Marejada ciclónica

Una marejada ciclónica, inundación ciclónica, marejada o marea ciclónica es una inundación costera o un fenómeno similar a un tsunami de aumento de agua comúnmente asociado con sistemas meteorológicos de baja presión, como los ciclones. Se mide como el aumento del nivel del agua por encima del nivel normal de la marea y no incluye las olas.

El principal factor meteorológico que contribuye a una marejada ciclónica es el viento de alta velocidad que empuja el agua hacia la costa durante un tramo largo. Otros factores que afectan la severidad de la marejada ciclónica incluyen la poca profundidad y la orientación del cuerpo de agua en la trayectoria de la tormenta, el momento de las mareas y la caída de la presión atmosférica debido a la tormenta. Hay una sugerencia de que el cambio climático puede estar aumentando el peligro de marejadas ciclónicas.

La mayoría de las víctimas durante los ciclones tropicales ocurren como resultado de marejadas ciclónicas y las marejadas son una fuente importante de daños a la infraestructura y la propiedad durante las tormentas. Algunos teorizan que a medida que el clima extremo se vuelve más intenso y el nivel del mar sube debido al cambio climático, se espera que las marejadas ciclónicas causen un mayor riesgo para las poblaciones costeras. Las comunidades y los gobiernos pueden adaptarse mediante la construcción de infraestructura sólida, como barreras contra inundaciones, infraestructura blanda, como dunas costeras o manglares, mejorando las prácticas de construcción costera y desarrollando estrategias sociales como alerta temprana, educación y planes de evacuación.

Mecánica

Al menos cinco procesos pueden estar involucrados en la alteración de los niveles de las mareas durante las tormentas.

Efecto de viento directo

Los fuertes vientos superficiales provocan corrientes superficiales en un ángulo de 45° con respecto a la dirección del viento, por un efecto conocido como Espiral de Ekman. Las tensiones del viento provocan un fenómeno denominado "establecimiento del viento", que es la tendencia de los niveles del agua a aumentar en la costa a favor del viento y a disminuir en la costa de barlovento. Intuitivamente, esto es causado por la tormenta que empuja el agua hacia un lado de la cuenca en la dirección de sus vientos. Debido a que los efectos de la Espiral de Ekman se propagan verticalmente a través del agua, el efecto es proporcional a la profundidad. El oleaje será conducido a las bahías de la misma manera que la marea astronómica.

Efecto de la presión atmosférica

Los efectos de presión de un ciclón tropical harán que el nivel del agua en el océano abierto aumente en las regiones de baja presión atmosférica y disminuya en las regiones de alta presión atmosférica. El aumento del nivel del agua contrarrestará la baja presión atmosférica de modo que la presión total en algún plano debajo de la superficie del agua permanezca constante. Este efecto se estima en un aumento de 10 mm (0,39 pulgadas) en el nivel del mar por cada milibar (hPa) de caída en la presión atmosférica. Por ejemplo, se esperaría que una gran tormenta con una caída de presión de 100 milibares tuviera un aumento del nivel del agua de 1,0 m (3,3 pies) debido al efecto de la presión.

Efecto de la rotación de la Tierra

La rotación de la Tierra provoca el efecto Coriolis, que desvía las corrientes hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Cuando esta curva lleva las corrientes a un contacto más perpendicular con la orilla, puede amplificar el oleaje, y cuando desvía la corriente lejos de la orilla, tiene el efecto de disminuir el oleaje.

Efecto de las olas

El efecto de las olas, aunque directamente impulsado por el viento, es distinto de las corrientes impulsadas por el viento de una tormenta. El poderoso viento levanta grandes y fuertes olas en la dirección de su movimiento. Aunque estas ondas superficiales son responsables de muy poco transporte de agua en aguas abiertas, pueden ser responsables de un transporte significativo cerca de la costa. Cuando las olas rompen en una línea más o menos paralela a la playa, llevan una cantidad considerable de agua hacia la orilla. A medida que rompen, el agua que se mueve hacia la orilla tiene un impulso considerable y puede ascender por una playa inclinada hasta una elevación por encima de la línea de flotación media, que puede superar el doble de la altura de la ola antes de romper.

