28 de Febrero de 2018
Dinámica de Fluidos

El ojo del huracán

No se entiende bien la dinámica de esta zona de calma en medio de los ciclones tropicales. Un trío de matemáticos y físicos ha encontrado las condiciones que llevan a su formación.

El ojo del huracán Isabel, fotografiado desde la Estación Espacial Internacional en 2003. [Mike Trenchard, Laboratorio de Ciencias de la Tierra y de Análisis de Imágenes, Centro Espacial Johnson].

Los fenómenos más espectaculares y potentes de la atmósfera terrestre, los ciclones tropicales, lo devastan todo a su paso cuando atraviesan zonas habitadas. Sus dimensiones son colosales (hasta 2000 kilómetros de diámetro) y los vientos alcanzan en ellos velocidades enormes (el récord está en 340 kilómetros por hora). Sin embargo, en el centro de estas tempestades se encuentra una zona de calma donde los vientos son muy débiles: el famoso ojo del huracán.

Las imágenes tomadas por satélite muestran con toda claridad esa región totalmente desprovista de nubes. La formación del ojo, no obstante, se entiende mal: actúan a la vez numerosos efectos y no se conocen bien las condiciones precisas. Emmanuel Dormy, de la Escuela Normal Superior de París, y dos colaboradores suyos han sacado a luz los criterios mediante la simulación por ordenador de los ciclones.

De manera general, los ciclones se forman alrededor de una zona de bajas presiones que se convertirá en el ojo del huracán (en realidad, no todos los ciclones, sobre todo los más pequeños, tienen uno). Hacia ella se desplazan las masas de aire desde las regiones vecinas, donde la presión es más alta. Bajo el efecto de la fuerza de Coriolis, debida a la rotación de la Tierra, los vientos se desvían y giran alrededor de la zona de baja presión (en el sentido inverso a las agujas del reloj en el hemisferio norte y al revés en el sur). Los ciclones tropicales tienen la particularidad de formarse sobre aguas calientes a bajas latitudes. La evaporación del agua y su condensación a una altitud no muy grande proporcionan la energía que da su potencia a los ciclones tropicales.

En el seno del ciclón, la parte donde los vientos son más potentes es el borde del ojo (el «muro»). En esa región cónica los vientos tienen un movimiento ascendente en espiral. En el ojo, el viento, más débil, sigue un movimiento descendente.

Dormy y sus colaboradores han creado un modelo simplificado de la atmósfera para simular un ciclón y estudiar los diferentes parámetros que intervienen en la dinámica del ojo del huracán. El modelo consiste en un volumen cilíndrico de aire que rota y donde la capa más baja (al nivel del mar) esta lo bastante caliente como para causar movimientos de convención. En un estudio precedente, estos investigadores habían mostrado que el ojo era la consecuencia de la formación del muro del ojo. Es, pues, la formación del muro lo que han estudiado con detalle.

Han observado en particular los efectos de tres magnitudes que caracterizan la dinámica de un fluido: el número de Reynolds, el de Rossby y el de Ekman. El primero caracteriza el tipo de fluido (si es laminar o turbulento) y la razón entre las fuerzas de inercia y las viscosas del fluido. El segundo es la razón entre las fuerzas de inercia y de Coriolis, ligada a la rotación del sistema. El de Ekman es la razón entre los dos números precedentes.

Al realizar numerosas simulaciones con diferentes elecciones de los parámetros, Emmanuel Dormy y sus colaboradores han demostrado que un número de Reynolds demasiado bajo (unos vientos demasiado débiles) impide la formación del muro. También han mostrado que el número de Rossby tienen una cota superior. La fuerza de Coriolis tiene que ser considerable (superior a las de inercia y de la viscosidad) para estructurar el muro. Así, el ojo solo se puede formar si los vientos son lo bastante fuertes. El número de Rossby no puede ser demasiado pequeño tampoco; entonces la capa de fluido más baja no se puede elevar para formar el cono del muro.

Los investigadores señalan que su simulación, aunque simplificada, produce muros con una inclinación típica de 45 grados, tal y como se observa en los ciclones de verdad. Esto da a entender que se han captado bien los ingredientes esenciales de la dinámica de los ciclones. Además, precisan que su modelo no se aplica a los tornados, cuya estructura se desarrolla sobre todo verticalmente aunque presenten también un ojo.

Dormy explica que «los modelos simplificados son importantes porque permiten identificar los mecanismos fundamentales. En efecto, los modelos numéricos avanzados son esenciales para la previsión, pero son tan complejos que a menudo es difícil comprender los mecanismos que actúan e interpretar lo que se observa». Gracias a sus nuevos trabajos, los investigadores han entendido mejor la dinámica de los ciclones. Podría ayudar quizá a evaluar mejor el impacto del calentamiento global y de la subida de la temperatura de los océanos en la frecuencia y potencia de estas catástrofes naturales.

Sean Bailly / Pour la Science

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Pour la Science.

Referencia:  «On the Formation of Eyes in Large-scale Cyclonic Vortices», de L. Oruba et al. en arXiv: 0802.01205 [Phys.Flu-Dyn].

Revistas relacionadas

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.