Estructura termohalina en la corriente de lazo, al paso de huracanes que afectaron Cuba en 2002-2022

INTRODUCCIÓN

La presente investigación se desarrolló en el Instituto de Meteorología, dentro del proyecto “La corriente de lazo, su evolución espacio-temporal y su enlace con el desarrollo de los ciclones tropicales”, con el Código: PS211LH004-0, financiado por el Programa Sectorial 04, PCTI: “Meteorología y Desarrollo Sostenible del País”.

El propósito es ampliar los conocimientos acerca de la evolución espacio-temporal de los ciclones tropicales en el Golfo de México, con énfasis en la corriente de Lazo y su estructura termohalina, dada la importancia de estos eventos que con frecuencia afectan a las costas cubanas, con fuertes vientos, lluvia intensa, marejadas e inundaciones costeras.

Como principales antecedentes nacionales, en las últimas tres décadas se identifican dos grupos: A) Las investigaciones realizadas por especialistas cubano-mexicanos desde finales del siglo XX y hasta el presente siglo XXI, acerca del comportamiento de las corrientes de Yucatán y la Florida, así como de las masas de agua, según refieren los trabajos de Gallegos et al (1998)Gallegos, A., Victoria, I., Zavala, J., Fernández, M., & Penié, I. (1998). Hidrología en los estrechos del Mar Caribe Occidental. Revista de Investigaciones Marinas, 19(1), 1–37., Simanca et al (2012)Simanca, J., Ramírez, O., Fernández, L., Arriaza, L., Rodas, L., Sponda, S., García, R., Alburquerque, O., & García, I. (2012). Variabilidad de las corrientes marinas en el Canal de Yucatán: “Lado Cuba”. Contracorriente cubana, Primera Parte. Serie Oceanológica, 10, 1–10. http://hdl.handle.net/1834/6696, Rivero Ordaz et al. (2023)Rivero Ordaz, L., Arriaza Oliveros, L., Sánchez Pérez, E. O., Athié, G., Carrillo Betancourt, Y., Ochoa de La Torre, J. L., Candela Pérez, J., Sheinbaum, J., & Hernández Gonzalez, M. (2022). Variabilidad espacio-temporal de la Corriente de Yucatán en el periodo 2012-2018 y la influencia del evento ENOS (2015-2016). Revista Cubana De Meteorología, 28(3), e11. https://cu-id.com/2377/v28n3e11. Las investigaciones desarrolladas por especialistas cubanos, utilizando datos de mediciones in situ durante la ejecución de expediciones oceanográficas cubano-soviéticas, cubano-mexicanas y cubanas, en los años 1966-2000, lográndose posteriormente una caracterización de la estructura y circulación termohalina en aguas cubanas con inclusión de toda la periferia de Cuba, así como su enlace con la actividad ciclónica, según consta en las publicaciones de Mitrani et. al (2008Mitrani-Arenal, I., & Díaz, O. (2008). Particularidades de la estructura termohalina y sus tendencias en aguas Cubanas. Revista Cubana de Meteorología, 14(1), 54–73. http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/278, 2017 aMitrani, I. (2017a). Meteorología Marina. Instituto de Meteorología/Agencia de Medio Ambiente/Casa CITMA℡. https://www.citmatel.inf.cu, 2017 bMitrani, I., García, E., Hidalgo, A., Hernández Baños, I., Salas, I., Pérez, R., Díaz, O. O., Vichot, A., Pérez, A., Cangas, R., Alvarez, L., Pérez, O. E., Rodríguez, C. M., Pérez, A. L., Morales, A., Viamontes, J., Pérez, J., & Rodríguez, J. A. (2017). Las inundaciones costeras en Cuba: Influencia de la estructura termohalina en las inundaciones. Instituto de Meteorología/Agencia de Medio Ambiente/Casa CITMA℡. https://www.citmatel.inf.cu).

