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INTRODUCCIÓN
Un huracán es una tormenta de gran intensidad que se origina sobre las aguas cálidas de los océanos tropicales entre las latitudes 25° Sur y 25° Norte, con bandas nubosas y fuertes vientos que rotan en sentido antihorario en el hemisferio Norte y en sentido horario en el hemisferio Sur. De acuerdo en la zona donde se originan estos sistemas, se denominan Tifón (en el Pacífico Noroccidental), Huracán (en el Atlántico Norte, Caribe y Pacífico Nororiental) y Ciclón (en el Índico y Pacífico Sur).
Los huracanes se forman a partir de disturbios atmosféricos que se intensifican por la evaporación del agua cálida del océano. A medida que el sistema se fortalece, se forma un ojo en el centro del huracán, siendo una zona de baja presión y condiciones de relativa calma. Sin embargo, alrededor del ojo se encuentran las bandas de nubes y tormentas más intensas, conocidas como el "ojo del huracán", que pueden extenderse a lo largo de cientos de kilómetros.
Los huracanes se clasifican conforme a la Escala de Saffir-Simpson, desarrollada por el ingeniero Herb Saffir y el meteorólogo Bob Simpson, en la cual, se definen categorías con escalas del 1 al 5 (menor a mayor intensidad), los cuales están en función de la velocidad del viento máximo sostenido durante un minuto, conforme a lo siguiente:
Los huracanes tienen un impacto económico importante, tanto en zonas marítimas como en zonas costeras y terrestres, y aunque los avances tecnológicos permiten su pronóstico, seguimiento y monitoreo continuo, aún ocasionan la pérdida de vidas humanas, que pueden llegar a contarse en cientos (Rosengaus et al. 2002). Razón por la cual, es fundamental contar con sistemas de alerta temprana y medidas de preparación para minimizar los daños causados por estos fenómenos naturales.
MÉXICO, ACAPULCO Y LOS HURACANES
México tiene una longitud estimada de costa de 11,122 km (INEGI, 2000), que año con año está expuesta a la actividad ciclónica entre los meses de mayo y noviembre; en el pacífico mexicano, la formación de los huracanes se origina comúnmente desde el sur del Istmo de Tehuantepec hasta el sur de Baja California. De conformidad con el Atlas Climatológico de Ciclones Tropicales en México (CNA, 2000), las costas que mayor presencia de huracanes han tenido en un período de 52 años son los estados de Guerrero, Michoacán, Colima, Jalisco, Baja California Sur y Quintana Roo.
El puerto de Acapulco también denominado “La Perla del Pacífico” está ubicado en la costa del estado de Guerrero, históricamente fue de los sitios comerciales más activos e importantes del país, y en la actualidad es considerado entre los destinos turísticos más famosos y populares a nivel nacional e internacional.
En los últimos 30 años el puerto de Acapulco ha sufrido el embate de tres huracanes que han generado grandes daños:
1. Huracán Pauline (1997): Fue uno de los huracanes más destructivos en la historia de Acapulco, alcanzó la categoría 4 en la escala de Saffir-Simpson, causó inundaciones masivas, deslizamientos de tierra y daños generalizados en la infraestructura de la ciudad. 2. Huracán Manuel (2013): Golpeó a Acapulco aproximadamente al mismo tiempo que el huracán Ingrid en el Golfo de México, causó devastadoras inundaciones y deslizamientos de tierra. Se estima que más de 150 personas perdieron la vida en Guerrero debido a los efectos combinados de Manuel e Ingrid. 3. Huracán Otis (2023): Otis tocó tierra en Acapulco el día 25 de octubre de 2023, causó devastación a la ciudad, intensificándose rápidamente de categoría 1 a categoría 5 en menos de 24 horas. Se estima que causó por lo menos 52 muertes y un daño entre 12 y 16 millones de dólares.
HURACÁN OTIS
De acuerdo con el Centro Nacional de Huracanes de la NOAA (NHC, por sus siglas en inglés), Otis es el huracán más fuerte jamás registrado que ha tocado tierra en el pacífico mexicano en los últimos 40 años.
El huracán Otis emergió de un disturbio atmosférico situado a una considerable distancia al sur del Golfo de Tehuantepec, las proyecciones iniciales indicaban que sería una tormenta tropical, sin embargo, Otis experimentó una intensificación rápida (RI por sus siglas en inglés) y alcanzó velocidades máximas del viento de 270 km/h (ver figura 1).
Figura 1. Imagen infrarroja del huracán OTIS obtenida del satélite GOES-16, correspondiente al 24 de octubre de 2023 a las 22:30 horas. Fuente: NOAA/NESDIS/STAR.
Desde el domingo 22 de octubre de 2023, el Servicio Meteorológico Nacional dependiente de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) realizaba el monitoreo de la formación de la depresión tropical en el Pacífico a una distancia de 465 millas náuticas al sur – sureste de Acapulco, para el 23 de octubre los comunicados sólo alertaban de fuertes lluvias por la tormenta tropical Otis.
