1. Meteorología Sinóptica Lección 7: Ciclones extratropicales Imagén de satélite visible 26 Oct 2010. Presión minima: 955.2 mb. Gráfico cortesía NASA Patrón de nubes, frentes, y precipitación asociado con un ciclón extratropical típico (Gráfico cortesía NASA)

2. Ciclones extratropicales ¿Qué es un ciclón extratropical? – Sistema de baja presión en la superficie asociado con una vaguada en altitudes superiores – Más frecuentamente ubicados entre 15°-65° latitude El ciclo de vida de un ciclón extratropical: – Depende de: gradiente de temperatura y forzamiento de las altitudes superiores

3. ¿Dónde están los ciclones extratropicales?

4. B B B B B B B B B B B A A A A A A A A A A A B

6. B B B B B B B B B B B A A A A A A A A A A A B

7. Ejemplo de un ciclón extratropical muy famoso: Marzo 1993 https://www.facebook.com/NWSWPC/videos/ 1043702309030018/ https://www.facebook.com/NWSWPC/videos/ 1043702309030018/ http://www.srh.noaa.gov/tlh/?n=march1993_ superstorm http://www.srh.noaa.gov/tlh/?n=march1993_ superstorm

8. ¿Dónde existen los ciclones extratropicales? Cyclone days per winter. Figure from Ulbrich et al. (2009) Nota: la densidad (y, interpolando, las trayectorias) de ciclones extratropicales tiend a seguir a los gradientes máximos de temperatura (los contrastes mar/tierra). Esto no es por accidente. Colores significan “días por invierno de un ciclón extratropical” Octubre a Marzo, 1958-2007Abril a Septiembre, 1958-2007

9. Proceso de desarrallo de un ciclón extratropical Una vaguada en altidudes superiores (500 hPa a 200 hPa) se mueve hasta llegar encima de un gradiente de temperatura en la superficie – En ese gradiente de temperatura en la superficie está presente vorticidad absoluta – Aire ascendente asociado con la llegada de la vaguada aumenta la convergencia de aire en la superficie, justamente en presencia del gradiente de temperatura y la vorticidad Está acción de “stretching” (elongación, extensión) de la columna de aire actúa a incrementar la vorticidad en la superficie y entonces la circulación en la superficie (e.g., la baja presión empieza a girar) Una nueva (o una mas intensa) circulación en la superficie empieza a generar áreas de advección de temperatura: cálida (AAC) enfrente de la vaguada, y fría (AAF) detrás de la vaguada – El gradiente de temperatura en la superficie y las altitudes inferiores de la troposfera entonces se incrementa – Advección de temperatura (cálida adelante, fría detrás) causa la longitud de onda de la vaguada a disminuir (la vaguada se intensifica) Una vaguada mas compacta implica más advección de vorticidad en altitudes superiores (e.g. 500 hPa, 200 hPa) – Más advección de vorticidad en altitudes superiores produce aún más acenso, que vuelva a producir elongación (“stretching”) de la columna, que provoca el ciclo de nuevo Además, si el aire está húmedo o saturado, mientras suba, se condensa vapor de agua y se emita calor latente, que también provoca que se disminuye la presión central de la baja Este proceso continua hasta que algo ocurre a pararlo: – La vaguada puede “sobrepasar” la baja presión (e.j., la vaguada se propaga más rápido que la baja presión) Detrás de la vaguada es una dorsal, y la dorsal provoca descenso, que actúa a comprimir la columna y reducir la vorticidad en la superficie y entonces la intensidad de la baja presión – Fricción siempre actúa a destruir a la vorticidad en la superficie

10. El aumento de vorticidad superficial de un ciclón extratropical en presencia de un frente (gradiente de temp.) La ecuación de vorticidad: – A. Cambio de vorticidad absoluta a un punto – B. Advección horizontal de vorticidad absoluta – C. Advección vertical de vorticidad absoluta – D. Inclinación de vorticidad absoluta (“tilting”) – E. Elongación de vorticidad absoluta (“stretching”) – F. Disipación de vorticidad absoluta por fricción Sobre un frente: – Omitir los términos D y F por ser pequeños a los demás términos – Combinar A, B y C en un termino Lagrangian : Resulto final: una ecuación que muestra que el cambio de vorticidad siguiendo una parcela es resulto de elongación de la columna (“stretching”) Ec. 1, sin D & F (1)

11. El aumento de vorticidad superficial de un ciclón extratropical en presencia de un frente (gradiente de temp.) La ecuación de vorticidad: – A. Cambio de vorticidad absoluta a un punto – B. Advección horizontal de vorticidad absoluta – C. Advección vertical de vorticidad absoluta – D. Inclinación de vorticidad absoluta (“tilting”) – E. Elongación de vorticidad absoluta (“stretching”) – F. Disipación de vorticidad absoluta por fricción Sobre un frente: – Omitir los términos D y F por ser pequeños a los demás términos – Combinar A, B y C en un termino Lagrangian : Resulto final: una ecuación que muestra que el cambio de vorticidad siguiendo una parcela es resulto de elongación de la columna (“stretching”) Ec. 1, sin D & F (1)

12. El aumento de vorticidad superficial de un ciclón extratropical en presencia de un frente (gradiente de temp.) Todavía ubicado con el frente: – Separar los variables y integrar la ecuación: – Para llegar a: Esta ecuación dice: la vorticidad absoluta a un tiempo i es igual a la vorticidad absoluta inicial multiplicada por una expresión de la convergencia Cuando haya convergencia de aire en la superficie, la vorticidad se incrementa exponencialmente a tiempo Hint:

13. Rol de advección de temperatura en el ciclo de vida de un ciclón extratropical Patrón inicial: vaguada / dorsal se propaga encima de un frente (un gradiente de temperatura) La advección de temperatura causa disminución de velocidad de propagación de la onda. Eso produce “digging” y ahora en el mismo espacio donde había una onda, puede ser que hay dos. – Ese cambio de longitud de onda aumenta la advección de vorticidad (los gradientes de vorticidad son ahora mas que antes). Ahead of the ridge: cold-air advection Ahead of the trough: warm advection Ahora, en el mismo espacio, hay 2 vaguadas y 2 dorsales (la longitud de onda es ½ de lo original).

14. Rol de advección de temperatura en el ciclo de vida de un ciclón extratropical Un resultado clave del gradiente de vorticidad en altitudes superiores (asociado con la longitud de onda mas pequeña) es más aire ascendente en la columna de aire encima del frente – Más aire ascendente provoca más elongación de la columna (“stretching”), que provoca un aumento en la circulación y convergencia, y desarrollo de una baja presión Más convergencia y circulación produce más advección de temperatura, que aumenta la intensidad de la vaguada y la dorsal Una vaguada y dorsal más intensas provoca mas advección de vorticidad a altitudes superiores (500, 200 hPa) y eso produce acenso!

15. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 0000Z 16 Feb 2003

16. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 0000Z 16 Feb 2003 Frentes debiles se encuentran en el sureste de los EUA Una vaguada en altitudes superiores se acerca

17. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 L H

18. L H Advección de aire cálido Advección de aire frío Altura mínima: 5570 m

19. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 1200Z 16 Feb 2003

20. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 1200Z 16 Feb 2003 El ciclón extratropical ha intensificado (la presión mínima está menor) La baja más intensa resulta en más advección de temperatura

21. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 0000Z 17 Feb 2003

22. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 0000Z 17 Feb 2003 Debido al persistente (y semi-permanente) gradiente de temperatura en la superficie a la costa este de los EUA, una nueva baja presión empieza a formarse ahí

23. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 L H L Warm-air advection Cold-air advection La vaguada es aún mas intensa (mínima de altura: 5550 m)

24. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 1200Z 17 Feb 2003 La baja presión sigue intensificando

25. Ejemplo de 16-17 Feb 2003 L H L L Warm-air advection Cold-air advection La vaguada sigue intensificando (altura mínima: 5510 m)

26. Otro ejemplo de este “feedback” En (a) – Una máxima de vorticidad, y aire ascendente y descendente asociado (“stretching”) y advección cálida (colores rojos) adelante de la vaguada pasan encima de un frente al lado de la costa este de los EE.UU. En(b), 12 horas después – El gradiente de temperatura en la superficie está fuerte, así la circulación de la baja presión provoca intensa advección de aire cálido (y frío). Este par de centros de advección actua a intensificar la vaguada (alturas menores y gradiente de altura maximizada) – Esta vaguada más intensa ahora tiene más advección de vorticidad en altitudes superiores, lo cual causa aún más acenso (“stretching”), que aumenta la circulación de la baja presión en la superficie y incrementa la advección de temperatura, y el proceso continua …

27. Resumen: desarrollo de un ciclón extratropical En esta lección, hemos visto algunos temas claves: – Fuertes “feedbacks” entre la superficie y altitudes superiores Cambio de vorticidad en la superficie: depende de convergencia y elongación (“stretching”) de la columna Advección de temperatura en las altitudes inferiores actua a intensificar la vaguada en altitudes superiores, incrementando el gradiente de vorticidad en la vaguada – Gradiente de vorticidad en altitudes superiores Más grande el gradiente, mas intensa la advección y entonces el acenso (y entonces la elongación, que aumenta la circulación en la superficie y promueve más advección de temperatura) – En la atmosfera real, todos estos procesos ocurren al mismo tiempo, en un ambiente “desordenado” Algunos procesos contribuyen al desarrollo del ciclón extratropical (“feedbacks” positivos) – Gradiente de temperatura en la superficie, gradiente de vorticidad en altitudes superiores, fuga de calor latente, elongación (“stretching”) Otros procesos contribuyen a la debilitación del ciclón extratropical (“feedbacks” negativos) – Fricción en la superficie, topografía, velocidad de propagación de la vaguada (que la vaguada puede “sobrepasar” la baja presión, dejándola responder a una dorsal)