Investigaciones recientes, realizadas con observaciones instrumentales in situ en el área de la corriente de Lazo, en combinación con observaciones a distancia, demuestran la gran profundidad que pueden alcanzar las aguas cálidas sobre todo hacia el núcleo de los vórtices anticiclónicos, con diferencias considerables con respecto a la periferia (Minuer et al. 2018Meunier, T., Pallás‐Sanz, E., Tenreiro, M., Portela, E., Ochoa, J., Ruiz‐Angulo, A., & Cusí, S. (2018). The Vertical Structure of a Loop Current Eddy. Journal of Geophysical Research: Oceans, 123(9), 6070–6090. https://doi.org/10.1029/2018JC013801, 2019Meunier, T., Sanz, E. P., Tenreiro, M., Ochoa, J., Angulo, A. R., & Buckingham, C. (2019). Observations of Layering under a Warm-Core Ring in the Gulf of Mexico. Journal of Physical Oceanography, 49(12), 3145–3162. https://doi.org/10.1175/JPO-D-18-0138.1, 2022Meunier, T., Pérez-Brunius, P., & Bower, A. (2022). Reconstructing the Three-Dimensional Structure of Loop Current Rings from Satellite Altimetry and In Situ Data Using the Gravest Empirical Modes Method. Remote Sensing, 14(17), 4174. https://doi.org/10.3390/rs14174174). También corroboran la típica distribución vertical de la salinidad, con su máximo en profundidades entre 150 y 200 m como promedio. En las investigaciones de Minuer et al. 2022Meunier, T., Pérez-Brunius, P., & Bower, A. (2022). Reconstructing the Three-Dimensional Structure of Loop Current Rings from Satellite Altimetry and In Situ Data Using the Gravest Empirical Modes Method. Remote Sensing, 14(17), 4174. https://doi.org/10.3390/rs14174174, se afirma que durante 29 años (1993-2021) se logró colectar datos oceanográficos en extensas áreas del golfo de México, pero son más escasas en las cercanías de las aguas cubanas y casi ausentes dentro de ellas, por lo que se logra caracterizar en gran medida a la corriente de Lazo al norte de los 22°N, sobre todo en su segundo vórtice, observado en la mitad oriental del golfo y no en el localizado en las cercanías de Cuba, también identificado como “vórtice cubano”. Como otra limitación, también se aprecia que las observaciones in situ no son continuas en el tiempo, pero el colectivo de autores tomó como solución, la combinación con observaciones a distancia, logrando representar de forma general la evolución de los vórtices estudiados y la estructura termohalina que los caracteriza, con mayor calidad fuera del vórtice cubano.

Las investigaciones existentes acerca del área de interés, se han referido de forma general a las posibles relaciones entre la intensificación o al menos mantenimiento de intensidad, de los ciclones tropicales que alcanzan esta área y la estructura termohalina de la corriente de Lazo, así como en la conformación de la circulación anticiclónica que la caracteriza, pero conocer los detalles de lo que ha ocurrido en los diversos casos y alcanzar una mejor comprensión acerca de estos procesos físico-geográficos, sería un gran avance para elevar la calidad en la predicción del tiempo al paso de los ciclones tropicales y en la aplicación de modelos numéricos para pronosticar su evolución, con todos los eventos de peligro que les acompaña. Como aspecto co-lateral, el estudio del estado térmico de las aguas cercanas a Cuba y de su estructura termohalina, serían de aplicación en acciones de manejo del medio marino y costero, de interés para el turismo, actividades deportivas, la pesca y estudios de uso de energía marina como fuente renovable para generación de electricidad.

El objetivo general del presente trabajo, es una caracterización de la estructura termohalina en las aguas de la corriente de Lazo, al paso de ciclones tropicales por las cercanías o sobre territorio cubano, que generaron daños notables en el país, con identificación de las zonas con las condiciones oceanográficas más favorables para la intensificación de esos eventos a su salida al golfo de México, utilizando datos de archivos y re-análisis, libremente disponibles.

Cualquier novedad en el conocimiento de la corriente de Lazo, también beneficia a las poblaciones de naciones aledañas al Golfo de México, con costas en el área y con frecuencia afectadas por ciclones tropicales, como son México y los Estados Unidos.

