Marejada ciclónica
Rise of water associated with a low-pressure weather system
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Una marejada ciclónica , inundación ciclónica , marejada o marea de tormenta es un fenómeno de inundación costera o similar a un tsunami, que se produce por el aumento del nivel del agua, comúnmente asociado con sistemas meteorológicos de baja presión , como los ciclones . Se mide como el aumento del nivel del agua por encima del nivel normal de la marea y no incluye las olas. [1]

El principal factor meteorológico que contribuye a una marejada ciclónica es el viento de alta velocidad que empuja el agua hacia la costa a lo largo de una gran extensión . [2] Otros factores que afectan la gravedad de la marejada ciclónica incluyen la poca profundidad y la orientación del cuerpo de agua en la trayectoria de la tormenta, el momento de las mareas y la caída de la presión atmosférica debido a la tormenta.

A medida que el clima extremo se vuelve más intenso y el nivel del mar aumenta debido al cambio climático , se espera que las mareas de tormenta provoquen más riesgos para las poblaciones costeras. [3] Las comunidades y los gobiernos pueden adaptarse construyendo infraestructura dura, como barreras contra las mareas , infraestructura blanda, como dunas costeras o manglares , mejorando las prácticas de construcción costera y desarrollando estrategias sociales como alerta temprana, educación y planes de evacuación. [3]

Mecánica

Al menos cinco procesos pueden intervenir en la alteración de los niveles de marea durante las tormentas. [4]

Efecto directo del viento

Las tensiones del viento causan un fenómeno conocido como configuración del viento , que es la tendencia de los niveles de agua a aumentar en la costa a sotavento y a disminuir en la costa a barlovento. Intuitivamente, esto es causado por la tormenta que sopla el agua hacia un lado de la cuenca en la dirección de sus vientos. Los fuertes vientos superficiales causan corrientes superficiales en un ángulo de 45° con respecto a la dirección del viento, por un efecto conocido como la espiral de Ekman . Debido a que los efectos de la espiral de Ekman se propagan verticalmente a través del agua, el efecto es proporcional a la profundidad. La oleada será impulsada hacia las bahías de la misma manera que la marea astronómica. [4]

Efecto de la presión atmosférica

Los efectos de presión de un ciclón tropical harán que el nivel del agua en el océano abierto suba en regiones de baja presión atmosférica y baje en regiones de alta presión atmosférica. El aumento del nivel del agua contrarrestará la baja presión atmosférica de modo que la presión total en algún plano debajo de la superficie del agua permanecerá constante. Este efecto se estima en un aumento de 10 mm (0,39 pulgadas) en el nivel del mar por cada milibar (hPa) de caída en la presión atmosférica. [4] Por ejemplo, se esperaría que una gran tormenta con una caída de presión de 100 milibares tuviera un aumento del nivel del agua de 1,0 m (3,3 pies) debido al efecto de la presión.

Efecto de la rotación de la Tierra

La rotación de la Tierra provoca el efecto Coriolis , que desvía las corrientes hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Cuando esta desviación hace que las corrientes entren en contacto más perpendicular con la costa, puede amplificar la oleada, y cuando desvía la corriente de la costa, tiene el efecto de disminuir la oleada. [4]

Efecto de las olas

El efecto de las olas, aunque es impulsado directamente por el viento, es distinto al de las corrientes impulsadas por el viento en una tormenta. El viento potente levanta olas grandes y fuertes en la dirección de su movimiento. [4] Aunque estas olas superficiales son responsables de muy poco transporte de agua en aguas abiertas, pueden ser responsables de un transporte significativo cerca de la costa. Cuando las olas rompen en una línea más o menos paralela a la playa, llevan una cantidad considerable de agua hacia la costa. A medida que rompen, el agua que se mueve hacia la costa tiene un impulso considerable y puede subir por una playa en pendiente hasta una elevación por encima de la línea de agua media, que puede superar el doble de la altura de la ola antes de romper. [5]

Efecto de la lluvia

El efecto de la lluvia se siente predominantemente en los estuarios . Los huracanes pueden arrojar hasta 300 mm de lluvia en 24 horas sobre grandes áreas y mayores densidades de lluvia en áreas localizadas. Como resultado, la escorrentía superficial puede inundar rápidamente arroyos y ríos. Esto puede aumentar el nivel del agua cerca de la cabecera de los estuarios mareales a medida que las aguas impulsadas por tormentas que surgen del océano se encuentran con la lluvia que fluye río abajo hacia el estuario. [4]

Profundidad y topografía del mar

Además de los procesos anteriores, la marejada ciclónica y la altura de las olas en la costa también se ven afectadas por el flujo de agua sobre la topografía subyacente, es decir, la forma y la profundidad del fondo oceánico y la zona costera. Una plataforma estrecha , con agua profunda relativamente cerca de la costa, tiende a producir una marejada menor pero olas más altas y más poderosas. Una plataforma ancha, con agua menos profunda, tiende a producir una marejada ciclónica mayor con olas relativamente más pequeñas. [6]

