Importancia de la topografía en la formación de un jet de montaña

Para verificar la importancia de la SMO en la circulación e intensificación del viento local durante el paso de un Norte se hizo una simulación adicional del FF #6 reduciendo la topografía al 10%. Se utilizó el dominio más fino (D3) del modelo para ver el impacto local de la topografía en la circulación superficial. En la simulación con topografía normal se observó viento del noreste sobre el Golfo de México pero éste cambió su dirección en la zona costera del Golfo al acercase a la sierra (Figura 20a). En esta simulación destacó una región costera entre 18 °N y 21°N donde los vientos tuvieron una intensidad similar a la de los vientos Tehuanos (Figura 20a); esta región parece tener un jet costero de montaña cuya comprobación se muestra más adelante. Por el contrario, en la simulación con topografía reducida

no hubo cambio de la dirección del viento cerca de la montaña, tampoco se formaron los Tehuanos ni la región del jet (Figura 20b); esto demuestra la importancia de la presencia de la sierra cerca de la costa en el cambio en la dirección del viento y en la intensidad del mismo.

Figura 20. Velocidad del viento en superficie (m/s) a las 06Z del 29 de octubre de 2010 en el dominio más fino (D3 a 4 km) con a) la topografía del modelo WRF y b) la topografía reducida al 10%. La línea negra horizontal es un corte latitudinal a 19.5 °N que se utiliza en la Figura 21.

Para ver la intensidad y profundidad de la estructura vertical del viento que interactúa con la sierra y parece formar un jet en superficie, se hizo un corte latitudinal a 19.5 °N que atraviesa la región que muestra la deflexión del viento costero en superficie (Figura 20a). En la Figura 21a se observa el corte de la simulación con topografía normal, en el que efectivamente se ve un domo de viento intenso o jet (>20 m/s) de 1 km de altura cercano a la costa (la línea vertical indica la separación entre la costa y el Golfo de México). La extensión de los vientos intensos hacia el oeste del dominio en la simulación con topografía reducida sugiere nuevamente que la montaña es un elemento importante en la formación del jet de montaña costero que se observa en las Figuras 20a y 21a.

Figura 21. Corte latitudinal a 19.5 °N de la velocidad del viento (m/s) a las 06Z del 29 de octubre de 2010 con a) la topografía del modelo WRF y b) la topografía reducida al 10%. La línea negra vertical indica la separación entre la costa y el Golfo de México.

Una vez verificada la importancia de la SMO en la circulación del viento, se comprobó la ocurrencia del jet de montaña con el número de Froude (𝐹𝑟) y la razón entre el viento geostrófico y ageostrófico (𝑉𝑔⁄𝑉𝑎𝑔). Como se esquematizó en la Figura 2, la formación de un jet de montaña implica que el viento se vea forzado a cruzar las isobaras (𝐹𝑟 < 1) y por lo tanto que la componente ageostrófica del viento sea más importante que la componente geostrófica (𝑉𝑔⁄𝑉𝑎𝑔< 1), esto resulta en un viento paralelo a la montaña. Primero, 𝐹𝑟 se calculó cuando el viento fue perpendicular a la SMO para ver si cruzaba o no la SMO, esto ocurrió cerca de las 06Z del 28 de octubre cuando el FF #6 entró al Golfo de México e interactuó con un pequeño ciclón que estaba en el centro del Golfo; esta combinación indujo viento perpendicular en la región central de la sierra. A 23 °N el viento perpendicular tuvo una magnitud un poco mayor a 10 m/s y un número 𝐹𝑟 < 1 (Figura 22) lo que indica que el viento no ascendió por completo la montaña y al intentar rodearla cambió su dirección. A las 06Z del 29 de octubre, un poco hacia el sur, a 19.5 °N ya podía observase una estructura bien definida de viento paralelo a la sierra (Figura 23a) de casi 1 km de altura y una velocidad máxima del jet de 20 m/s. Su extensión horizontal hacia el Golfo de México fue 81 km, calculada a partir del radio de deformación de Rossby (𝐿𝑅=

𝑁ℎ 𝑓 𝐹𝑟). En la Figura 23b se resaltan en amarillo y rojo las zonas con vientos ageostróficos intensos que coinciden con el jet de montaña y los vientos Tehuanos.

Figura 22. Corte latitudinal a 23 °N de a) la velocidad del viento perpendicular a la SMO y b) el número de Froude (𝑭𝒓) a las 06Z del 28 de octubre de 2010.

Figura 23. Corte latitudinal a 19.5 °N de a) la velocidad del viento paralelo a la SMO y b) razón de las componentes geostrófica y ageostrófica del viento a 1000 hPa a las 06Z del 29 de octubre de 2010. La línea negra en b) indica el corte a 19.5 °N.

Retomando la idea planteada en la introducción sobre el balance de fuerzas en presencia de un jet de montaña, el movimiento del aire lejos de la influencia de la SMO tenderá a obedecer el balance geostrófico pero éste se modifica al acercarse a la montaña; entonces la ageostrofía que se observa en la Figura 23b puede explicarse a partir del análisis de los términos de la ecuación de movimiento. Para verificar esta idea se calcularon la fuerza debida al gradiente de presión (𝐹∇𝑝), la fuerza de Coriolis (𝐹𝐶𝑂), la aceleración Lagrangiana (𝑎𝐿) y la fuerza de fricción (𝐹𝑓) como un residuo de las anteriores. En la Figura 24 se muestra el balance de fuerzas promedio a 950 hPa durante la duración del jet de montaña (06Z del 29 de octubre al 06Z del 30de octubre de 2010) en distintos puntos dentro del dominio más fino con el fin de evaluar las diferencias entre una zona sobre el Golfo de México lejos de la influencia de la SMO (P1[(26.5 °𝑁, 95 °𝑊)], P2[(23 °N, 95 °W) ] y P3[(19 °N, 94 °W)]), en la región al norte del jet (P4[(25 °𝑁, 98 °𝑊)], P5[(23 °𝑁, 98 °𝑊)], y muy cerca del jet P6[(20.5 °𝑁, 97 °W)] y P7[(20 °N, 96 °W)]). Como era de esperarse en P1, P2 y P3 los términos dominantes fueron 𝐹𝐶𝑂 y 𝐹∇𝑝, es decir, se presentó un balance geostrófico mientras que en la parte norte de la vertiente del Golfo de México (P4 y P5) creció la contribución de 𝐹∇𝑝 y 𝐹𝑓 y en la región de los vientos intensos del jet los términos más importantes fueron 𝐹∇𝑝 y 𝑎𝐿. Es particularmente interesante la dirección de los términos dominantes 𝐹∇𝑝 y 𝑎𝐿 en P5, el balance en este punto podría explicar la extensión de los vientos intensos hacia el este ya que la posición de P5 coincide con la latitud a la que el jet se propaga hacia el Golfo de México. Además se presenta el balance de los vientos Tehuanos donde también dominan 𝐹∇𝑝 y 𝑎𝐿.

Figura 24. Balance de fuerzas promedio (𝟏𝟎−𝟑_{N/kg) durante el periodo del jet de montaña (de las 06Z del 28 de} octubre a las 06Z del 30 de octubre de 2010) a 950 hPa. La fuerza debida al gradiente de presión (𝑭𝛁𝑷) es el vector azul, la fuerza de Coriolis (𝑭𝑪𝑶) el vector verde, la fuerza de fricción (𝑭𝒇) el vector amarillo, la aceleración Lagrangiana (𝒂𝑳) el vector rojo y el viento promedio es el vector negro.