MATERIALES Y MÉTODOS

En las Figuras 1 a, b se identifican las áreas de estudio; en la Figura 1 (a), aparece una imagen de la corriente de Lazo en su totalidad, tomada del compendio de artículos de National Academies of Sciences, Engineering and Medicine (Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina, por sus siglas en inglés NASEM, 2018Committee on Advancing Understanding of Gulf of Mexico Loop Current Dynamics, Gulf Research Program, & National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2018). Understanding and Predicting the Gulf of Mexico Loop Current: Critical Gaps and Recommendations. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/24823), donde se aprecian las tres formas en que se presenta este sistema de circulación oceánica: retraído, donde solo se conforma el vórtice cercano a Cuba, conocido “vórtice cubano”, extendido con doble vórtice y con un vórtice que sea desprendido del Lazo. En 1 (b), se muestra el polígono de las aguas cercanas a Cuba (imagen tomada del Atlas GEBCO (2009)GEBCO. (2009). Digital Bathymetry Atlas. British Oceanographic Data Center, Intergovernmental Oceanographic Commission, International Hydrographical Organization, Environment Research Council., que es donde se localiza el “vórtice cubano” y a donde arribaron o por donde se movieron los 11 casos de ciclones tropicales seleccionados para estudios de caso en el presente texto, que afectaron al territorio nacional, durante el período de estudio 2002-2022.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

De la Figura 2 se aprecia que de los once ciclones tropicales analizados, 9 pasaron sobre Pinar del Río desde el oeste del Caribe, 1 atravesó el canal de La Florida y 1 hizo una trayectoria de recurva hacia el nordeste desde la costa mexicana hasta La Florida, pasando muy cerca pero sin tocar tierra cubana. Todos tuvieron como destino final las costas de Estado Unidos, mayormente entre la Luisiana y La Florida, salvo Ida de 2021, que alcanzó las costas de Texas.

De la lectura de los reportes NHC (2023)NHC (National Hurricane Center). (2023). National Hurricane Center Archive. https://www.nhc.noaa.gov/data se apreció que la mayoría de los casos estudiados (7 en total) se originaron de ondas salientes de Africa y se trasladaron desde el Atlántico hacia el oeste. Solo 2 casos se originaron en el Atlántico Tropical Central (Isidore y Lily 2002) y otros 2 en el Caribe (Wilma 2005 e Ida 2021). Ninguno se originó sobre el área de la corriente de Lazo colindante con Cuba.

La forma más frecuente de la corriente de Lazo al paso de los casos estudiados, fue la extendida con su tres vórtices (6 casos), seguida de la extendida con dos vórtices (3 casos) más dos casos retraída, que fueron Isidore y Lilly en 2002; debido al entorno atmosférico desfavorable, Isidore al salir de tierra se recuperó ligeramente, pero no continuó la intensificación, sino que aumentó de tamaño; Lilly, por el contrario, ganó en organización y se intensificó a su salida al golfo de México. En el caso de Gustav del 2004, se comportó de modo semejante a Isidore, sobre la corriente de Lazo extendida.

A modo de ejemplo, en la Figura 3 se muestran las diversas formas de circulación oceánica al paso de Lilly del 2002 a su salida del occidente de Cuba sobre la corriente de Lazo en su fase retraída, Ike del 2004, que coincidió con fase extendida, Wilma del 2005 que se desplazó desde el oeste con fase extendida y con vórtice desprendido, Irma del 2017 que procedía del este, sobre fase extendida y también Ida de 2021, con fase extendida y vórtice desprendido. Estos casos fueron especialmente intensos; según aparece en los textos de los reportes de NHC y resúmenes de temporada del INSMET, encontraron ambientes atmosféricos favorables que al combinarse con el aporte de calor del océano, ocasionaron una gran intensificación.

No es posible identificar un enlace entre los estados de la corriente de Lazo y la intensificación de los 11 huracanes estudiados, puesto que ese proceso lo mismo ocurre con la forma retraída que la extendida de dos vórtices o tres. Sería necesario utilizar una muestra más amplia y la aplicación de modelos numéricos de ciclones tropicales, para comprender si en efecto, una forma u otra de la corriente de Lazo influye más o menos en los procesos de intensificación.

