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Ojo del huracán Isabel de categoría 4 visto desde la Estación Espacial Internacional el 15 de septiembre de 2003
El ojo es una región de clima mayormente tranquilo que se encuentra en el centro de los ciclones tropicales fuertes. El ojo de una tormenta suele ser circular y suele tener un diámetro de 25-40 millas (40-65 km). Está rodeado por la pared ocular, donde se produce el tiempo más severo de un ciclón. La presión barométrica más baja del ciclón se produce en el ojo, y puede ser hasta un 15% más baja que la presión atmosférica fuera de la tormenta.
Definiciones básicas
Una vista desde el interior del ojo del huracán Betsy. En esta fotografía, tomada por los cazadores de huracanes en un avión en medio del ojo, se ven nubes bajas cubriendo el océano en primer plano, con la pared del ojo asomando a kilómetros de altura en el fondo.
El ojo es posiblemente la característica más reconocible de los ciclones tropicales. Rodeado por una pared vertical de tormentas (la pared ocular), el ojo es un área aproximadamente circular en el centro de circulación del ciclón. En los ciclones tropicales fuertes, el ojo se caracteriza por los vientos ligeros y los cielos despejados, rodeados por todos los lados por una pared ocular simétrica y elevada. En los ciclones tropicales más débiles, el ojo está menos definido y puede estar cubierto por una densa nubosidad central, que es una zona de nubes altas y gruesas que se ve muy bien en las imágenes de satélite. Las tormentas más débiles o desorganizadas también pueden presentar una pared ocular que no rodea completamente el ojo, o tener un ojo con fuertes lluvias. En todas las tormentas, sin embargo, el ojo es la ubicación de la presión barométrica mínima de la tormenta: el área donde la presión atmosférica a nivel del mar es la más baja.
Estructura
Un ciclón tropical típico tendrá un ojo de aproximadamente 40 km de diámetro, normalmente situado en el centro geométrico de la tormenta. El ojo puede estar despejado o tener nubes bajas dispersas (ojo despejado), puede estar lleno de nubes de nivel bajo y medio (ojo lleno), o puede estar oscurecido por el denso cielo central. Sin embargo, hay muy poco viento y lluvia, especialmente cerca del centro. Esto contrasta con las condiciones de la pared ocular, que contiene los vientos más fuertes de la tormenta.
Aunque normalmente son bastante simétricos, los ojos pueden ser oblongos e irregulares, especialmente en las tormentas que se debilitan. Un ojo grande y rasgado es un ojo no circular que parece fragmentado, y es un indicador de un ciclón tropical débil o que se está debilitando. Un ojo abierto es un ojo que puede ser circular, pero la pared ocular no rodea completamente el ojo, lo que también indica un ciclón debilitado y sin humedad.
Mientras que las tormentas maduras típicas tienen ojos de unas decenas de kilómetros de diámetro, las tormentas que se intensifican rápidamente pueden desarrollar un ojo extremadamente pequeño, claro y circular, conocido como ojo de agujero de alfiler. Las tormentas con ojos estenopeicos son propensas a grandes fluctuaciones de intensidad, y proporcionan dificultades y frustraciones a los pronosticadores.
Los ojos pequeños (de menos de 10 millas náuticas de diámetro) suelen desencadenar ciclos de sustitución de la pared ocular, en los que se empieza a formar una nueva pared ocular fuera de la original. Esto puede tener lugar en cualquier lugar de diez a unos cientos de millas (quince a cientos de kilómetros) fuera del ojo interior. Esto hace que la tormenta tenga dos paredes oculares concéntricas, o un «ojo dentro del ojo». En la mayoría de los casos, la pared ocular exterior se contrae poco después de su formación, ahogando el ojo interior y creando un ojo mucho más grande, pero estable. Aunque este proceso tiende a debilitar las tormentas cuando se produce, la nueva pared ocular puede contraerse con bastante rapidez después de que la antigua se disipe, lo que hace que la tormenta vuelva a fortalecerse y el proceso se repita. La nueva pared ocular contraída puede desencadenar otro ciclo de sustitución de la pared ocular.
