Condiciones mesoescalares asociadas con la lluvia en la mañana durante el período lluvioso en las estaciones meteorológicas de La Habana

Condiciones sinópticas asociadas con la lluvia en la mañana durante el período lluvioso en las estaciones meteorológicas de La Habana

Los días de estudio en cada estación se agruparon en seis configuraciones sinópticas favorables a este evento hidro-meteorológico durante el período lluvioso. Cinco de estas configuraciones se detectaron para ambas estaciones meteorológicas; mientras que se encontraron dos que estuvieron asociadas con la lluvia de manera individual en cada estación meteorológica. Se obtuvo la siguiente distribución de situaciones sinópticas de fondo imperando sobre el área de estudio:

En la estación de Casablanca se detectaron 79 días con influencia anticiclónica en superficie a la hora de la ocurrencia de la lluvia, mientras que en la estación de Santiago de las Vegas se encontraron 77 días bajo esta configuración sinóptica. La cantidad de días que le corresponde a cada configuración se muestra en la Figura 6. Como segunda configuración más frecuente se cuenta con los organismos tropicales sobre el archipiélago cubano y mares adyacentes. Dentro de este grupo se incluyen tres situaciones sinópticas fundamentales: ciclones tropicales (al norte de Cuba, al sur de Cuba y sobre el golfo de México), sistema de bajas presiones (al norte de Cuba, al sur de Cuba y sobre el golfo de México y la península de Yucatán), y ondas tropicales cercanas al occidente de Cuba. La configuración: vaguadas sobre el golfo de México y las inmediaciones de Cuba, se agrupó teniendo en cuenta las vaguadas que se localizaban sobre el golfo de México y aquellas que influían directamente sobre el occidente cubano. Los sistemas frontales cercanos a la región occidental de Cuba se dividen en dos situaciones: frente casi-estacionario cercano a dicha región y frente frío transitando sobre el occidente de Cuba. Las configuraciones sinópticas menos frecuentes asociadas con la lluvia en la mañana en la región de estudio fueron: área inestable de bajas presiones, débil gradiente bárico e influencia de las circulaciones de centros de altas y bajas presiones. Estas situaciones se presentaron en menos de 10 días de estudio para cada estación meteorológica, estando por debajo del 4 % del total de días con lluvia mañanera en el período 2000-2017.

Teniendo en cuenta que la influencia anticiclónica en superficie constituye la situación sinóptica más frecuente asociada con la lluvia en la mañana en ambas estaciones meteorológicas, y que, bajo esta configuración, el fondo sinóptico no resulta favorable para los procesos de precipitación, en esta investigación se analizan los días en los que predominó esta situación sinóptica sobre el territorio habanero. En estos días se pueden analizar mejor las condiciones que a mesoescala influyen o están asociadas con la lluvia en la mañana. Con el resto de las configuraciones sinópticas encontradas, las condiciones son más propicias para la ocurrencia de precipitaciones y al especialista le resulta menos complejo pronosticar esta variable meteorológica.

Influencia anticiclónica en superficie

Para agrupar los días con influencia anticiclónica en superficie, se tuvo en cuenta la influencia directa de los centros de alto barómetro sobre la región de estudio, así como la influencia de la periferia del anticiclón subtropical del Atlántico Norte y de los anticiclones migratorios que transitan al norte de Cuba. Esta condición se presentó con una incidencia marcada en los meses de junio y octubre, según la muestra seleccionada y una vez analizados los días para ambas estaciones, se detectaron tres situaciones predominantes en la columna troposférica a la hora de la lluvia, estas son mostradas en la Figura 7.

Con una mayor cantidad de días de estudio, para cada estación meteorológica se presentó la influencia anticiclónica en superficie con vaguada en niveles medios y altos. En la estación de Casablanca esta situación estuvo presente 48 días, mientras que en la estación de Santiago de las Vegas ocurrió en 42 días. La influencia anticiclónica en superficie con bajas frías en la altura estuvo asociada con la lluvia en la mañana 16 días en Casablanca y 23 en el caso de Santiago de las Vegas. La presencia de estos sistemas en la altura, propician la inestabilidad en la columna troposférica, con un incremento en la humedad relativa, corrientes del sur y suroeste sobre el archipiélago cubano y otras condiciones favorables a la precipitación, por lo que el pronosticador las identifica como configuraciones que incentivan las precipitaciones en cualquier horario del día.

Por último, la influencia anticiclónica en superficie con alto geopotencial hasta niveles altos fue la configuración que menor cantidad de casos de estudio tuvo asociados en ambas estaciones. Pero es precisamente esta situación la de mayor importancia a la hora de desarrollar un análisis a mesoescala de los fenómenos favorecedores de la lluvia, pues el fondo sinóptico presente no respalda la ocurrencia de precipitaciones. Se obtuvieron 15 días con esta situación en Casablanca y 12 días en la estación de Santiago de las Vegas, para un total de 27 días que posteriormente se analizan utilizando imágenes de satélite y observaciones de radar.

Influencia anticiclónica en superficie con alto geopotencial hasta niveles altos

Se realiza un análisis de esta configuración con los mapas sinópticos medios de los días de estudio en las dos estaciones meteorológicas.

Subgrupo 1: Anticiclón que se encuentra sobre el este de los Estados Unidos con centros de alto geopotencial hasta niveles altos (Figura 8).

Este grupo se caracterizó por una marcada influencia anticiclónica en superficie, debido a la presencia de un centro de altas presiones (aproximadamente de 1020 hPa) sobre cabo Hatteras, al este de los Estados Unidos. El mismo tiene influencia sobre el centro y este de los Estados Unidos, el golfo de México y Cuba.

La estructura de este sistema en superficie impone sobre el archipiélago cubano el predominio de un flujo de región este. En los niveles medios y altos de la tropósfera se localizan centros de alto geopotencial sobre el sureste de Estados Unidos y el golfo de México, imponiendo vientos del primer cuadrante en niveles medios y bajos y del cuarto cuadrante en el nivel de 200 hPa sobre la región de estudio.

Subgrupo 2: Anticiclón que se encuentra retirado en el océano Atlántico con centros de alto geopotencial hasta niveles altos (Figura 9).

Este grupo se caracterizó por la influencia anticiclónica en superficie, debido a la presencia de un sistema de altas presiones alejado en aguas del Atlántico, con un centro de alto barómetro (aproximadamente de 1023 hPa) localizado en las inmediaciones de los 35°N y 50°W. La dorsal anticiclónica se extiende al oeste hasta el centro de los Estados Unidos y el golfo de México, con centros anticiclónicos secundarios sobre el Atlántico occidental y sobre los Estados Unidos.

La estructura de este sistema anticiclónico en superficie, impone sobre la región de estudio el predominio de un flujo de región este-sureste. En los niveles bajos y medios de la tropósfera se localizan centros de alto geopotencial cercanos a la región de estudio. En el nivel de 200 hPa, la celda de alto geopotencial aparece ubicada por debajo de los 25°N de latitud, imponiendo vientos del cuarto cuadrante sobre el territorio nacional en la altura.

Estudio de casos de influencia anticiclónica en todos los niveles troposféricos mediante el análisis de variables meteorológicas, imágenes de satélite y observaciones de radar

Los 15 días con lluvia en la mañana en la estación de Casablanca y los 12 días con este evento en la estación de Santiago de las Vegas, asociados con la influencia anticiclónica en superficie y alto geopotencial hasta niveles altos de la tropósfera, no mostraron condiciones a escala sinóptica propicias para la ocurrencia de la lluvia. Esto conllevó a la necesidad de analizar y determinar más a fondo las condiciones que incentivaron las precipitaciones en la mañana en dichas estaciones meteorológicas. Con este fin, se tomó en cuenta la utilización de herramientas como los mapas de re-análisis, las imágenes de satélite y las observaciones de radar para determinar las condiciones mesoescalares asociadas con la lluvia en los 27 casos de estudio.

En los casos de estudio con lluvia en la mañana en la estación de Casablanca, con influencia anticiclónica en toda la columna troposférica, la temperatura en superficie fue como promedio 28 °C. En el nivel 850 hPa la temperatura del aire estuvo entre 17 y 18 °C. Sin embargo, en el nivel medio de la tropósfera esta variable meteorológica presentó valores cercanos a los -6 °C. Mientras que en los casos con lluvia en la estación de Santiago de las Vegas, la temperatura en superficie fue como promedio 27,5 °C. En el nivel 850 hPa la temperatura del aire estuvo alrededor de los 18 °C, y en el nivel medio de la tropósfera, esta variable se comportó igual que para la estación de Casablanca, con valores alrededor de los -6 °C.

En los casos de estudio con lluvia en la mañana en la estación de Casablanca, con influencia anticiclónica en toda la columna troposférica, la humedad relativa en superficie fue inferior al 80 % y como promedio del 78 % para esta situación sinóptica. En el nivel 850 hPa se comportó alrededor del 60 %. Esta variable meteorológica disminuyó siempre con la altura, alcanzando una media del 42 % en el nivel 700 hPa y 34 % en el nivel 500 hPa, evidenciándose un ambiente seco en niveles medios de la tropósfera.

