IMPACTOS PRODUCIDOS POR HURACANES TROPICALES

Trabajo realizado por estudiantes
Título	IMPACTOS PRODUCIDOS POR HURACANES TROPICALES
Asignatura	Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil
Curso	Curso 2016-2017
Autores	Javier Marrero Patrón (Coordinador del Equipo) Sara Larre Ara Tamara López Gilabert Alejandro Mendizabal Roche
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

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 Nueva 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

Los daños provocados por el huracán Katrina fueron incontables, es por ello que para este trabajo hemos decidido estudiar aquellos que hemos considerado como más graves o importantes. Finalmente decidimos limitarnos a los daños causados sobre la población, algunas infraestructuras y a la afección sobre el medioambiente.

Para conocer de forma lo mas exacta posible las zonas afectadas por los efectos del huracán nos hemos servido del buffer realizado y cuya obtención se ha explicado anteriormente.

Se han necesitado datos de población, aeropuertos, puertos, etc. La mayoría de ellos se han obtenido a partir de mapas de Carto DB. Para ello hemos trabajado dentro de QGis con el complemento de Carto, descargando desde ahí los siguientes mapas:

- Ciudades más pobladas del mundo

- Aerouertos más importantes del mundo

- Puertos más importantes del mundo

- Parques Nacionales de EEUU

Para otros mapas nos hemos servido del complemento OpenLayers Plugin, que nos ha permitido cargar los mapas de Open Street Map sobre nuestro proyecto.

Además, fue necesario introducir la situación de algunas refinerias. El procedimiento utilizado consistio en localizarlas a través de GoogleEarth y las guardarlas como archivos .kml para posterioremente cargarlas sobre nuestro proyecto.

Para permitir una visulización más ágil y completa de nuestro resultados finalmente, y gracias a las herramientas de Carto DB, hemos realizado un mapa interactivo en el que se muestran todos los daños de forma conjunta.

Dicho mapa puede visualizarse en el siguiente link:

https://cartoworkshops.carto.com/u/upm-carto02/builder/9c51d150-b412-11e6-92f2-0e3ebc282e83/embed

Es importante advertir que para el análisis de todos estos aspectos no se han podido tener en cuenta la totalidad de la población, infraestructuras, etc., ya que el trabajo habría demasiado amplio, por lo que nos hemos limitado a tomar los datos de mayor importancia.

3.1 POBLACIÓN

Fijandonos en dicho buffer obsevamos que los estados más afectados por el Katrina fueron Luisiana y Misisipi, ya que es en ellos donde el huracán se manifestó con mayor velocidad y menor presión, lo que supone un mayor poder destructivo. Además la zona afectada por el buffer ocupa un gran area de estos estados. Si comprobamos los datos que existen sobre las muertes reales vemos que son coherentes con lo que se muestra en nuestro mapa.

Además, a través de Carto DB, obtuvimos un mapa que muestra las ciudades más pobladas del mundo, y a partir de el conseguimos situar algunas de las ciudades más importantes de los Estados Unidos y así ver cuales de ellas se vieron afectadas por el huracán. Los resultados se muestran en el siguiente mapa, y se han clasificado en función de la violencia del Katrina a su paso por ellas, existiendo ciudades en las que la afectación fue grave, media y leve.

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 de nuestr buffer. Puesto que queriamos un análisis diferenciado en función de la magnitud de los daños fue necesario realizar 3 intersecciones difrentes del mapa de ciudades, una de ellas con el buffer de daños leves, otra con el de daños medios y otra con el de graves. Las ciudades afetadas por daños graves se obtuvieron directamente con la intersección, no obstante en el caso de los daños medios y leves fue necesario realizar sendas diferencias para obtener las ciudades afetadas.

A partir del mapa y gracias a las tablas de atributos de las que disponemos se deduce lo siguiente:

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

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

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

Esto significa un total de 78 ciudades dentro del recorrido del huracán Katrina, con una población afectada de mas de 26 millones de personas. Además hay que recordar que solo se han tenido en cuenta las ciudades más pobladas del mundo para este análisis, por lo que la cifra real sería incluso superior.

3.2 PUERTOS Y AEROPUERTOS

Para conocer la afectación que el Katrina produjo sobre los puertos y aeropuertos nos hemos servido de los mapas disponibles en Carto.

El procedimiento para localizar las infraestructras afectadas ha consistido en cargar dichos mapas sobre nuestro proyecto y posteriormente realizar una intersección de nuestro buffer con estos mapas.

En el caso de los aeropuertos vemos que el número total de afectados ascendió a 19. Entre ellos se encuetran por ejemplo el aeropuerto de Cancún, el de Jackson y varios aeropuertos de Florida.

En lo relativo a puertos el Katrina afectó a 14 de los puertos más importantes del mundo. De ellos son especialmente relevantes por su capacidad el Puerto del Sur de Lousiana, el de Baton Rouge y el de Nueva Orleans.

3.3 AFECTACIÓN AL MEDIO AMBIENTE

Para estudiar los efectos que el Katrina tuvo sobre el medioambiente decidimos cetrarnos en dos aspectos fudamentalmente. El primero de ellos fue el paso del huracán por diversos Parques Naturales de EEUU. Además, las informaciones de las que disponiamos reflejaban que el daño medioambiental más grave habia sido el producido por los vertidos que habían sufrido las refinerías, por lo que decidimos estudiar las refinerías afectadas por el paso del Katrina.

En el caso de los Parques Naturales existía un mapa en Carto con el que procedimos de igual forma que con los puertos y aeropuertos. Los resultados muestran una totalidad de 21 Parques Nacionales afectados, entre los que se encuentran por ejemplo los Everglades.

Para las refinerías la labor fue más complicada ya que existía poca información sobre ellas. Finalmente nos servimos de un documento en el que se detallaban las refinerías afectadas así como su gravedad. En el se mostraba que 5 refinerías se habian visto obligadas a detener la producción, mientras que otras 2 operaban solo de forma parcial. A través de GoogleEarth obtuvimos la localización de todas ellas y al colocarlas sobre nuestro mapa vimos que efectivamente todas ellas se encontraban dentro del buffer de afectación, dentro o muy cercanas a la zona de daños graves.

Además la afectación sobre las refinerías no solo trajo consecuecias medioambientales, sino también cuantiosas pérdidas económicas.

4 CONCLUSIONES

Tras analizar todos estos factores y compararlos con los datos que existen sobre el desastre causado por el Katrina vemos que todos ellos coinciden. Por ello parece prudente decir que el estudio realizado muestra con bastante exactitud los daños causados por el huracán Katrina.

En resumen, hemos contabilizado los siguientes daños:

- 1.833 fallecidos repartidos entre 5 estados, de los cuales 1.815 se contabilizaron en Lousiana y Misisipi

- Al menos 78 ciudades afectadas, con una población de 26.131.291 personas

- 19 aeropuertos y 14 puertos de los más importantes del mundo se vieron afectados

- 21 Parques Nacionales dentro de la trayectoria

- 7 refinerias dañadas, 5 de ellas quedaron sin producción y otras 2 con produccion parcial