El martes 24 de octubre a las 12:00 Otis se intensificó a categoría 1, para las 18:00 horas CONAGUA realizó el comunicado donde informaba que Otis se había intensificado a categoría 4 y se estimaba que impactaría entre las 04:00 y 06:00 horas del día 25 de octubre como categoría 5 a las costas de Guerrero entre Acapulco y Técpan de Galeana, sin embargo, el miércoles 25 de octubre a las 00:25 horas el huracán tocó tierra en las inmediaciones del puerto de Acapulco con vientos máximos sostenidos de 270 km/h, rachas de 330 km/h. y desplazamiento a 17 km/h (ver figura 2).
Figura 2. Desarrollo del huracán OTIS en la costa del Pacífico. Fuente: Coordinación Nacional de Protección Civil/CONAGUA.
Los modelos de pronóstico no anticiparon la extrema RI de Otis, los primeros resultados señalaban incluso que el huracán podría disiparse debido a un aumento esperado en la cizalladura vertical del viento (cambio en la velocidad y dirección del viento horizontal con la altura), sin embargo, Otis desarrolló un núcleo interno que aprovechó condiciones ambientales y oceánicas más favorables para su RI.
La intensidad máxima del huracán Otis alcanzada a las 21:00 horas del 24 de octubre, indicó el período histórico de RI del fenómeno, tuvo un fortalecimiento de 166 km/h en tan solo 21 horas, registro que sólo es superado por el huracán Patricia que en octubre de 2015 se fortaleció 194 km/h en un período de 24 horas.
De acuerdo con diferentes reportes, se indica que el huracán Otis provocó una marejada ciclónica catastrófica a lo largo de partes de la costa del estado de Guerrero, pero desafortunadamente no se tuvieron mediciones del oleaje y de la marea de tormenta que generó el huracán en las inmediaciones de la bahía de Acapulco. En este sentido, la información disponible del Servicio Mareográfico Nacional operado por la UNAM, indica que hubo un incremento del nivel del mar de 30 cm (ver figura 3), hasta el momento en que se interrumpieron las comunicaciones por el impacto del fenómeno.
Figura 3. Registro de la estación mareográfica del día 23 al 25 de octubre de 2023. Fuente: Servicio Mareográfico Nacional.
Debido a la falta de información medida, el presente trabajo se encaminó a determinar por medio de modelos numéricos, la sobreelevación del nivel del mar, las características del oleaje y de las corrientes que impactaron al puerto de Acapulco por efetos del huracán Otis.
MODELOS NUMÉRICOS
Para determinar la marea de tormenta, el oleaje y las corrientes producidas por el huracán Otis, se implementaron modelos numéricos de tercera generación, forzados a partir de los campos de viento y presión generados por dicho fenómeno.
Se definió una malla de cálculo, mediante el método de mallas flexibles no estructuradas con elementos triangulares, el cual permite la distribución óptima de los nodos de cálculo, para adaptar la resolución de las celdas a las características físicas del lugar y a las zonas de interés, lo que permite focalizar la mayor resolución a la zona de estudio y el resto del dominio con un espaciamiento amplio, a fin de optimizar el esfuerzo computacional.
La Información batimétrica que se utilizó corresponde a la del modelo de relieve global de 15 arco segundos de resolución geográfica de la superficie de la Tierra denominado ETOPO 2022 desarrollado por el Centro Nacional de Datos Geofísicos (NGDC por sus siglas en inglés), dicha información integra la topo-batimetría, referenciada verticalmente al nivel medio del mar y horizontalmente al Sistema Geodésico Mundial de 1984 (WGS 84), el cual se muestra en la figura 4.
Figura 4. Malla de cálculo para las modelaciones numéricas. La información de la ubicación en latitud y longitud, velocidad máxima de los vientos sostenidos, y presión central del huracán Otis se tomó de la base de datos denominada HURDAT2 (Hurricane Databases 2nd generation), publicada por el NHC, a partir de la cual se generaron con el modelo de vórtice de Rankine (1947) los campos de viento y presión en intervalos de una hora sobre todo el dominio computacional (ver figura 5).
Figura 5. Campos de viento y presión del huracán Otis de día 24 de octubre de 2023 a las 22:00 horas.
La generación y propagación del oleaje se realizó con el modelo Spectral Waves (SW) del software MIKE 21 desarrollado por el Danish Hydraulic Institute, el cual simula el crecimiento, transformación y disipación del oleaje generado por el viento.
El modelo se basa en la ecuación de conservación del oleaje descrita por Komen et al (1994) y Young (1999), donde la frecuencia – dirección del espectro del oleaje es la variable dependiente. Para la propagación del oleaje, la discretización de la ecuación de gobierno en el espacio geográfico y espectral se realiza por medio del método de volumen finito centrado, la integración de tiempo se realiza con un método explícito de múltiples secuencias (ver figura 6).