Los ojos pueden tener un tamaño que va desde las 200 millas (320 km) (tifón Carmen) hasta apenas dos millas (3 km) (huracán Wilma). Aunque es muy poco común que las tormentas con ojos grandes lleguen a ser muy intensas, sí ocurre, especialmente en los huracanes anulares. El huracán Isabel fue el undécimo huracán más potente del Atlántico de todos los tiempos, y mantuvo un gran ojo de 40-50 millas (65-80 km) de ancho durante varios días.
Formación
Los ciclones tropicales suelen formarse a partir de grandes áreas desorganizadas de tiempo perturbado en las regiones tropicales. A medida que se forman y reúnen más tormentas, la tormenta desarrolla bandas de lluvia que empiezan a girar alrededor de un centro común. A medida que la tormenta gana fuerza, se forma un anillo de convección más fuerte a cierta distancia del centro de rotación de la tormenta en desarrollo. Como las tormentas más fuertes y las lluvias más intensas marcan las zonas de corrientes ascendentes más fuertes, la presión barométrica en la superficie empieza a bajar y el aire empieza a acumularse en los niveles superiores del ciclón. Esto da lugar a la formación de un anticiclón de niveles superiores, o una zona de alta presión atmosférica por encima del denso cielo central. En consecuencia, la mayor parte de este aire acumulado fluye hacia fuera de forma anticiclónica por encima del ciclón tropical.
Mediciones de ozono recogidas sobre el huracán Erin el 12 de septiembre de 2001. En la pared del ojo (anillo de azules y violetas), el aire se eleva rápidamente desde la superficie terrestre, donde casi no hay ozono. En el ojo (círculo de color verde y amarillo), el aire se está hundiendo desde la estratosfera rica en ozono, por lo que hay más ozono presente.
Sin embargo, una pequeña parte del aire acumulado, en lugar de fluir hacia el exterior, fluye hacia el interior, hacia el centro de la tormenta. Esto hace que la presión del aire aumente aún más, hasta el punto de que el peso del aire contrarresta la fuerza de las corrientes ascendentes en el centro de la tormenta. El aire comienza a descender en el centro de la tormenta, creando una zona mayoritariamente libre de lluvia; un ojo recién formado.
Hay muchos aspectos de este proceso que siguen siendo un misterio. Los científicos no saben por qué se forma un anillo de convección alrededor del centro de circulación en lugar de sobre él, o por qué el anticiclón de nivel superior sólo expulsa una parte del exceso de aire sobre la tormenta. Existen cientos de teorías sobre el proceso exacto por el que se forma el ojo: lo único que se sabe con certeza es que el ojo es necesario para que los ciclones tropicales alcancen altas velocidades de viento.
Detección
La formación de un ojo es casi siempre un indicador del aumento de la organización y la fuerza del ciclón tropical. Por ello, los meteorólogos observan atentamente las tormentas en desarrollo en busca de signos de formación de un ojo.
En el caso de las tormentas con un ojo despejado, la detección del ojo es tan sencilla como mirar las imágenes de un satélite meteorológico. Sin embargo, para las tormentas con un ojo relleno, o un ojo completamente cubierto por la densa nubosidad central, hay que utilizar otros métodos de detección. Las observaciones desde los barcos y los cazadores de huracanes pueden localizar un ojo visualmente, buscando una disminución de la velocidad del viento o la falta de precipitaciones en el centro de la tormenta. En Estados Unidos, una red de estaciones de radar Doppler NEXRAD puede detectar ojos cerca de la costa. Los satélites meteorológicos también llevan equipos para medir el vapor de agua atmosférico y la temperatura de las nubes, que pueden utilizarse para detectar un ojo en formación. Además, los científicos han descubierto recientemente que la cantidad de ozono en el ojo es mucho mayor que la cantidad en la pared ocular, debido a que el aire se hunde desde la estratosfera, rica en ozono.