Por ejemplo, en Palm Beach , en la costa sureste de Florida , la profundidad del agua alcanza los 91 metros (299 pies) a 3 km (1,9 mi) de la costa, y 180 m (590 pies) a 7 km (4,3 mi) de la costa. Esto es relativamente empinado y profundo; la marejada ciclónica no es tan grande, pero las olas son más grandes en comparación con la costa oeste de Florida. [7] Por el contrario, en el lado del Golfo de Florida, el borde de la meseta floridana puede estar a más de 160 kilómetros (99 mi) de la costa. La bahía de Florida , que se encuentra entre los Cayos de Florida y el continente, es muy poco profunda con profundidades entre 0,3 m (0,98 pies) y 2 m (6,6 pies). [8] Estas áreas poco profundas están sujetas a marejadas ciclónicas más altas con olas más pequeñas. Otras áreas poco profundas incluyen gran parte de la costa del Golfo de México y la Bahía de Bengala .

La diferencia se debe a la superficie de flujo en la que la marejada ciclónica puede disiparse. En aguas más profundas, hay más superficie y una marejada puede dispersarse hacia abajo y lejos del huracán. En una plataforma poco profunda y de suave pendiente, la marejada tiene menos espacio para dispersarse y es empujada hacia la costa por las fuerzas del viento del huracán. [6]

La topografía de la superficie terrestre es otro elemento importante en la extensión de las mareas de tormenta. Las áreas donde el terreno se encuentra a menos de unos pocos metros sobre el nivel del mar corren un riesgo particular de inundaciones por mareas de tormenta. [4]

Tamaño de la tormenta

El tamaño de la tormenta también afecta la altura de la marejada, ya que el área de la tormenta no es proporcional a su perímetro. Si una tormenta duplica su diámetro, su perímetro también se duplica, pero su área se cuadruplica. Como proporcionalmente hay menos perímetro para que la marejada se disipe, la altura de la marejada termina siendo mayor. [9]

Daños causados ​​por la marejada ciclónica del huracán Ike en Gilchrist, Texas, en 2008.

Tormentas extratropicales

De manera similar a los ciclones tropicales, los ciclones extratropicales provocan un aumento del nivel del agua en alta mar. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las mareas de tormenta causadas por ciclones tropicales, los ciclones extratropicales pueden provocar niveles de agua más altos en una zona extensa durante períodos más prolongados, según el sistema. [10]

En América del Norte, pueden producirse mareas de tempestad extratropicales en las costas del Pacífico y de Alaska, y al norte de los 31°N en la costa atlántica. Las costas con hielo marino pueden sufrir un "tsunami de hielo" que cause daños importantes en el interior. [11] Es posible que se produzcan mareas de tempestad extratropicales más al sur de la costa del Golfo , sobre todo durante el invierno, cuando los ciclones extratropicales afectan la costa, como en el caso de la Tormenta del Siglo de 1993. [ 12]

Del 9 al 13 de noviembre de 2009, se produjo un importante evento de marejada ciclónica extratropical en la costa este de los Estados Unidos cuando los restos del huracán Ida se convirtieron en un nordeste frente a la costa sureste de los Estados Unidos. Durante el evento, los vientos del este estuvieron presentes a lo largo de la periferia norte del centro de baja presión durante varios días, lo que obligó a que el agua entrara en lugares como la bahía de Chesapeake . Los niveles de agua aumentaron significativamente y se mantuvieron tan altos como 8 pies (2,4 m) por encima de lo normal en numerosos lugares de Chesapeake durante varios días, ya que el agua se acumulaba continuamente dentro del estuario debido a los vientos terrestres y las lluvias de agua dulce que fluían hacia la bahía. En muchos lugares, los niveles de agua estuvieron a solo 0,1 pies (3 cm) de los récords. [13]

Medición de sobretensiones

La marejada puede medirse directamente en las estaciones de mareas costeras como la diferencia entre la marea pronosticada y la subida de agua observada. [14] Otro método para medir la marejada es mediante el despliegue de transductores de presión a lo largo de la costa justo antes de que se aproxime un ciclón tropical. Esto se probó por primera vez para el huracán Rita en 2005. [15] Este tipo de sensores se pueden colocar en lugares que estarán sumergidos y pueden medir con precisión la altura del agua sobre ellos. [16]