En los casos de estudio con lluvia en la estación de Santiago de las Vegas, la humedad relativa en superficie fue también inferior al 80 %, con un promedio del 79 % para esta situación sinóptica. En el nivel 850 hPa se comportó alrededor del 61 %. Esta variable meteorológica disminuyó también con la altura, aunque los valores fueron superiores con respecto a la estación de Casablanca. Se alcanzaron valores del 52 % como promedio en el nivel 700 hPa y 38 % en el nivel 500 hPa, evidenciándose el ambiente seco en estos niveles de la tropósfera.

En resumen, la capa superficie-850 hPa fue la que más aportó humedad a los procesos de lluvia en la mañana en las dos estaciones meteorológicas. En esta capa de la tropósfera los valores de humedad relativa se comportaron entre 60 y 80 %, siendo inferiores en los niveles medios.

En los casos de estudio con lluvia en la mañana en la estación de Casablanca, con influencia anticiclónica en toda la columna troposférica, el viento en los niveles bajos se mantuvo del primer cuadrante como promedio, con velocidades inferiores a los 25 km/h.

Sin embargo, en la tropósfera alta el viento fue del cuarto cuadrante, pero más intenso, con velocidades superiores a los 25 km/h en casi todos los casos, como promedio 29 km/h. Al final de la madrugada e inicios de la mañana el viento se comportó del segundo cuadrante en superficie, en muchos casos, evidenciando la existencia de la brisa de tierra (terral) en esta estación meteorológica.

En los casos de estudio con lluvia en la estación de Santiago de las Vegas, el viento en los niveles bajos se mantuvo del primer cuadrante, con velocidad promedio de 21 km/h. En ocasiones presentó una componente fuerte de región este. Sin embargo, en la tropósfera alta el viento fue del cuarto cuadrante al igual que en la estación de Casablanca, pero con velocidades de hasta 39 km/h, siempre por encima de los 30 km/h en todos los casos.

Los movimientos verticales no poseen un comportamiento bien definido en los niveles bajos y medios de la tropósfera. En ocasiones indican tanto ascensos como descensos del aire, en promedio se mostraron entre -0.02 y 0.02 Pa/s.

El valor máximo encontrado, en los casos de estudio con lluvia en la mañana en la estación de Casablanca, con influencia anticiclónica en toda la columna troposférica, fue de 0,04 Pa/s y el mínimo de -0,03 Pa/s. Mientras que, en los casos de estudio con lluvia en la estación de Santiago de las Vegas, fueron siempre entre -0.01 y 0.01 Pa/s

Todo esto evidencia que los movimientos verticales bajo condiciones anticiclónicas en toda la columna troposférica resultan ser muy débiles y no intervienen de manera significativa en los procesos de lluvia en la mañana bajo esta situación sinóptica.

A partir del análisis de las imágenes de satélite de los 27 días con influencia anticiclónica en toda la columna troposférica, se pudo comprobar la existencia de cuatro situaciones que a mesoescala, estuvieron asociadas con la lluvia en la mañana en las dos estaciones meteorológicas de La Habana:

Se obtuvo como condición común para ambas estaciones, la existencia de nubosidad baja proveniente del mar sobre la región de estudio. Esta nubosidad no presenta un desarrollo vertical considerable, está constituida por nubes cúmulo que se limitan a los niveles bajos de la tropósfera. En las imágenes infrarrojas se observan topes cálidos. Esta situación se puede observar en la Figura 10.

El flujo predominante observado con esta situación, en la mayoría de los casos es de región noreste (primer cuadrante). La lluvia ocurre en la estación de Santiago de las Vegas cuando el viento es capaz de trasladar esta nubosidad hasta el interior del territorio. En este caso la velocidad del viento en niveles bajos es mayor con respecto a los días con lluvia en la estación de Casablanca.

Como segunda situación predominante sobre la región de estudio y que provocó lluvia en la estación de Casablanca se tiene la existencia, desde horas tempranas de la mañana (1400 UTC) de rollos convectivos horizontales. La nubosidad asociada con este sistema tampoco presenta un desarrollo vertical considerable, está constituida por cúmulos que se limitan a los niveles bajos de la tropósfera. Esta situación se puede observar en la Figura 11. En las imágenes infrarrojas se observan topes cálidos. El flujo predominante observado con esta situación, siempre fue del primer cuadrante.

Se obtuvo como situación predominante, en el caso de la lluvia en la estación de Santiago de las Vegas, la convergencia del frente de brisas marinas con los HCR existentes en dirección del flujo. Esta condición se presentó al final de la mañana, provocando nubosidad y lluvia hacia el interior de la región de estudio. En las imágenes infrarrojas se observan topes fríos. Esta situación se puede observar en la Figura 12.

