Diferencia entre revisiones de «IMPACTOS PRODUCIDOS POR HURACANES TROPICALES»

Revisión actual del 13:59 9 dic 2016

Los huracanes tropicales son fenómenos meteorológicos formados por un ojo o centro de vientos calmos rodeados de una banda nubosa de fuertes vientos y tormentas con intensas precipitaciones. El objetivo de este trabajo es analizar las afectaciones provocadas por los huracanes a lo largo de su trayectoria y sus efectos devastadores en función de la intensidad. Para estudiar los perjuicios producidos el colectivo decidió analizar el huracán KATRINA que devastó las costas del golfo desde Florida a Texas y produjo el fallo de las protecciones de New Orleans, lo cual es considerado el mayor desastre de la ingeniería civil de la historia de los Estados Unidos. El análisis incluye documentación gráfica con herramientas SIG Ráster que reflejan los impactos producidos por las inundaciones generadas por la entrada en tierra del huracán y las bandas lluviosas. El otro aspecto estudiado es la determinación de zonas críticas alrededor del ojo del huracán mediante herramientas SIG Vectorial. Se realizó un ajuste matemático a la trayectoria georreferenciada considerando imágenes satelitales para definir la intensidad con que fueron afectadas las diferentes regiones por las cuales transitó el huracán. A partir de lo anteriormente mencionado se confeccionan mapas temáticos a diferentes escalas para ilustrar de forma interactiva los daños ocasionados por huracanes tropicales.

1 INTRODUCCIÓN

Huracán es un término meteorológico usado para referirse a un sistema tormentoso caracterizado por una circulación cerrada alrededor de un centro de baja presión y que produce fuertes vientos y abundante lluvia. Los huracanes tropicales extraen su energía de la condensación de aire húmedo, produciendo fuertes vientos. Dependiendo de su intensidad pueden llamarse depresión tropical, tormenta tropical, huracán y de su localización se pueden llamar tifón (especialmente en las Islas Filipinas y China) o simplemente ciclón. Su nombre se deriva de los trópicos y su naturaleza ciclónica. El término "tropical" se refiere tanto al origen geográfico de estos sistemas, que se forman casi exclusivamente en las regiones intertropicales del planeta, como a su formación en masas de aire tropical de origen marino. El término "ciclón" se refiere a la naturaleza ciclónica de las tormentas, con una rotación en el sentido contrario al de las agujas del reloj en el hemisferio norte y en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio sur.

Los ciclones se desarrollan sobre extensas superficies de agua cálida y cuando las condiciones atmosféricas alrededor de una débil perturbación en la atmósfera son favorables. A veces se forman cuando otros tipos de ciclones adquieren características tropicales. Los sistemas tropicales son conducidos por vientos direccionales hacia la troposfera; si las condiciones continúan siendo favorables, la perturbación tropical se intensifica y puede llegar a desarrollarse un ojo, y pierden su fuerza cuando penetran en tierra o si las condiciones alrededor del sistema se deterioran este se disipa.

Los ciclones tropicales producen grandes daños en la zonas costeras mientras que regiones interiores y altas están relativamente a salvo de los daños, también producen lluvias torrenciales que a su vez pueden producir inundaciones y corrimientos de tierra y también provocan marejadas ciclónicas en áreas costeras y las cuales dependiendo de la geografía pueden producir inundaciones extensas a más de 40 km hacia el interior en llanuras litorales extensas y de pendiente escasa. Aunque sus efectos en las poblaciones y barcos pueden ser catastróficos, los ciclones tropicales pueden reducir los efectos de una sequía. Además, transportan el calor de los trópicos a latitudes más templadas, lo que hace que sean un importante mecanismo de la circulación atmosférica global que mantiene en equilibrio la troposfera y mantiene relativamente estable y cálida la temperatura terrestre.