Una vez que la marejada de un ciclón ha retrocedido, los equipos de topógrafos trazan en tierra las marcas de las aguas altas (HWM, por sus siglas en inglés), en un proceso riguroso y detallado que incluye fotografías y descripciones escritas de las marcas. Las HWM indican la ubicación y la elevación de las aguas de inundación de un evento de tormenta. Cuando se analizan las HWM, si los diversos componentes de la altura del agua se pueden desglosar de modo que se pueda identificar la parte atribuible a la marejada, entonces esa marca se puede clasificar como marejada ciclónica. De lo contrario, se clasifica como marea de tormenta. Las HWM en tierra se referencian a un datum vertical (un sistema de coordenadas de referencia). Durante la evaluación, las HWM se dividen en cuatro categorías según la confianza en la marca; en los EE. UU., el Centro Nacional de Huracanes solo utiliza las HWM evaluadas como "excelentes" en el análisis de la marejada posterior a la tormenta. [17]

Se utilizan dos medidas diferentes para las mediciones de mareas de tormenta y marejadas de tormenta. La marea de tormenta se mide utilizando un datum vertical geodésico ( NGVD 29 o NAVD 88 ). Dado que la marejada de tormenta se define como el aumento del agua más allá de lo que se esperaría por el movimiento normal causado por las mareas, la marejada de tormenta se mide utilizando predicciones de mareas, con la suposición de que la predicción de marea es bien conocida y solo varía lentamente en la región sujeta a la marejada. Dado que las mareas son un fenómeno localizado, la marejada de tormenta solo se puede medir en relación con una estación de mareas cercana. La información de referencia de mareas en una estación proporciona una traducción del datum vertical geodésico al nivel medio del mar (MSL) en esa ubicación, luego restando la predicción de marea se obtiene una altura de marejada por encima de la altura normal del agua. [14] [17]

PEGAR

Ejemplo de ejecución de SLOSH

El Centro Nacional de Huracanes de los Estados Unidos pronostica marejadas ciclónicas utilizando el modelo SLOSH, que es una abreviatura de Sea, Lake and Overland Surges from Hurricanes. El modelo tiene una precisión de hasta el 20 por ciento. [18] Los datos de entrada de SLOSH incluyen la presión central de un ciclón tropical, el tamaño de la tormenta, el movimiento hacia adelante del ciclón, su trayectoria y los vientos máximos sostenidos. La topografía local, la orientación de la bahía y el río, la profundidad del fondo del mar, las mareas astronómicas, así como otras características físicas, se tienen en cuenta en una cuadrícula predefinida denominada cuenca SLOSH. Las cuencas SLOSH superpuestas se definen para la costa sur y este de los Estados Unidos continentales [19]. Algunas simulaciones de tormentas utilizan más de una cuenca SLOSH; por ejemplo, las ejecuciones del modelo SLOSH del huracán Katrina utilizaron tanto la cuenca del lago Pontchartrain / Nueva Orleans como la cuenca del estrecho de Mississippi , para la llegada a tierra en el norte del Golfo de México. El resultado final de la ejecución del modelo mostrará la envoltura máxima de agua, o MEOW, que se produjo en cada ubicación.

Para tener en cuenta las incertidumbres de las trayectorias o los pronósticos, normalmente se generan varias ejecuciones de modelos con distintos parámetros de entrada para crear un mapa de MOM o Máximo de Máximos. [20] Para los estudios de evacuación de huracanes, se modela una familia de tormentas con trayectorias representativas para la región y con intensidad, diámetro del ojo y velocidad variables para producir alturas de agua en el peor de los casos para cualquier ocurrencia de ciclón tropical. Los resultados de estos estudios se generan normalmente a partir de varios miles de ejecuciones de SLOSH. Estos estudios han sido completados por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos , bajo contrato con la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias , para varios estados y están disponibles en su sitio web de Estudios de Evacuación de Huracanes (HES). [21] Incluyen mapas de los condados costeros, sombreados para identificar la categoría mínima de huracán que provocará inundaciones, en cada área del condado. [22]

Impactos

Las marejadas ciclónicas son responsables de importantes daños materiales y pérdidas de vidas humanas como consecuencia de los ciclones. Las marejadas ciclónicas destruyen infraestructuras construidas, como carreteras, y socavan los cimientos y las estructuras de los edificios.

Las inundaciones inesperadas en los estuarios y las zonas costeras pueden sorprender a las poblaciones y causar pérdidas de vidas. La marejada ciclónica más mortal registrada fue el ciclón Bhola de 1970 .

Además, las marejadas ciclónicas pueden causar o transformar tierras utilizadas por el hombre a través de otros procesos, dañando la fertilidad del suelo , aumentando la intrusión de agua salada , dañando el hábitat de la vida silvestre y propagando sustancias químicas u otros contaminantes almacenados por el hombre.

