Cuando el huracán Milton azotó Florida el mes pasado, sus fuertes vientos destrozaron el techo del estadio Tropicana Field de Tampa, que originalmente había sido planeado como área de concentración para los equipos de emergencia. Sin embargo, otras partes de la ciudad sufrieron daños mucho más leves.
Por David Hosansky, NCAR y UCAR
Esta compleja variación de los vientos potentes es un rasgo distintivo de los ciclones que tocan tierra. Aunque Milton había mantenido vientos de 190 kilómetros por hora sobre las aguas abiertas del Golfo, sus patrones de viento se fracturaron sobre la tierra cuando la tormenta chocó contra edificios, árboles y otras características de la superficie terrestre. Este tipo de turbulencia significa que ciertas ubicaciones de una ciudad pueden recibir la peor parte de las ráfagas destructivas de un huracán.
Para los meteorólogos, los vientos caóticos plantean una pregunta crítica: ¿es posible predecir la fuerza y la ubicación de las ráfagas y los remolinos para ayudar a las comunidades costeras a prepararse mejor para sus impactos muy variables?
«Hemos mejorado mucho en la predicción de ciclones tropicales en términos de su trayectoria e intensidad y sus campos de viento sobre el océano abierto «, dijo Christopher Rozoff, científico del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF NCAR). «Pero un área en la que tenemos dificultades es el campo de viento sobre la tierra. Esta es un área de investigación emergente y en este momento hay un gran impulso en la comunidad de investigación para simular estos vientos y avanzar en nuestra comprensión de cómo se comportan».
Rozoff y sus colegas han estado utilizando modelos informáticos de muy alta resolución durante varios años para simular vientos huracanados en un entorno urbano idealizado.
En un artículo publicado el año pasado en el Journal of Applied Meteorology and Climatology, Rozoff y coautores de NSF NCAR y la Universidad de Miami en Florida mostraron cómo las estructuras generan patrones de viento distintos e intrincados, tunelizando y amplificando los vientos en cañones urbanos entre edificios y contribuyendo a que los vientos río abajo sean más débiles.
A medida que estas simulaciones se vuelven más realistas, pueden ayudar a los equipos de servicios públicos y a otros equipos de respuesta a emergencias a prever dónde causará mayores daños un huracán que toque tierra. Las simulaciones también pueden ayudar a los planificadores urbanos a diseñar comunidades más resilientes.
Capturando el viento a intervalos de 8 pies
Cuando los huracanes llegan a la costa, incluso en zonas muy desarrolladas, los radares y otros instrumentos no pueden ni siquiera acercarse a capturar cada ráfaga y remolino desde el nivel del suelo hasta los tejados de los edificios y más arriba.
Para obtener una imagen más completa de los campos de viento turbulentos de un huracán, Rozoff y sus colegas utilizaron un modelo informático conocido como Cloud Model 1 desarrollado por uno de los coautores del artículo, el científico de NSF NCAR George Bryan. Simula la atmósfera con una resolución extraordinariamente fina, capturando los movimientos del viento cada 2,5 metros (unos 8 pies). En contraste, incluso un modelo de predicción de huracanes muy avanzado tiene una resolución de 1 kilómetro (3280 pies).
Las simulaciones, que utilizan una matriz simplificada de edificios idénticos, arrojaron luz sobre los intrincados patrones de flujo de los vientos. Un hallazgo notable fue que el espaciamiento entre los edificios influye significativamente en los vientos. Aunque los remolinos se extienden por las profundidades del cañón entre edificios que están cerca unos de otros, el flujo se vuelve mucho más complejo y, a veces, más fuerte cuando los edificios están más espaciados entre sí.
Para capturar los vientos en detalle, los científicos aplicaron una técnica conocida como simulación de grandes remolinos, que se utiliza ampliamente para la investigación de la turbulencia. Esta técnica simula remolinos de mayor tamaño y descarta los de menor escala, que son especialmente costosos de reproducir desde el punto de vista computacional. El modelo representó un avance importante con respecto a estudios previos de huracanes que tocan tierra y que estimaban los movimientos del viento en lugar de resolverlos explícitamente.
En el futuro, Rozoff y sus colegas planean utilizar las simulaciones para ayudar a entrenar modelos de aprendizaje automático. Si tienen éxito, estos modelos podrán capturar flujos de viento turbulentos sobre superficies terrestres más detalladas y más grandes, al tiempo que minimizan las demandas de recursos computacionales.
«Queremos empezar a representar superficies terrestres realistas en estos modelos para estudiar mejor los detalles a escala fina de estos vientos tan intrincados», dijo Rozoff. «El objetivo es obtener una imagen más completa de cómo cambian los vientos sobre el océano a medida que pasan por tierra e interactúan con edificios, árboles, topografía y otras características del terreno, ampliando nuestra investigación a una gama más amplia de escenarios y produciendo información vital para las comunidades en riesgo».