Se aprecia en estas imágenes la existencia de cumulonimbos hacia el interior del territorio con topes penetrantes y fríos en las imágenes infrarrojas. En esta región se produjeron tormentas en la tarde, aunque en la mañana los acumulados de lluvia fueron débiles. Esta situación se presentó con flujo en niveles bajos del primer y segundo cuadrantes.

Como última situación, la de menor frecuencia en la región de estudio y que solo incidió en la lluvia en la estación de Casablanca fue la existencia de un cable de nubes cúmulo sobre el estrecho de la Florida. Esta condición se presenta al final de la madrugada e inicios de la mañana. El cable se forma por la interacción del terral de la península de la Florida, el terral de Cuba y el flujo predominante del viento. Esta situación se puede observar en la Figura 13. La nubosidad asociada con este sistema es baja, de poco desarrollo vertical y se observan los topes cálidos en las imágenes infrarrojas.

El análisis de las observaciones de radar solo se pudo realizar en 10 de los 27 casos de estudio, debido a la disponibilidad de las imágenes y porque en algunos casos, las celdas generadoras de la lluvia se encontraban justo encima del radar de Casablanca, por lo que en la observación no se definían los ecos de reflectividad de dichas celdas. Se determinaron los valores de las variables radáricas durante el proceso de génesis, desarrollo y disipación de la celda que afectó la estación meteorológica.

En los casos donde existe nubosidad baja proveniente del mar sobre la región de estudio, la máxima reflectividad encontrada en las celdas analizadas fue de 47 dBz que constituye una reflectividad fuerte. En cuatro casos analizados se comportó alrededor de los 38 dBz como promedio. La altura de la máxima reflectividad estuvo por debajo de los 2 km, mientras que los topes no sobrepasaron los 3 km de altura (Figura 14). Estos resultados son característicos de celdas con un débil desarrollo vertical y predominio de corrientes descendentes. Esto está en concordancia con lo encontrado en el análisis de las imágenes de satélite para esta situación.

Los valores del VIL máximo encontrado en dichas celdas no superaron los 4 kg/ m ² , demostrándose que es poco el contenido de agua líquida en este tipo de nubosidad, verificándose así los acumulados de lluvia poco significativos en muchos de los casos.

En los casos donde existen rollos convectivos horizontales sobre la región de estudio, la máxima reflectividad encontrada en las celdas analizadas fue de 42 dBz que constituye una reflectividad fuerte. La altura de la máxima reflectividad estuvo por debajo de los 2 km, mientras que los topes no sobrepasaron los 2,5 km de altura. Los valores del VIL máximo encontrado en dichas celdas no superaron los 3 kg/ m² , comprobándose que es poco el contenido de agua líquida en la nube, estos valores de VIL son muy débiles (Figura 15). Estos resultados son característicos de celdas con un débil desarrollo vertical.

En los casos donde existe convergencia del frente de brisas marinas con los HCR existentes en dirección del flujo sobre la región de estudio, la máxima reflectividad encontrada en las celdas analizadas fue de 50 dBz que constituye una reflectividad fuerte. La altura de la máxima reflectividad estuvo por encima de los 3 km, encontrándose en un caso de estudio aproximadamente en los 6 km.

Los topes sobrepasaron los 7 km de altura, los máximos se encontraron alrededor de los 10 km de altura (Figura 16). Sin embargo, a diferencia de los casos anteriores, los valores del VIL máximo encontrados en esta situación fueron moderados, como promedio 6,5 kg/ m² . Estos resultados son característicos de celdas con gran desarrollo vertical y con predominio de corrientes ascendentes fuertes. Esta situación se detectó fundamentalmente al final de la mañana e inicios de la tarde.

En los casos donde existe un cable de nubes cúmulo sobre el estrecho de la Florida, la máxima reflectividad detectada fue de 40 dBz que constituye una reflectividad fuerte. La altura de la máxima reflectividad estuvo por debajo de los 2 km, mientras que los topes no sobrepasaron los 3 km de altura (Figura 17). Los valores del VIL máximo encontrados en esta situación fueron débiles, como promedio 3 kg/ m² . Estos resultados son característicos de celdas con poco desarrollo vertical y poco contenido de agua líquida.

Se comprobó que, en casi todos los casos estudiados, la lluvia en la mañana fue generada por celdas aisladas de escaso desarrollo vertical, con tiempo de vida corto. Esto ocurrió siempre, excepto en los casos donde se comenzó a gestar una tormenta al final de la mañana hacia el interior de la región de estudio, asociada con la convergencia del frente de brisas marinas y los rollos convectivos horizontales.