Mitigación

Aunque los estudios meteorológicos alertan sobre huracanes o tormentas severas, en las áreas donde el riesgo de inundaciones costeras es particularmente alto, existen alertas específicas de mareas de tormenta. Estas se han implementado, por ejemplo, en los Países Bajos , [23] España , [24] [25] los Estados Unidos, [26] [27] y el Reino Unido . [28] De manera similar, educar a las comunidades costeras y desarrollar planes de evacuación locales pueden reducir el impacto relativo en las personas. [ cita requerida ]

Un método profiláctico introducido después de la inundación del Mar del Norte de 1953 es la construcción de presas y barreras contra mareas de tormenta ( barreras contra inundaciones ). [ cita requerida ] Son abiertas y permiten el paso libre, pero se cierran cuando el terreno está bajo amenaza de una marea de tormenta. Las principales barreras contra mareas de tormenta son el Oosterscheldekering y el Maeslantkering en los Países Bajos, que forman parte del proyecto Delta Works ; la Barrera del Támesis que protege a Londres ; y la Presa de San Petersburgo en Rusia .

Otro desarrollo moderno (en uso en los Países Bajos) es la creación de comunidades de viviendas en los bordes de humedales con estructuras flotantes, restringidas en su posición por pilones verticales. [29] Dichos humedales pueden entonces usarse para acomodar escorrentías y oleajes sin causar daños a las estructuras, al mismo tiempo que protegen las estructuras convencionales en elevaciones bajas algo más altas, siempre que los diques eviten la intrusión de oleajes importantes.

Otros métodos de adaptación suave pueden incluir cambiar las estructuras para que estén elevadas y evitar inundaciones directas, o aumentar las protecciones naturales como los manglares o las dunas . [ cita requerida ]

En las zonas continentales, las marejadas ciclónicas son una amenaza mayor cuando la tormenta golpea la tierra desde el mar, en lugar de acercarse desde la tierra. [30]

Marejada ciclónica inversa

El agua también puede ser succionada de la costa antes de una marejada ciclónica. Este fue el caso en la costa occidental de Florida en 2017, justo antes de que el huracán Irma tocara tierra, dejando al descubierto tierras que normalmente estaban bajo el agua. [ 31] Este fenómeno se conoce como marejada ciclónica inversa [32] o marejada ciclónica negativa [33] .

Marejadas ciclónicas históricas

Elementos de una marea de tormenta en marea alta
Destrucción total de la península Bolívar (Texas) por la marejada ciclónica del huracán Ike en septiembre de 2008

La marejada ciclónica más mortal registrada fue el ciclón Bhola de 1970 , que mató a hasta 500.000 personas en el área de la Bahía de Bengala . La costa baja de la Bahía de Bengala es particularmente vulnerable a las marejadas causadas por ciclones tropicales. [34] La marejada ciclónica más mortal del siglo XXI fue causada por el ciclón Nargis , que mató a más de 138.000 personas en Myanmar en mayo de 2008. La siguiente más mortal en este siglo fue causada por el tifón Haiyan (Yolanda), que mató a más de 6.000 personas en el centro de Filipinas en 2013. [35] [36] [37] y resultó en pérdidas económicas estimadas en $ 14 mil millones (USD). [38]

El huracán Galveston de 1900 , un huracán de categoría 4 que azotó Galveston, Texas , provocó un oleaje devastador en la costa; entre 6.000 y 12.000 personas murieron, convirtiéndolo en el desastre natural más mortal que haya azotado jamás a los Estados Unidos. [39]

La marea de tormenta más alta registrada en los relatos históricos fue producida por el ciclón Mahina de 1899 , estimado en casi 44 pies (13,41 m) en la bahía de Bathurst , Australia , pero una investigación publicada en 2000 concluyó que la mayor parte de esto probablemente fue la acumulación de olas debido a la escarpada topografía costera. [40] Sin embargo, gran parte de esta marejada ciclónica probablemente se debió a la intensidad extrema de Mahina, ya que el modelado por computadora requirió una intensidad de 880 milibares (26 inHg) (la misma intensidad que la presión más baja registrada de la tormenta) para producir la marejada ciclónica registrada. [41] En los Estados Unidos, una de las mayores marejadas ciclónicas registradas fue generada por el huracán Katrina el 29 de agosto de 2005, que produjo una marejada ciclónica máxima de más de 28 pies (8,53 m) en el sur de Misisipi , con una altura de marejada ciclónica de 27,8 pies (8,47 m) en Pass Christian . [42] [43] Otra marejada ciclónica récord ocurrió en esta misma área a causa del huracán Camille en 1969, con una marea de tormenta de 24,6 pies (7,50 m), también en Pass Christian. [44] Una marejada ciclónica de 14 pies (4,27 m) ocurrió en la ciudad de Nueva York durante el huracán Sandy en octubre de 2012. [45]

Véase también

Notas

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Referencias

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