura vertical se debilita o es erosionada sobre la baja L.

El seno del aire frío en altura, digamos 500 hPa, se encuentra en la vertical de la baja L fomentando la inestabilidad convectiva. La anomalía fría en altura se sitúa sobre la cálida en niveles bajos.

d) Fase de ciclón híbrido. Se acentúan algunos efectos anteriores: la baja en altura se ha debilitado, los máximos de vientos en altura muy débiles o alejados del su centro. La baja en superficie se sigue intensificándose preferentemente por los procesos diabáticos derivados de la convección, las bandas nubosas convectivas se arremolinan alrededor del centro de la baja de forma características y recordando algunas trazas de un ciclón tropical, la anomalía cálida en capas bajas se hace notar en su extensión horizontal y vertical. Aparecen vientos sostenidos alrededor de la baja en superficie de más de 30 kt.

Los frentes en altura o en superficie o no existen o se alejan de la baja en superficie a partir de la fase “b”. Algún autor apunta que existen ciclones híbridos frontales: aquellos que a la vez que se desarrollan y coexisten con los frentes clásicos en sus cercanías.

Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte Iii: Clasificación Sinóptica
Figura 14. Formación conceptual de un ciclón hibrido en el seno de una DANA. Ver texto para más detalles en las fases a-d. Las líneas negras representan el geopotencial de niveles medios-altos, líneas en gris la presión a nivel del mar, “L” equivale a baja en superficie. Zonas en verde representan convección de núcleo frío, zona en rojo, anomalía de temperatura en capas bajas. El grosor de las líneas negra y gris indican intensificación o debilitamiento del sistema aludido, al igual que el tamaño de la baja en superficie, L.

Una variante sinóptica de DANA, y que puede derivar a ciclón híbrido, es la que se corresponde con un acoplamiento de la DANA con una baja, L, preexistente y situada en su flanco más occidental de ella, con o sin sistema frontal asociado. La baja L es “absorbida” y ubicada debajo de la DANA, que de esa forma se transforma en baja fría aislada. El resto del proceso es el mismo que explicado anteriormente. Un proceso equivalente se muestra en la figura siguiente asociada a onda frontal y a una baja frontal preexistente.

Para ejemplos de este tipo de estructuras se verá el desarrollo de Vince en 2005 y del Inves90-L entre el 10-11 marzo de 2011.

Para desarrollos de ciclones híbridos asociados con ciclogénesis explosiva se puede tomar la situación sobre Canarias del 31 enero- 3 febrero de 2010.

Onda frontal

En esta variante se tiene una vaguada en altura y una baja en superficie incipiente con un sistema frontal cuasiestacionario que va a sufrir el proceso que se está comentado, como se ve en la figura siguiente, figura 15.

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Figura 15. Ilustración esquemática de la evolución a escala sinóptica de un evento de transición subtropical con una baja en superficie y vaguada en altura. Ver texto para más detalles. Los frentes son dibujados de foma convencional. Fuente: Jonathan Martin.

Fases de desarrollo:

a) T=0: Desarrollo inicial del ciclón extratropical precursor en la zona subtropical. Vaguada troposférica de niveles altos (representada por campo de vorticidad PV= 2 PVU en el 250 hPa (línea continua en negrilla) con una región de la advección ciclónica de vorticidad (CVA) por el viento térmico (sombreado gris claro). El desarrollo de la baja en superficie ocurre a lo largo de un frente estacionario en la zona subtropical, al sur de la isoterma de la temperatura del agua del mar de 26ºC (SST) (línea discontinua). (Nota. Los campos e ideas de la Vorticidad Potencial, VP, permiten explicar muchos fenómenos a nivel sinóptico y mesoescalar de forma simple y elegante, desde el punto de vista conceptual, como es este caso)

b) T=12h: El ciclón en superficie continúa desarrollándose. Proceso de frontogénesis troposférico intenso en capas bajas (sombreado gris más oscuro). El frente se reactiva y se genera un sistema frío-cálido. El frente cálido se “dobla y retuerce” hacia atrás en una incipiente oclusión, la convección comienza a desarrollarse al oeste del mínimo de presión en superficie SLP (es decir convección de cizalladura corriente arriba, zona festoneada en blanco). El calentamiento diabático erosiona el nivel de la tropopausa en esa zona.

c) T+24h: La convección de cizalladura corriente arriba continua y contribuye a la formación de la estructura de VP en forma de cola aguda invertida de "clave de Sol" característica de los ciclones ocluidos. El mínimo de presión en superficie está situado en la base de una columna con poco gradiente horizontal de PV (es decir de poca cizalladura vertical). La interacción atmosfera-mar se convierte en el mecanismo de desarrollo principal sobre la obstrucción sobre aguas cálidas. Los símbolos frontales discontinuos indican el debilitamiento de las estructuras frontales en este momento.

d) T+36h: La VP a nivel de la tropopausa queda aislada en la zona subtropical con el ciclón tropical recién formado debajo de su centro (contribuido por Jonathan Martin). Una visión más clásica se puede ver en la siguiente figura.