Téngase en cuenta que si bien la interacción con la forma extendida implica mayor pérdida de energía cinética del huracán, puesto que está trasmitiendo su circulación ciclónica a un medio más denso y con circulación completamente contraria (anticiclónica), los vórtices oceánicos a su vez, son colectores de energía térmica que en ese momento se está cediendo al huracán en forma de calor sensible y latente, que pasa a incrementar la energía cinética interna del mismo.

Se observó, en cambio, que si bien se deforma ocasionalmente la circulación anticiclónica al interactuar con la estructura ciclónica del huracán y entonces aparece una circulación ciclónica en el mar, esta no perdura mucho en el tiempo; la circulación anticiclónica se restablece con rapidez, en menos de 24 horas, aún al paso de huracanes particularmente intensos.

Al paso de los once huracanes estudiados entre 2002 y 2022 por aguas del golfo de México, especialmente sobre la corriente de Lazo, se aprecia que la temperatura superficial se mantuvo en el entorno de los 30°C, con una concentración de aguas cálidas en la mitad occidental del golfo de México, sobre el área conocida como golfo de Campeche, donde con frecuencia alcanzó los 31°C y más, como lo demuestra la Figura 4 a,b,c, a modo de ejemplo, al paso de Charley en 2002, Wilma en 2005 e Ida, en 2021. Obsérvese que si bien al paso de Wilma, los valores de To no eran tan altos (27-29°C), de todos modos eran favorables a la actividad ciclónica en combinación con el entorno atmosférico, de modo que incluso la estrecha huella fría que creó el propio huracán, no fue suficiente para un debilitamiento, sobre todo porque en esa área la capa de aguas cálidas pasa de los 100 m.

El análisis de los perfiles latitudinales y longitudinales de la temperatura del agua (Tw), muestran que la capa isotérmica se conserva en el entorno de los 50 m con profundización en decenas de metros hacia el canal de Yucatán y el centro del golfo, sobre todo en el entorno de la latitud de 24°N dentro de la corriente de Lazo, donde frontera inferior de las aguas cálidas, de más de 26°C, se localiza hasta los 100 m de profundidad y ocasionalmente más allá. Es sobre la latitud 24°N, donde se observa la mayor ocurrencia de intensificación, a lo cual contribuye las altas temperaturas de la superficie marina. Sin embargo, en el polígono de estudio (Figura 1 b) no se observó ningún caso de ciclogénesis, confirmando los análisis de Mitrani et al (2017b)Mitrani, I., García, E., Hidalgo, A., Hernández Baños, I., Salas, I., Pérez, R., Díaz, O. O., Vichot, A., Pérez, A., Cangas, R., Alvarez, L., Pérez, O. E., Rodríguez, C. M., Pérez, A. L., Morales, A., Viamontes, J., Pérez, J., & Rodríguez, J. A. (2017). Las inundaciones costeras en Cuba: Influencia de la estructura termohalina en las inundaciones. Instituto de Meteorología/Agencia de Medio Ambiente/Casa CITMA℡. https://www.citmatel.inf.cu. En las Figuras 5 a,b,c se ilustra con algunos ejemplos gráficos las condiciones térmicas oceánicas que precedieron a los huracanes.

Los perfiles longitudinales de las Figuras 6 a,b,c, demuestran que al moverse sobre aguas del golfo de México, aunque los huracanes provoquen ascensos de aguas de niveles inferiores, no es suficiente para debilitarlos, dado el espesor de las aguas cálidas que ocupan más de 50 m.