Figura 6. Alturas de ola generadas por el huracán Otis del día 24 de octubre de 2023 a las 21:00 horas.
Por su parte, el cálculo de las corrientes y de la sobreelevación del nivel del mar por la marea meteorológica se realizó con el modelo Flow Model (FM) del software MIKE 21, el cual resuelve las ecuaciones promediadas de Reynolds y Navier Stokes (RANS-Reynolds Averaged Navier-Stokes, por sus siglas en inglés) incompresibles, sujetas a las suposiciones de Boussinesq y de presión hidrostática (ver figura 7).
Figura 7. Marea meteorológica generada por el huracán Otis del día 24 de octubre de 2023 a las 21:00 horas.
RESULTADOS
Con los campos de viento y presión se realizaron las modelaciones numéricas de la propagación del huracán Otis, en las siguientes figuras se indican las series de tiempo de la sobreelevación del nivel del mar por marea de tormenta, de las alturas de ola y de las velocidades de las corrientes en 4 sitios representativos de Acapulco: Pie de la cuesta, bahía de Acapulco, Puerto Marques y playa Diamante (ver figura 8).
Figura 8. Series de tiempo, a) Alturas de ola, b) corrientes, c) marea meteorológica.
Los resultados anteriores nos indican de forma general que en Pie de la Cuesta arribaron olas de hasta 6.62 m, en la bahía de Acapulco las olas alcanzaron alturas de hasta 4.95 m, en Puerto Marqués el oleaje presentó alturas de hasta 0.80 m y en la playa Diamante las olas que arribaron fueron de hasta 11.23 m. Por su parte, la sobreelevación del nivel del mar por la marea de tormenta fue de 0.77 m, el cual corresponde con la información disponible por el Servicio Mareográfico de la UNAM.
De acuerdo con los pronósticos de las mareas astronómicas, el mar durante el impacto del huracán Otis se encontraba en la fase de bajamar, por lo que el impacto de la marea no fue mayor, se estimó que el nivel del mar alcanzó elevaciones de hasta 0.38 m respecto al nivel de pleamar media superior (N. P. M. S.), el cual se muestra en la figura 9.
Figura 9. Series de tiempo de la marea astronómica y de la marea de tormenta.
Respecto a las velocidades de las corrientes, se tiene que en Pie de la Cuesta se generaron corrientes de hasta 0.31 m/s, en la bahía de Acapulco las corrientes alcanzaron velocidades de hasta 0.26 m/s, en Puerto Marqués se presentaron corrientes con velocidades de hasta 0.31 m/s y en la playa Diamante las corrientes generadas fueron de hasta 0.45 m/s.
De forma complementaria de los resultados, se obtuvieron los máximos valores de las alturas de ola y de las velocidades de las corrientes en los 24 sitios de la costa de Acapulco señalados en la figura 10.
Figura 10. Ubicación de sitios para el análisis de los resultados.
Los valores obtenidos de las máximas alturas de ola y de las velocidades de las corrientes se indican en la figura 11.
Figura 11. Máximas alturas de ola generadas por el huracán Otis en los 24 sitios de análisis.
Conclusiones
Los huracanes tienen un impacto económico importante en las zonas marítimo – terrestre, y aunque en la actualidad se cuenta con los avances tecnológicos que permiten su pronóstico, seguimiento y monitoreo continuo, aún son fenómenos impredecibles que ocasionan pérdidas económicas y la pérdida de vidas humanas.
El huracán Otis es el claro ejemplo de lo antes mencionado, aunado a los efectos del cambio climático en las condiciones oceanográficas que contribuyeron a su inesperada intensificación rápida (temperaturas cálidas de la superficie del mar, capa profunda de agua cálida, mucha humedad y cizalladura vertical del viento baja), reveló los desafíos a los que se enfrentan los modelos para predecir los factores que contribuyen, a la ya recurrente intensificación rápida de los eventos similares a Otis.
Razón por la cual, las mediciones de las condiciones oceanográficas en tiempo real son fundamentales para evaluar con mayor certidumbre los riesgos asociados a los ciclones tropicales a fin de establecer los protocolos para mitigar los impactos de dichos fenómenos en las zonas costeras y sus recursos naturales.
De acuerdo con los pronósticos de las mareas astronómicas, la posición del nivel del mar (bajamar) favoreció a que los niveles de inundación no se incrementaran más, se estimó una elevación de 0.39 m respecto al nivel de pleamar media superior (N. P. M. S.). Por lo que corresponde al oleaje, se estimó que las alturas de ola llegaron a ser de hasta 6.00 m en el interior de la bahía y corrientes con velocidades de hasta 0.40 m/s.
Cabe señalar que los resultados obtenidos en el presente trabajo son de carácter cualitativo y deben tomarse bajo reservas, debido a que durante el desarrollo de este no se contó con información de mediciones que permitieran la debida calibración de los modelos numéricos.
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