El objetivo de este trabajo es analizar las afectaciones provocadas por los huracanes a lo largo de su trayectoria y su relación con los daños ocasionados. Se propone estudiar cuatro de los huracanes más significativos de la historia (ANDREW 1992, KATRINA 2005, WILMA 2005, IKE 2008) caracterizándolos fundamentalmente por el comportamiento de su intensidad (presión central y velocidad del viento). Con los casos analizados se pretende establecer patrones de comportamiento similares y las principales diferencias respecto a características significativas. Para estudiar los daños producidos el colectivo decidió analizar el huracán KATRINA debido a que fue uno de los más destructivos y el que causó más víctimas mortales de la temporada de huracanes del 2005 en el Atlántico.

2 METODOLOGÍA

La información de partida se obtuvo en la página oficial del Centro Nacional de Huracanes de Estados Unidos con datos sobre la trayectoria georreferenciada (fecha, velocidad y presión) en formato vectorial. Fue necesaria la conversión para la extracción de valores de la tabla de atributos, la realización de operaciones matemáticas con la calculadora de campos, el etiquetado de datos de interés y la definición de escalas categorizadas por colores.

Al realizar una búsqueda preliminar de información sobre el tema analizado encontramos los principales motivos que provocan muertes asociadas a huracanes. El siguiente gráfico muestra de manera cuantitativa datos históricos sobre fallecimientos.

Considerando el gráfico anterior decidimos estudiar en primera instancia los efectos de las inundaciones en los territorios afectados por el huracán Katrina. A partir del Modelo Digital del Terreno (MDT) de los Estados Unidos y una imagen satelital georrefenciada se determinó la región a analizar.

Posteriormente se recortó el MDT con la herramienta de extracción Clipper de QGIS y con aplicaciones de GRASS se determinaron diferentes cotas de inundación. La definición de cotas se realizó a partir de conocer el Nivel Medio del Mar en la boya más cercana al punto por donde entró el huracán a tierra más la elevación asociada a la intensidad de este fenómeno meteorológico.

Las características básicas de los huracanes y su clasificación en función de la intensidad de los vientos se definen mediante la Escala Saffir-Simpson. Este procedimiento sintético nos muestra de manera descriptiva el poder destructivo vinculado a estos centros de baja presión.

Se ofrecen los datos de velocidad del viento en diferentes unidades para tener órdenes de magnitud comparativos. En el caso de los valores en km/h sirve como referencia la velocidad de circulación de los automóviles en carreteras. La velocidad en millas por hora es una unidad de medida que se utiliza oficialmente en Estados Unidos y Reino Unido. Los valores pertenecientes a la Categoría 1 son los mayores alcanzados por personas al lanzar una pelota de béisbol. Por último, la velocidad en m/s se utiliza para comparar los valores establecidos por el Código Técnico de la Edificación en España. En cualquier zona de la península ibérica la velocidad básica del viento es muy inferior a los datos expuestos en la clasificación anterior.

Considerando el caso del huracán Katrina se define el comportamiento en el tiempo mediante seguimientos satelitales, observaciones aéreas y mediciones con GPS Dropwindsones. Estos datos son elaborados por el National Hurricane Center (NHC) y reflejados en un informe técnico con todos los detalles específicos. A continuación se muestran los gráficos que muestran la evolución del huracán.

A partir de los datos anteriores se realizó ajuste polinómico para definir las funciones de velocidad y presión en función del tiempo. Después de un proceso iterativo con MATLAB el mejor resultado de ajuste se obtuvo con polinomios de grado 19.

Este gráfico muestra la evolución de los dos parámetros principales que caracterizan a un huracán. Se evidencia la estrecha relación entre velocidad y presión para este fenómeno meteorológico. Al principio y al final del ciclo de vida del huracán es donde se obtienen los mayores valores de presión y los menores valores de velocidad. También se define claramente el valor máximo de velocidad que divide el comportamiento para este caso en dos fases:

1-Formación y consolidación (incremento de la intensidad y de la probabilidad de daños potenciales).

2-Debilitamiento y disipación (disminución de la intensidad y de la capacidad destructiva asociada).

Considerando las ideas anteriormente expuestas decidimos definir un buffer de sección variable estableciendo tres zonas de daños (graves, medios y leves). A partir de una imagen satelital georreferenciada se determinaron los radios medios de afectaciones. Esta imagen infrarroja refleja el comportamiento térmico del huracán definiéndose la pared del ojo como una banda donde los vientos alcanzan las mayores velocidades y por tanto los peores daños. A medida que aumentan las distancias medias desde el ojo hasta el exterior del área de influencia del huracán disminuyen considerablemente la intensidad de los vientos y las precipitaciones. Como la velocidad es el parámetro que tiene mayor cantidad de datos en el seguimiento del huracán Katrina utilizamos la función polinomial ajustada a este parámetro para definir proporcionalmente la variación de los radios medios en función de la intensidad.

3 RESULTADOS

3.1 Análisis de Inundaciones

Para reflejar todas las posibles inundaciones no sólo se consideraron los efectos generados por la subida de mareas sino también los ocasionados por las lluvias torrenciales asociadas al huracán y por el desbordamiento de ríos. Estos fenómenos climáticos afectan fundamentalmente a las zonas topográficas de menores elevaciones. A partir del recorte del MDT y la imagen de un radar meteorológico utilizado para localizar precipitaciones y calcular sus trayectorias se definieron las regiones en las cuales se produjeron las principales inundaciones.

La imagen del radar meteorológico utiliza datos basados en reflectividad (en decibelios o dBZ). Los ecos, provenientes del reflejo sobre los blancos detectados, son analizados de acuerdo con sus intensidades para establecer los índices de precipitaciones del volumen explorado.

U.S. National Doppler Radar usa la siguiente escala para los diferentes niveles de reflectividad:

-MAGENTA: 65 dBZ (extremadamente pesada precipitación)

-ROJO: 52 dBZ

-AMARILLO: 36 dBZ

-VERDE: 20 dBZ (ligera precipitación)

Considerando los aspectos anteriormente mencionados se obtienen los resultados para diferentes cotas de inundación utilizando como base el mapa de OpenStreetMap y la trayectoria del huracán en la zona de entrada a territorio estadounidense.

3.2 Daños ocasionados en núcleos urbanos densamente poblados

En el caso de las afectaciones a la población hemos utilizado datos del mapa de CARTO correspondiente a las ciudades más pobladas del mundo. Considerando los complementos CartoDB y OpenLayers se definieron los núcleos más poblados que coinciden con el buffer de daños configurado anteriormente. Para la obtención de estos resultados el procedimiento utilizado consistió en cargar el mapa de ciudades más pobladas del mundo e intersectarlo con los resultados del buffer. Se estableció un análisis diferenciado en función de la magnitud de los daños, por lo que fue necesario realizar 3 intersecciones diferentes con el mapa de ciudades, una de ellas con el buffer de daños leves, otra con el de daños medios y otra con el de graves. En el siguiente mapa se muestra la intensidad de los daños producidos por el huracán Katrina a lo largo de su trayectoria en las ciudades con mayor población.

A partir del mapa anterior y utilizando las tablas de atributos vinculadas a los procesos de cálculo de intersección de zonas de daños (graves, leves y medios) de las que disponemos se deduce lo siguiente:

- 25 ciudades principales afectadas por daños graves, con una población total de 14.930.580 habitantes

- 17 ciudades principales afectadas por daños medios, con una población total de 6.311.730 habitantes

- 36 ciudades principales afectadas por daños leves, con una población total de 4.888.981 habitantes

Lo que implica que un total de 78 ciudades fueron afectadas como parte del recorrido del huracán Katrina y fue dañada una población total de más de 26 millones de personas. Además hay que recordar que sólo se han tenido en cuenta las ciudades más pobladas para este análisis, por lo que la cifra real fue superior.

Analizando el buffer de daños se aprecia que los estados más afectados por el huracán Katrina fueron Louisiana y Mississipi, ya que es en ellos donde este fenómeno meteorológico se manifestó con mayor intensidad (mayor velocidad y menor presión), lo que implica su poder destructivo máximo. El siguiente mapa muestra las regiones afectadas por el buffer y se evidencia que este ocupa una gran área de estos estados generando la mayor cantidad de muertes registradas.

3.3 Afectaciones a Infraestructuras de Transporte

Para analizar este parámetro que mide de cierta manera los daños económicos hemos considerado sólo infraestructuras puntuales. No se reflejan las infraestructuras lineales (carreteras y vías férreas) debido a que las afectaciones son locales y tienen menor impacto global.

En el caso de las afectaciones a las infraestructuras hemos utilizado datos de mapas de CARTO correspondientes a los puertos y aeropuertos más importantes del mundo. Considerando los complementos CartoDB y OpenLayers se definieron las infraestructuras que coinciden con el buffer de daños configurado anteriormente. Para la obtención de estos resultados el procedimiento utilizado fue similar al de los daños ocasionados en ciudades.

En el caso de los aeropuertos vemos que el número total de afectados ascendió a 19. Entre ellos se encuentran por ejemplo el aeropuerto de Cancún, el de Jackson y varios aeropuertos de Florida. El siguiente mapa muestra las terminales en tierra de transporte aéreo perjudicadas por el huracán Katrina a lo largo de su trayectoria. Registrando desde los mayores daños hasta las afectaciones menores por la cancelación de vuelos planificados.

En lo relativo a puertos el huracán Katrina afectó a 13 de los puertos más importantes del mundo situados en la zona de estudio. Causando un impacto económico muy importante en la ciudad de New Orleans que posee uno de los puertos más concurridos del mundo y su área metropolitana es un centro fuerte de la industria marítima. El siguiente mapa muestra los puertos perjudicados por el huracán Katrina a lo largo de su trayectoria. Registrando desde los mayores daños hasta las afectaciones menores y las fechas que definen el período en el cual el tráfico marítimo en el Caribe estuvo totalmente paralizado.

3.4 Daños al Medio Ambiente

Para estudiar los efectos que el huracán Katrina tuvo sobre el medio ambiente decidimos centrarnos en dos aspectos fundamentalmente. El primero de ellos fue el paso de este fenómeno meteorológico por diversos Parques Naturales de EEUU. Además, revisando la información de la que disponíamos, se establecía que el daño medioambiental más grave había sido el producido por los vertidos ocasionados en la industria petroquímica, a partir de lo cual decidimos estudiar las refinerías afectadas por el paso del Katrina.

En el caso de las afectaciones a los Parques Naturales hemos utilizado datos de mapas de CARTO correspondientes a los espacios protegidos de los Estados Unidos. Considerando los complementos CartoDB y OpenLayers se definieron los Parques Nacionales que coinciden con el buffer de daños configurado anteriormente. Para la obtención de estos resultados el procedimiento utilizado fue similar al de los daños ocasionados en ciudades. El siguiente mapa muestra como resultados una totalidad de 21 Parques Nacionales afectados, entre los que se encuentran por ejemplo, el Parque Nacional de los Everglades, que acoge un ecosistema principal y también único del mundo.

Para las definir las afectaciones generadas por las refinerías la labor fue más complicada ya que existía poca información sobre ellas. Finalmente, utilizamos un documento en el que se detallaban las refinerías afectadas así como su gravedad. En el informe se mostraba que 5 refinerías se habían visto obligadas a detener la producción, mientras que otras 2 operaban sólo de forma parcial. A través de Google Earth obtuvimos la localización, se digitalizaron posteriormente en una capa vectorial y a continuación se cargaron en el mapa de daños. El siguiente mapa muestra el estado de las refinerías después del paso del huracán y se evidencia que se encuentran incluidas en el buffer de afectaciones, dentro o muy cercanas a la zona de daños graves.

4 CONCLUSIONES

La evolución y comportamiento de los huracanes depende de muchos factores debido a que estos fenómenos meteorológicos se producen en condiciones muy particulares. Cada año se destinan enormes cantidades de dinero a estudiar y darle seguimiento a los huracanes para evitar sus impactos catastróficos. Es evidente que las trayectorias de los casos analizados muestran algunas tendencias, pero en general el movimiento es caótico, desordenado y muy difícil de predecir. En este contexto, las herramientas de SIG tienen un uso fundamental para analizar los posibles daños y establecer hipótesis sobre posibles trayectorias. En función de la intensidad (velocidad y presión) que posea el huracán y la zona geográfica (condiciones topográficas, núcleos urbanos, infraestructuras en general, zonas industriales, espacios protegidos, etc) por donde entre a tierra se pueden estimar los daños y definir políticas preventivas. Mediante el seguimiento en tiempo real se establecen los intervalos temporales en los que se produce la consolidación (incremento de la intensidad y de la probabilidad de daños potenciales) o se provoca un debilitamiento (disminución de la intensidad y de la capacidad destructiva asociada). Las herramientas de SIG ofrecen un amplio espectro de posibilidades de resultados en el análisis, desde productos globales (regiones y países)hasta muy locales y específicos (estados, ciudades, condados, etc). Las características de la información gráfica garantizan la interpretación de resultados de forma intuitiva y producen un fácil entendimiento de manera cualitativa para sectores no profesionales. El procesamiento matemático de datos es otro de los recursos con mayor aplicación para obtener relaciones comparativas y caracterizar cualitativamente los aspectos estudiados. Como mejoras futuras se propone realizar los mismos estudios a un número de huracanes superior con el objetivo de conocer con mayor cantidad de datos estos fenómenos meteorológicos. También se podría incluir un análisis más detallado de las precipitaciones para obtener mapas de daños vinculados a este tema e incluir en la metodología algunas cuestiones para medir impactos económicos. Por último, el mejor avance, sería utilizar mucho más datos que los analizados para poder contrastar la información plasmada en informes con la generada a través del procesamiento mediante herramientas SIG y obtener modelos más fiables que describan de manera más efectiva el comportamiento, como ocurrió en nuestro caso para algunos parámetros.

5 REFERENCIAS

http://www.qgis.org/es/site

http://es.mathworks.com

http://www.nhc.noaa.gov

http://www.nhc.noaa.gov/outreach/history/#katrina

http://www.nhc.noaa.gov/outreach/history/#andrew

http://www.nhc.noaa.gov/outreach/history/#wilma

http://www.nhc.noaa.gov/outreach/history/#ike

https://coast.noaa.gov/hurricanes/?redirect=301ocm

http://www.nhc.noaa.gov/aboutsshws.php

http://www.naturalearthdata.com/downloads/10m-cultural-vectors/10m-admin-0-countries

http://www.diva-gis.org/gdata

http://www.gadm.org

https://www.openstreetmap.org

https://carto.com

http://www.nhc.noaa.gov/data/tcr/AL122005_Katrina.pdf

https://es.wikipedia.org/wiki/Hurac%C3%A1n_Katrina

http://www.ospo.noaa.gov/Organization/History/imagery/Katrina/index.html

http://tidesandcurrents.noaa.gov/map

https://es.wikipedia.org/wiki/Radar_meteorol%C3%B3gico

https://es.wikipedia.org/wiki/Cicl%C3%B3n_tropical

https://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_huracanes_de_Saffir-Simpson

https://es.wikipedia.org/wiki/Nueva_Orleans#Econom.C3.ADa

http://www.quiminet.com/noticias/huracan-katrina-estatus-de-danos-a-la-industria-petroquimica-2070588.htm

6 ANEXOS

MAPA DE HURACANES GRADUADO POR COLORES (VELOCIDAD)

IMAGEN SATELITAL DEL HURACÁN KATRINA

MAPA DE DAÑOS A INFRAESTRUCTURAS Y CIUDADES EN LA ZONA DE ENTRADA EN TIERRA

MAPA DE DAÑOS AL MEDIO AMBIENTE EN LA ZONA DE ENTRADA EN TIERRA

MAPA DE DAÑOS TOTALES EN LA FLORIDA Y EL CARIBE

MAPA DE DAÑOS TOTALES A PARTIR DE LA ENTRADA EN TIERRA

MAPA DE DAÑOS EN LOS ESTADOS CON MAYORES AFECTACIONES

MAPA DE AFECTACIONES EN LA ZONA COSTERA