Fenómenos asociados
Ciclos de reemplazo de la pared ocular
Los ciclos de reemplazo de la pared ocular, también llamados ciclos concéntricos de la pared ocular, se producen de forma natural en los ciclones tropicales intensos, generalmente con vientos superiores a 115 mph (185 km/h), o en los huracanes mayores (de categoría 3 o superior). Cuando los ciclones tropicales alcanzan este umbral de intensidad, y la pared ocular se contrae o es ya lo suficientemente pequeña (véase más arriba), algunas de las bandas de lluvia exteriores pueden fortalecerse y organizarse en un anillo de tormentas eléctricas -una pared ocular exterior- que se mueve lentamente hacia el interior y roba a la pared ocular interior la humedad y el momento angular que necesita. Dado que los vientos más fuertes se encuentran en la pared ocular de un ciclón, el ciclón tropical suele debilitarse durante esta fase, ya que la pared interior es «ahogada» por la pared exterior. Finalmente, la pared ocular exterior sustituye a la interior por completo, y la tormenta puede volver a intensificarse.
El descubrimiento de este proceso fue parcialmente responsable del fin del experimento de modificación de huracanes del gobierno de Estados Unidos, el Proyecto Stormfury. Este proyecto se propuso sembrar nubes fuera de la pared ocular, provocando la formación de una nueva pared ocular y debilitando la tormenta. Cuando se descubrió que se trataba de un proceso natural debido a la dinámica de los huracanes, el proyecto se abandonó rápidamente.
Casi todos los huracanes intensos sufren al menos uno de estos ciclos durante su existencia. El huracán Allen en 1980 pasó por repetidos ciclos de sustitución de la pared ocular, fluctuando entre la categoría 5 y la categoría 3 en la escala Saffir-Simpson varias veces. El huracán Juliette (2001) fue un raro caso documentado de triple pared ocular.
Fosos
Un foso en un ciclón tropical es un anillo claro fuera de la pared ocular, o entre paredes oculares concéntricas, caracterizado por aire que se hunde lentamente, poca o ninguna precipitación, y flujo dominado por la tensión . El foso entre las paredes oculares es sólo un ejemplo de zona de filamentación rápida, o un área de la tormenta donde la velocidad de rotación del aire cambia mucho en proporción a la distancia del centro de la tormenta. Estas regiones dominadas por la tensión pueden encontrarse potencialmente cerca de cualquier vórtice de suficiente fuerza, pero son más pronunciadas en los ciclones tropicales fuertes.
Mesovórtices de la pared del ojo
Los mesovórtices de la pared ocular son características rotativas a pequeña escala que se encuentran en las paredes oculares de los ciclones tropicales intensos. Son similares, en principio, a los pequeños «vórtices de succión» que suelen observarse en los tornados de vórtices múltiples. En estos vórtices, la velocidad del viento puede ser hasta un 10% mayor que en el resto de la pared ocular. Los mesovórtices de la pared ocular son más comunes durante los periodos de intensificación de los ciclones tropicales.
Los mesovórtices de la pared ocular suelen mostrar un comportamiento inusual en los ciclones tropicales. Suelen girar alrededor del centro de baja presión, pero a veces permanecen estacionarios. Incluso se ha documentado que los mesovórtices de pared ocular cruzan el ojo de la tormenta. Estos fenómenos se han documentado de forma observacional, experimental y teórica.
Los mesovórtices de pared ocular son un factor importante en la formación de tornados tras la llegada de un ciclón tropical a tierra. Los mesovórtices pueden generar una rotación en las tormentas individuales (un mesociclón), lo que conduce a la actividad tornádica. Al tocar tierra, se genera una fricción entre la circulación del ciclón tropical y la tierra. Esto puede permitir que los mesovórtices desciendan a la superficie, provocando grandes brotes de tornados.
Efecto estadio
El efecto estadio es un fenómeno que se observa ocasionalmente en los ciclones tropicales fuertes. Es un evento bastante común, en el que las nubes de la pared ocular se curvan hacia fuera de la superficie con la altura. Esto le da al ojo una apariencia que se asemeja a una cúpula abierta desde el aire, parecida a un estadio deportivo. Un ojo siempre es más grande en la parte superior de la tormenta y más pequeño en la parte inferior, porque el aire ascendente de la pared ocular sigue isolíneas de igual momento angular, que también se inclinan hacia fuera con la altura. Este fenómeno se refiere a las características de los ciclones tropicales con ojos muy pequeños, donde el fenómeno de la pendiente es mucho más pronunciado.