La salinidad en el área, se mantuvo sobre los 36.5 psu principalmente en latitudes por debajo de 27°N, según se ejemplifica con la imagen de las Figuras (7 a,b,c). En las cercanías de la costa norteamericana, el aporte de agua fresca del continente tributa a una franja de baja salinidad, coincidente con espesores de la capa isotérmica cercanos a los 50 m pero las aguas cálidas con temperaturas mayores de 26°C se sumergen solo una o dos decenas más de metros, a diferencia del resto del golfo donde ocasionalmente pasan de 100 m. Esta situación no contribuye a una gran intensificación y de hecho hubo un par de casos en que con ambiente atmosférico adverso, al acercarse a las costas de Estados Unidos se debilitaron pero tampoco se expandieron al trasladarse sobre la mitad norte del golfo de México; ellos son Lilly del 2002 y Dennis, del 2005, según consta en los reportes de huracanes, de los archivos de NHC (2023)NHC (National Hurricane Center). (2023). National Hurricane Center Archive. https://www.nhc.noaa.gov/data y en los resúmenes de temporadas ciclónicas del INSMET (2023)INSMET. (2023). Resúmenes de Temporadas Ciclónicas. Instituto de Meteorología. http://www.insmet.cu. Sin embargo, en el caso de Ida de 2021, fue precisamente en esas latitudes donde se observó su momento de mayor intensidad, porque además de un entorno atmosférico favorable, la temperatura del agua se mantuvo excesivamente alta, con más de 30°C (ver la Figura 4 c). Es posible que los aportes de agua fresca del continente y en especial del el río Mississippi, modulen los cambios en la estructura termohalina desde la alternancia de lluvia-sequía sobre sus cuencas, del mismo modo que los aportes del Amazonas pueden modular a la actividad ciclónica del Atlántico, según lo descrito por (Mitrani et al 2020Mitrani Arenal, I., Cabrales Infante, J., & Alonso Díaz, Y. (2020). Valoración de la influencia de la circulación oceánica y el aporte de los ríos Sudamericanos en la actividad ciclónica, utilizando los re-análisis HYCOM. Revista Cubana de Meteorología, 26(4). https://eqrcode.co/a/ZdN0A0).

En resumen, la mayoría de los casos estudiados, se desarrollaron entre la última década de agosto y primera de octubre, en coincidencia con las máximas temperaturas del área interamericana, según muestra el curso anual promedio de esta variable para aguas cubanas (Mitrani et al 2017aMitrani, I. (2017a). Meteorología Marina. Instituto de Meteorología/Agencia de Medio Ambiente/Casa CITMA℡. https://www.citmatel.inf.cu). Se manifiesta como excepción el año 2005, de muy intensa actividad ciclónica, acorde con los patrones de circulación atmosférica asociados al evento NIÑA y con los bajos aportes de agua fresca desde la cuenca del Amazonas (Mitrani et al 2020Mitrani Arenal, I., Cabrales Infante, J., & Alonso Díaz, Y. (2020). Valoración de la influencia de la circulación oceánica y el aporte de los ríos Sudamericanos en la actividad ciclónica, utilizando los re-análisis HYCOM. Revista Cubana de Meteorología, 26(4). https://eqrcode.co/a/ZdN0A0), así como las aguas excepcionalmente cálidas del Atlántico, favorecieron la formación e intensificación de Dennis en el mes de julio y de Wilma en la última década de octubre, uno de los huracanes más intensos de que se tiene noticia en el Atlántico y sin embargo, las aguas del golfo de México no mostraron valores de To tan altos.

Casi todos los casos presentaron etapas de intensificación, principalmente sobre el canal de Yucatán y a la salida de este canal en el entorno de 24°N, con sus más de 100 m de espesor de aguas cálidas; solo dos casos no se intensificaron al salir de esta área y continuar camino: Isidore 2002 (se intensificó solo sobre los 24°N) y Gustav 2008, puesto que el ambiente atmosférico les fue adverso pero se expandieron en su dimensión horizontal, a partir de las favorables condiciones oceánicas. En el caso de Ivan 2004, no se intensificó en el canal de Yucatán porque su circulación cubría tierra cubana (sector derecho) y mexicana (sector izquierdo) pero sí tuvo una pronta recuperación al salir al Golfo de México y se intensificó sobre las aguas de la corriente de Lazo.

En la Tabla 2, se resumen todas las particularidades antes mencionadas, de los casos de estudio. Se aprecia que seis casos nunca se debilitaron sobre el Golfo de México, dadas las favorables condiciones oceánicas y atmosféricas. Algunos se debilitaron en las cercanías de Luisiana, Estados Unidos pero continuaron siendo potentes ciclones tropicales y solo dos perdieron intensidad de forma significativa, debido al entorno atmosférico adverso.

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES