Revista En Torno a la Prevención, No. 22, 2019,
pp. XX-XX
ISSN 1659-3057 •
E-ISSN 2215-3845
Url: www.relaciger.net/revista/
SIMULACIÓN DE LAS CONDICIONES OCEANOGRÁFICAS DE
LOS HURACANES QUE HAN PASADO MÁS CERCA DE COSTA RICA
Ph.D. Omar G. Lizano Rodríguez[1]
Universidad de Costa Rica
M.Sc. Rodney E. Mora
Escalante[2]
Universidad de Costa Rica
Recibido: 23/04/2019 •
Corregido 7/05/2019 • Aceptado 25/05/2019
Resumen
Se simulan las
condiciones de viento y oleaje para los huracanes con trayectoria más cercanos
a Costa Rica. Destaca entre ellos el Huracán Joan (1988), siendo el sistema más
intenso (categoría 4) que se ha acercado nuestras costas del Caribe, generando
viento sobre los 144 Km/h frente a las costas de Limón. Por otro lado, el
Huracán Otto (2016) fue el primero que ingreso a nuestro territorio y aunque
generó gran impacto tierra adentro, en las costas no produjo impacto
significativo. La simulación de viento y la propagación de oleaje de los
huracanes con modelos numéricos en mayas geográficas anidadas desde mar adentro
hasta regiones costeras, resultaron con olas de hasta 4 m rompiendo al frente
de Limón Centro durante el Huracán Joan. Dadas las características
meteorológicas de los Huracanes Irene y César, fueron los que menores
magnitudes de viento y alturas de olas generaron frente a Limón. Aunque se han
realizado algunos artículos sobre huracanes en Costa Rica, este trabajo muestra
la implementación de anidados con modelos numéricos de generación de oleaje que
ha desarrollado Módulo de Información Oceanográfica (MIO) en el Centro de
Investigación en Ciencias del Mar y Limonología (CIMAR) de la Universidad de
Costa Rica y que se puede aplicar tanto para huracanes como para pronóstico
operacional de oleaje diario en nuestras costas.
Palabras claves: Huracanes,
Modelos numéricos, Viento y olas, Caribe, Pacífico, Costa Rica.
Abstract
Wind and wave conditions are simulated for hurricanes
with trajectory closest to Costa Rica. Distinguish among them the Hurricane
Joan (1988), the most intense system (category 4) that has approached to ours
Caribbean coasts, generating wind over 144 Km/h off the coast of Limón. On the
other hand, Hurricane Otto (2016) was the first to enter our territory and
although it generated great impact inland, on the coast had no effect. Wind
simulation and wave propagation during hurricanes with numerical models in
geographic nested grids from offshore to coastal regions, resulted in waves up
to 4 m breaking in front of Limon Center during Hurricane Joan. Given the
meteorological characteristics of the Hurricanes Irene and César, they were the
ones that smaller wind magnitudes and wave heights generated around Limón.
Although some hurricane applications have been carried out in Costa Rica, these
results show the nested implementation in wave generation numerical models
developed by Oceanographic Information Module (MIO) at Center for Research in
Marine Sciences and Limonology (CIMAR) of the University of Costa Rica that can
be applied to both hurricanes and daily operational wave forecast on our
coasts.
Keywords: Hurricanes, Numerical models, Wind and
wave, Caribbean, Pacific, Costa Rica.
Introducción
En el Pacífico
de Costa Rica no ha habido ningún huracán que haya impactado directamente
nuestras costas, pues la mayoría de los ciclones tropicales generados en esta
zona, nace frente a las costas centroamericanas, derivan hacia el noroeste y
alcanzan su intensidad más distante de Costa Rica (Alvarado y Alfaro, 2003). En
el Caribe, tal y como lo señala el artículo de Lizano y Fernández (1996), antes
de Huracán Otto del 2016, ningún huracán había impactado directamente a Costa
Rica, según los registros del Centro Nacional de Huracanes con estadísticas
desde 1851 (Fritz, 2016). Solo una tormenta tropical impactó a 65 km al
noroeste de Limón en 1887, justamente en diciembre (Lizano y Fernández, 1996),
cuando son comunes frentes del norte (Lizano, 2017-a; Amador, Alfaro, Lizano y
Magaña, 2006, Zárate, 2013) y detienen o empujan a estos sistemas a latitudes
más al sur. Esta tormenta produjo alta precipitación en la región, pero debido
a la escasa población por donde entró la tormenta, no existe registro de
impacto alguno debido a la tormenta (Díaz, 2004-2005). Antes del Huracán Otto,
los huracanes más intensos en el Caribe que causaron efectos indirectos en
Costa Rica (Alvarado y Alfaro, 2003) fueron Gilbert (1988), Allen (1980),
Camille (1969), Mitch (1988) y Janet (1955). Sin embargo, como lo señalan
también Alvarado y Alfaro (2003), los huracanes con mayores costos económicos y
en vidas humanas fueron: Cesar (1996), Joan (1988) y Katie (1955). Lizano (2011)
demuestra que la mayor altura de ola generada por un huracán no depende
necesariamente de su intensidad o categoría, sino más bien, de su velocidad de
avance. Huracanes como Fifí en 1974 y Joan en 1988, produjeron las mayores
alturas de olas en la cuenca del Caribe y tuvieron la capacidad de generar el
mayor impacto costero. Sin embargo, el impacto que puede generar un huracán no
solo depende de su intensidad y velocidad de avance, sino también, de su
trayectoria hacia la costa (Lizano, 2011; Alfaro et al., 2010), de la
batimetría que atraviesa en la plataforma continental y de la existencia de
cayos e islas que actúan como disipadores de la energía de las olas (Lizano,
2011). Se argumenta también (Lizano, 2011), que el impacto depende de la mayor
vulnerabilidad de la creciente población costera (Alfaro et al., 2010), y
posiblemente, de los avisos oportunos que las instituciones gubernamentales
emiten ante estos eventos océano-meteorológicos (Lizano, 2011).
Según El Financiero (Rodríguez, Salazar y Avendaño,
2017), de los tres huracanes analizados: Joan, César y Mitch, Joan fue el más
benevolente para con el territorio costarricense. Sin embargo, los daños en
infraestructura y vivienda, sin contar al sector agropecuario, se estimaron en
¢7.000 millones (unos ¢129.958 millones al 2016). Werner Stolz, jefe de
Pronósticos del Instituto Meteorológico Nacional (IMN), catalogó a César como
el huracán con mayores efectos negativos sobre el territorio nacional, entre
los tres fenómenos analizados. Esto pese a llevar una trayectoria similar a la
que siguió Joan y que posiblemente Otto emuló. Joan fue mucho más intenso, y aunque se reportaron grandes daños
en la costa, las pérdidas que causó César fueron enormes, eso sí, más bien
tierra adentro (Anónimo, 2009). De los informes de impactos en la costa, es
claro que el Huracán Joan fue uno de los huracanes más destructivos en
Centroamérica (INITER, 2010; Silva y León, 2003). Esto también tuvo relación
con su poca velocidad de avance del Huracán Joan, lo que causó gran energía del
oleaje, como demuestra el estudio de Lizano (2011), y los reportes de impactos
costeros encontrados en la literatura, al menos sobre San Andrés (Lizano,
2011). Sobre las costas de Costa Rica, no se encontró reporte alguno que
indicara impactos de los huracanes que se estudian en este artículo. Solo se
cuenta con información de la intensidad de estos fenómenos en comunicaciones
personales de lugareños.
En este trabajo se simula el viento y la altura de ola
generada por los huracanes que han pasado más cerca de Costa Rica: Irene
(1971), Joan (1988), César (1966) y Otto (2016) en el Caribe. Se muestra por
primera vez en nuestro país el acople de tres anidados del modelo Simulating
Waves Nearshore (SWAN, Booij et al.,
1999) para resolver, con gran resolución, las características del oleaje
alrededor de los puertos de Moín y Alemán. Este acople ya estructurado del
modelo de oleaje, permitirá hacer anidados en nuestras costas según
disponibilidad de batimetrías, ya sea para casos de huracanes o para realizar
pronósticos operacionales de oleaje en nuestros puertos, tanto en el Caribe,
como en el Pacífico. Esta actividad ya se está desarrollando en el Módulo de
Información Oceanográfica (MIO) del CIMAR (comunicación personal con Rodney
Mora, coordinador del MIO), Universidad de Costa Rica, y permitirá alertas
tempranas, tanto para la navegación, como para turistas, visitantes ocasionales
a las playas o residentes costeros, que contarán con información más precisa y
focalizada ante eventos que puedan representar una amenaza o riesgo.
Metodología
La trayectoria
de los huracanes fueron obtenidas desde la base de datos de UNISYS (2017)
y de la base de datos de HURDAT2 (2019). La batimetría para simular la
propagación de oleaje desde agua profunda, se elaboró de los datos de GEBCO-08
de la British Oceanographic Data Centre (BODC). Batimetría costera se elaboró
digitalizando los contornos desde las cartas náuticas de navegación de la NOAA,
obtenidas a través de BlueCharts g2 de Garmin (https://maps.garmin.com/), que
hay para Limón y los puertos Alemán, Moín y el Golfo de Nicoya. La simulación
de los vientos de huracán se elaboró con el modelo HURWIN ajustado según Lizano
(1990; 2006). La generación y propagación de oleaje hacia la costa se realizó
con el modelo SWAN ver 40,72 (Ris, 1997) utilizando los parámetros por defecto
que tiene el modelo: frecuencias de olas desde 2,5 a 25 Hz y con 36 direcciones
para definir el espectro de energía. La física del modelo incluyó GEN3 (modo de
tercera generación para la entrada de viento), BREA (rompimiento de oleaje
inducido por el fondo), FRIC (activa fricción por el fondo), TRIAD (interacción
de triadas en la interacción onda-onda) y QUAD (interacción de ondas no
lineales con cuadrupletas). La graficación se realizó con los paquetes MATLAB
R2014a y SURFER ver. 11. El registro de oleaje de un correntímetro anclado en
el fondo, administrado por el Centro Científico Tropical (CCT) en Moín y que
realizaba mediciones de altura y período durante el Huracán Otto, fue
suministrado por IMARES de la Universidad de Costa Rica. Este fue
editado para obtener las mediciones cada tres horas y correlacionarlas con las
respectivas simulaciones del modelo de ola.
Resultados
Como muestra la figura 1,
en el Caribe, el Huracán Otto en el 2016 fue el único huracán que ha ingresado
directamente a Costa Rica según los registros del Centro Nacional de Huracanes
(NHC por sus siglas en inglés), que se tienen desde 1851 (NOAA, 2019 ; Landsea et al., 2004). El de máximacategoría sin
duda fue para el Huracán Joan, que alcanzó categoría 4 cuando se aproximaba a
las costas de Nicaragua. El Huracán Irene fue el más débil de todos estos
analizados.
Figura 1. Trayectorias y
categorías de los huracanes más cercanos a Costa Rica.
Coherentemente con lo
expresado en el párrafo anterior, como lo indica la figura 2, el huracán que
tuvo los vientos simulados más intensos frente a nuestras costas (40 m/s = 144
km/h), fue el Huracán Joan (figura 2B). En segundo lugar, el Huracán Otto (30
m/s = 108 km/h) (figura 2C). Como ya se ha señalado anteriormente, y se
comentará más adelante, este comportamiento tiene que ver con las
características de parámetros ambientales de cada huracán, como muestra el
cuadro 1.
Figura 2. Sobreposición de
vientos máximos (m/seg) cada 6 horas para los huracanes A: Irene, B: César, y
cada 3 horas para C: Joan y D: Otto.
El Huracán Joan fue el que
tuvo la presión promedio más baja, el mayor radio de viento máximo, una baja
velocidad de avance, la menor diferencia de presión ambiental y en el ojo y la
mayor categoría de huracán. El segundo en intensidad fue el Huracán Otto, y con
la menor velocidad de avance.
Cuadro
1.
Características
de variables ambientales de los huracanes estudiados
|
Huracán |
Pres
prom (mb) |
Rad
Prom (Km) |
Vel
Prom (km/hr) |
ΔPres
(mb) |
Categoría |
|
Irene |
998,12 |
34,05 |
18,95 |
17,87 |
1 |
|
César |
993,56 |
34,05 |
29,45 |
22,44 |
1 |
|
Joan |
959 |
44,73 |
11,4 |
57 |
4 |
|
Otto |
985,66 |
36,31 |
11,06 |
30,33 |
2 |
Pres
Prom: presión
atmosférica promedio en el ojo.
Rad
Prom: Radio promedio de
viento máximo.
Vel
Prom: velocidad de
avance promedio.
ΔPres: diferencia promedio entre la presión
atmosférica ambiental y la presión en el ojo.
Utilizando las batimetrías
de la figura 3, con una secuencia de tres mayas anidadas para el modelo de
olas, se simularon las alturas de olas para cada huracán, como muestra las
figura 4.
Figura 3. Batimetrías (m)
de utilizadas para simular oleaje.
Figura 4. Distribución de
altura (m) de ola sobrepuesta cada 3 horas a lo largo de la trayectoria para
los huracanes A: Irene, B: Joan, C: César y D: Otto.
Es evidente que el Huracán
Joan generó la máxima altura frente a Nicaragua (14 m) al aproximarse a la
costa justo al frente de la serie de islas y bajos batimétricos (figura 4.),
rasgos batimétricos que actúan como disipadores del oleaje (Lizano, 2011). Pero
también este huracán fue el que generó mayor altura de ola mar adentro al
frente de Limón, con alturas significativas de alrededor de los 6m. El Huracán
Otto en segundo término, pudo generar alturas de hasta 8-9m mar adentro al aproximarse
a la costa, máximo que está más al sur respecto del Huracán Joan. El siguiente
con alturas perceptibles apenas en el gráfico (que fueron todos escalados
iguales, para mejor comparación), es el Huracán Irene, con el máximo también al
acercarse a la costa y con aproximadamente 4 m, y por último el Huracán César
con el máximo de altura de ola menor de los 3 m mar adentro, características
que como se mencionó anteriormente, están relacionadas a sus parámetros
ambientales a lo largo de la trayectoria.
Para conocer las
características de los dos principales huracanes cerca de nuestras costas en el
Caribe: Joan y Otto, se simularon las condiciones de oleaje en mayas anidadas
con el modelo SWAN usando las batimetrías de la figura 3 alrededor del Muelle Alemán
y del Puerto en Moín. Estas simulaciones se muestran en las figuras 5 y 6:
Figura 5. Distribución de
la altura (m) de ola para el Huracán Joan en su posición de máxima energía de
ola al frente de Puerto Limón. A: Caribe, B: Limón, C: Moín y D: Limón Centro.
Como muestran la figura 5,
el Huracán Joan pudo generar olas sobre los 15 m al frente de los cayos e islas
del Caribe de Nicaragua (figura 5A), con alrededor de 4 m sobre el borde norte
(Hospital de Limón) en Limón Centro (figura 5D) y de unos 3 m al frente de la
playa de Moín (figura 5C). Un rasgo importante de la simulación al frente de
Limón Centro (figura 5D), es el efecto de “sombra” de oleaje (menores alturas)
que produce la Isla Uvita sobre el Muelle Alemán y sus alrededores.
Por otro lado, el Huracán
Otto generó alturas menores que el Huracán Joan (figura 6), con olas sobre los 7 m antes de entrar a tierra (figura 6A),
con olas menores de los 3 m al frente de Limón Centro y con alrededor de 3 m
sobre el Megapuerto de Moín. Es pertinente subrayar que para este huracán ya se
tenía la estructura del megapuerto de APM TERMINALS, como lo muestra la figura
6C. Justamente sobre esta estructura se produce la mayor altura de ola como
efecto combinado de refracción-reflexión del oleaje sobre la misma.
Figura 6. Distribución de
la altura (m) de ola para el Huracán Otto en su posición de máxima energía al
frente de Puerto Limón. A: Caribe, B: Limón, C: Moín y D: Limón Centro.
Por suerte, durante el
Huracán Otto, el Centro Científico Tropical (CCT) tenía un correntímetro
midiendo oleaje en una boya oceánica (figura 3C) para el Megapuerto de Moín
(APM TERMINALS). La comparación de las mediciones del correntímetro y las del
modelo se muestran en la siguiente figura 7:
figura 7. Perfiles temporales
(hora local) de altura (Hs) y período (Tp) de ola durante el paso del Huracán
Otto por la boya de Moín (figura 3C).
Como el modelo de oleaje
necesita un tiempo de ajuste en la distribución espacial de oleaje de al menos
24 horas (Lizano, 2006), pues inicia sin ninguna energía de oleaje en las
fronteras, es claro en la figura 7, que al principio hay diferencia entre ambos
datos, pero a partir del 23 de noviembre a las 00:00 se muestra el ajuste entre
los resultados del modelo y las mediciones de la boya. El modelo capturó
perfectamente, el máximo de oleaje durante este huracán alrededor de las 03:00
(hora local) de 24 de noviembre, como también la disminución del oleaje luego
de ese máximo.
Conclusiones y recomendaciones
Según los resultados de
este estudio, es claro que el Huracán Joan ha sido el sistema meteorológico más
intenso en nuestras costas. Esto se deriva de las características
meteorológicas que imperaron a lo largo de su trayectoria. Alcanzó categoría 4,
con la menor presión atmosférica central y baja velocidad de avance. Debió
generar impactos costeros como lo recuerdan algunos lugareños de Limón, sin
embargo, no se encuentra evidencia en la literatura de efectos en Costa Rica.
El Huracán Otto en noviembre del 2016 se mantuvo serpenteando al frente a
nuestras costas por el efecto de un empuje frio de América del Norte (Brown,
2017), y este mismo frente fue el causante de que por primera vez ingresara un
huracán a nuestro territorio. El impacto en tierra fue enorme, pero en la costa
no causó mayor efecto, más que el incrementar la erosión que se ha venido dando
en las playas del Caribe (Lizano, 2013).
Las simulaciones de oleaje
en las batimetrías de gran resolución espacial frente a Limón Centro y Moín,
muestran alturas de olas de hasta 4 m al frente de Limón para el Huracán Joan,
y menores en Puerto Moín. En el caso del Huracán Otto, las simulaciones en los
anidados con el modelo de oleaje para tener valores en la boya de Moín, mostró
una buena correlación entre los datos simulados y los medidos. Esto da
confianza en el uso de estos modelos numéricos, tanto para simular huracanes
(Lizano, 2006), como para realizar pronósticos diarios en esta zona.
Por otro lado, como lo
advierten Alvarado y Alfaro (2003), los huracanes podrían estar entrando en un
nuevo ciclo. Justo con el recién impacto de los huracanes Harvey e Irma en
Estados Unidos, se ha reactivado el impacto que podría tener el calentamiento
global en el desarrollo de estos sistemas (Smily, 2017) y su relación con el
aumento del nivel del mar. Aunque se argumenta que es muy prematuro relacionar
el efecto antropogénico en la generación de huracanes, es muy probable que el
calentamiento antropogénico hará que los ciclones tropicales sean más intensos
en todo el mundo (GFDL, 2019) (de 1 a 10% de acuerdo con las proyecciones del modelo
para un escenario del IPCC A1B). Este cambio implicaría un incremento
porcentual aún mayor en el potencial destructivo por tormenta. Pero, además,
simulaciones de cambio climático con modelos numéricos de alta resolución
espacial, indican un aumento dramático de los huracanes que cambian rápidamente
de categoría, y que son erróneamente pronosticados. Estos fenómenos causan
enormes pérdidas económicas y de vidas humanas (Bhatia et al., 2019). El aumento del nivel del mar (Lizano, 2013),
implicará un mayor impacto tierra adentro. Es probable que aumente la
precipitación, intensidad y el número de huracanes intensos (GFDL, 2019). De
manera que habrá que tomar acciones políticas para reducir los impactos futuros
en nuestras comunidades costeras. Información oportuna ante estos eventos
siempre es la mejor herramienta para reducir el riesgo en regiones propensas al
embate de las condiciones severas del mar. El MIO-CIMAR mantiene información
oceanográfica a través de su página web (www.miocimar.ucr.ac.cr) o de su
aplicación para celulares (MIO-CIMAR), donde también se dan advertencias que
puede orientar en caso de amenaza de estos fenómenos.
Glosario de términos
Agua profunda: profundidad a la cual no alcanza el movimiento del agua de una
ola superficial.
Anidada:
Dicho de un ave: Hacer
nido o vivir en él.
Batimetría:
Representación de las
profundidades de los cuerpos de agua, que tiene como fin determinar el relieve
del fondo.
Categoría de huracán: Según
la intensidad de los vientos, se les pueden asignar: Categoría 1(Vientos entre 118 y 153 Km/hr), Categoría 2 (Vientos entre 154 y 177
Km/hr), Categoría 3 (Vientos entre 178 y 209 Km/hr ),
Categoría 4 (Vientos entre 210 y 250
Km/hr) y Categoría 5 (Vientos de más de 250 Km/hr).
Empuje frio: viento proveniente del Hemisferio Norte
generado por sistema de alta presión.
Huracán: fenómeno
meteorológico cuya velocidad del viento es igual o superior a los 107Km/hr.
Plataforma continental: Zona del piso oceánico adyacente a los
continentes que se extiende desde la línea de la baja mar hasta donde la
pendiente tiene un incremento notorio y se forma el talud continental.
Presión atmosférica: Peso por unidad de área de la masa total
de aire que existe encima de un punto determinado; también recibe el nombre de
presión barométrica.
Radio de viento
máximo: Distancia desde el centro del ojo del huracán
a la cual se da la máxima velocidad de rotación de los vientos.
Refracción de oleaje: cambio de dirección de las olas generada por las variaciones de
batimetría.
Talud
continental. Parte del
margen continental de mayor pendiente que sigue luego de la plataforma
continental.
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