Peligros
Aunque el ojo es, con mucho, la parte más tranquila de la tormenta, sin viento en el centro y con cielos típicamente despejados, sobre el océano es posiblemente la zona más peligrosa. En la pared del ojo, las olas impulsadas por el viento viajan todas en la misma dirección. En el centro del ojo, sin embargo, las olas de todas las direcciones convergen, creando crestas erráticas que pueden acumularse unas sobre otras, creando olas rebeldes. Se desconoce la altura máxima de las olas de los huracanes, pero nuevas investigaciones indican que los huracanes típicos pueden tener alturas de ola cercanas a los 100 pies (33 m). Esto se suma a cualquier marea de tormenta que pueda producirse, ya que las mareas de tormenta a menudo se extienden hasta el ojo.
Un error común, especialmente en áreas donde los huracanes son poco comunes, es que los residentes salgan a inspeccionar los daños mientras el ojo pasa, pensando que la tormenta ha terminado. Entonces les pillan completamente por sorpresa los violentos vientos de la pared ocular opuesta. El Servicio Meteorológico Nacional desaconseja encarecidamente salir del refugio mientras el ojo pasa.
Otras tormentas
Aunque sólo los ciclones tropicales tienen estructuras que se llaman oficialmente «ojos», hay otras tormentas que pueden mostrar estructuras similares a los ojos:
Bajas polares
Las bajas polares son sistemas meteorológicos de mesoescala (normalmente de menos de 600 millas o 1000 km de diámetro) que se encuentran cerca de los polos. Al igual que los ciclones tropicales, se forman sobre aguas relativamente cálidas, pueden presentar una convección profunda (tormentas eléctricas) y presentan vientos de fuerza de temporal o superiores (> 31 mph, 50 km/h). Sin embargo, a diferencia de las tormentas de naturaleza tropical, se desarrollan a temperaturas mucho más frías y en latitudes mucho más altas. También son más pequeñas y duran menos (pocas duran más de un día, aproximadamente). A pesar de estas diferencias, su estructura puede ser muy similar a la de los ciclones tropicales, presentando un ojo claro rodeado de una pared ocular y bandas de lluvia/nieve.
Tormentas extratropicales
Las tormentas extratropicales son áreas de baja presión que existen en el límite de diferentes masas de aire. Casi todas las tormentas que se encuentran en latitudes medias son de naturaleza extratropical, incluyendo los clásicos nor’easters norteamericanos y las tormentas de viento europeas. Las más severas pueden tener un claro «ojo» en el lugar de menor presión barométrica, aunque suele estar rodeado de nubes más bajas y no convectivas y se encuentra cerca del extremo posterior de la tormenta.
Tormentas subtropicales
Las tormentas subtropicales son ciclones que tienen algunas características extratropicales y otras tropicales. Como tales, pueden tener un ojo, pero no son verdaderas tormentas tropicales. Las tormentas subtropicales pueden ser muy peligrosas, con vientos y mares fuertes, y a menudo evolucionan hasta convertirse en verdaderas tormentas tropicales. Por ello, el Centro Nacional de Huracanes comenzó a incluir las tormentas subtropicales en su esquema de nomenclatura en 2002.
Tornados
Los tornados son tormentas destructivas de pequeña escala, que producen los vientos más rápidos de la tierra. Hay dos tipos principales: los tornados de un solo vórtice, que consisten en una sola columna de aire que gira, y los tornados de múltiples vórtices, que consisten en pequeños vórtices de succión, que se asemejan a los propios mini-tornados, todos girando alrededor de un centro común. Se cree que ambos tipos de tornados tienen centros tranquilos, a los que algunos meteorólogos llaman «ojos». Estas teorías se apoyan en las observaciones del radar doppler y en los relatos de testigos presenciales.