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Figura 16. Diagrama esquemático del ciclo de vida sinóptico en la evolución de un ciclón híbrido para: (a) la ciclogénesis baroclína inicial y (b) la evolución a un ciclón híbrido. Las líneas negras sólidas son las isobaras en superficie, L marca la posición del centro de las bajas presiones baja central, y X el máximo de vorticidad en altura. Las flechas sólidas son las líneas de corrientes en niveles altos, por ejemplo, el flujo en 300 hPa. Los frentes en superficie se marcan de la manera convencional, y la zona sombreada indica el escudo de cirros continuo asociados al ascenso. La línea discontinua es el eje de la vaguada en niveles altos. Fuente Guishard et alt. (2006)

Circulación no frontal

En este tipo de situaciones no hay frentes ni discontinuidades de masas de aire, como en el anterior caso. La masa nubosa tiene una forma amorfa y se suele desarrollar en la parte sur o sureste de una dorsal o anticiclón en altura cuyo eje se inclina de suroeste a noreste y se pliega sobre si mismo, desarrollando una vaguada secundaria en el extremo sureste. Los ciclones híbridos asociados se encuentran al este de dicha vaguada secundaria que suele llevar asociada filamentos de Vorticidad Potencial, VP, en altura soportando el desarrollo de la baja en superficie sobre mares más cálidos.
Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte Iii: Clasificación Sinóptica
Figura 17. Posición relativa de algunos ciclones híbridos generados por circulación no frontal, 12 h antes, bajo el dominio de un anticiclón-dorsal de niveles altos (300 hPa). La mayoría se forman en el segundo cuadrante donde aparecen máximos relativos de vorticidad relativa ligados a vaguada de altura muy débil, según escala de colores, ligados a filamentos de VP (vorticidad potencial, no mostrados aquí). Para su formación se requiere SST más altas que los dos primeros. Fuente: T. J. Galarneau Jr.

Las siguientes dos figuras representan en estudio sobre los ciclones subtropicales en las cercanías de Bermudas, “Bermuda Subtropical Storms”, llevado a cabo por Mark P. Guishard y otros autores (ver Referencia al final de todo el documento) sobre 50 años de datos de modelos y observaciones locales. En ellas se recogen dos conceptos básicos de los ciclones citados donde se pone de manifiesto los mapas compuestos y medios de geopotencial en niveles altos y bajos, anomalías, campos de vorticidad potencial en la vertical de dichos ciclones. En términos generales, se aprecia que las estructuras sinópticas de niveles altos y bajos tienden a ubicarse en la vertical una de la otra, con una disminución de la cizalladura vertical y la generación de un centro de vorticidad (potencial) en capas bajas, debajo y verticalmente del correspondiente de niveles altos. El último, de origen baroclino y de núcleo frío, sobrevuela el de capas bajas que es el germen de ciclón subtropical o híbrido, según el caso, y generado por procesos mixtos donde la convección tienen cada vez mayor protagonismo (esto no se ve en las figuras mostradas).

Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte Iii: Clasificación Sinóptica
Figura 18. Mapas compuestos de los análisis de altura de geopotencial en 300hPa (línea continua) y presiones a nivel del mar (sombreado) para 18 ciclones subtropicales: a) 24 horas antes del inicio de los vientos con fuerza de vendaval; b) la primera ocurrencia de dicho vientos y c) 24 horas después del inicio de dichos vientos. Las anomalías de la altura de geopotencial en 300hPa y las anomalías de la presión del nivel del mar por los mismos tiempos se trazan en los paneles d), e) y f) respectivamente. Nótese como los centros de bajas en altura y superficie, así como sus anomalías tratan de situarse en la vertical uno de otro y de esta forma reducir la cizalladura vertical del viento sobre el seno de la baja en superficie. Fuente: Mark P. Guishard, Elizabeth A. Nelson, Jenni L. Evans, Robert E. Hart, & Declan G. O'Connell (met.psu.edu/~guishard/Liz/Paper3-31jul06-MPG.doc)
Unas Notas Sobre Ciclones Subtropicales E Híbridos. Parte Iii: Clasificación Sinóptica
Figura 19. Mapas compuestos de secciones verticales de la temperatura potencial (línea) y de la vorticidad potencial, sombreada, a) 24 horas antes del inicio de los vientos de fuerza de vendaval, b) en el inicio de los vientos , y c) de 24 horas después del inicio de dichos viento. La composición de ha realizado con 18 tormentas tropicales. La tropopausa dinámica se representa por el contornos de 2 PVU (sombreado más oscuro). Fuente: Mark P. Guishard, Elizabeth A. Nelson, Jenni L. Evans, Robert E. Hart, & Declan G. O'Connell (met.psu.edu/~guishard/Liz/Paper3-31jul06-MPG.doc).

Continuará en Parte IV: Climatología.
https://www.tiempo.com/ram/15483/unas-notas-sobre-ciclones-subtropicales-e-hibridos-parte-iv-climatologia/

Esta entrada se publicó en Reportajes y está etiquetada con climatología, VP, Ciclón subtropical, Modelo Conceptual, Ciclón híbrido, en 06 May 2011 por Francisco Martín León
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