Efecto lluvia

El efecto de la lluvia se experimenta predominantemente en los estuarios. Los huracanes pueden arrojar hasta 12 pulgadas (300 mm) de lluvia en 24 horas sobre grandes áreas y mayores densidades de lluvia en áreas localizadas. Como resultado, la escorrentía superficial puede inundar rápidamente arroyos y ríos. Esto puede aumentar el nivel del agua cerca de la cabecera de los estuarios de marea a medida que las aguas impulsadas por tormentas que surgen del océano se encuentran con las lluvias que fluyen río abajo hacia el estuario.

Topografía y profundidad del mar

Además de los procesos anteriores, la marejada ciclónica y la altura de las olas en la costa también se ven afectadas por el flujo de agua sobre la topografía subyacente, es decir, la forma y la profundidad del fondo del océano y la zona costera. Una plataforma estrecha, con aguas profundas relativamente cerca de la costa, tiende a producir un oleaje más bajo pero olas más altas y poderosas. Una plataforma ancha, con aguas menos profundas, tiende a producir una marejada ciclónica más alta con olas relativamente más pequeñas.

Por ejemplo, en Palm Beach, en la costa sureste de Florida, la profundidad del agua alcanza los 91 metros (299 pies) a 3 km (1,9 millas) de la costa y los 180 m (590 pies) a 7 km (4,3 millas) de distancia. Esto es relativamente empinado y profundo; la marejada ciclónica no es tan grande, pero las olas son más grandes en comparación con la costa oeste de Florida. Por el contrario, en el lado del Golfo de Florida, el borde de la meseta de Florida puede estar a más de 160 kilómetros (99 millas) de la costa. Florida Bay, que se encuentra entre los Cayos de Florida y el continente, es muy poco profunda con profundidades de entre 0,3 m (0,98 pies) y 2 m (6,6 pies). Estas áreas poco profundas están sujetas a marejadas ciclónicas más altas con olas más pequeñas. Otras áreas poco profundas incluyen gran parte de la costa del Golfo de México y la Bahía de Bengala.

La diferencia se debe a la cantidad de área de flujo en la que se puede disipar la marejada ciclónica. En aguas más profundas, hay más área y una marejada puede dispersarse y alejarse del huracán. En una plataforma poco profunda y de suave pendiente, la marejada tiene menos espacio para dispersarse y es empujada hacia la costa por la fuerza del viento del huracán.

La topografía de la superficie terrestre es otro elemento importante en la extensión de las marejadas ciclónicas. Las áreas, donde la tierra se encuentra a menos de unos pocos metros sobre el nivel del mar, corren un riesgo particular de inundación por marejadas ciclónicas.

Tamaño de la tormenta

El tamaño de la tormenta también afecta la altura de la marejada; esto se debe a que el área de la tormenta no es proporcional a su perímetro. Si una tormenta duplica su diámetro, su perímetro también se duplica, pero su área se cuadriplica. Como hay un perímetro proporcionalmente menor para que se disipe la oleada, la altura de la oleada termina siendo mayor.

Tormentas extratropicales

Al igual que los ciclones tropicales, los ciclones extratropicales provocan un aumento de agua en alta mar. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las marejadas ciclónicas de ciclones tropicales, los ciclones extratropicales pueden causar niveles de agua más altos en un área grande durante períodos de tiempo más prolongados, según el sistema.

En América del Norte, pueden ocurrir marejadas ciclónicas extratropicales en las costas del Pacífico y Alaska, y al norte de 31°N en la costa atlántica. Las costas con hielo marino pueden experimentar un "tsunami de hielo" que cause daños significativos tierra adentro. Las marejadas ciclónicas extratropicales pueden ser posibles más al sur de la costa del Golfo, principalmente durante el invierno, cuando los ciclones extratropicales afectan la costa, como en la Tormenta del Siglo de 1993.

Del 9 al 13 de noviembre de 2009, marcó un importante evento de marejada ciclónica extratropical en la costa este de los Estados Unidos cuando los remanentes del huracán Ida se convirtieron en una tormenta del noreste frente a la costa sureste de los Estados Unidos. Durante el evento, los vientos del este estuvieron presentes a lo largo de la periferia norte del centro de baja presión durante varios días, forzando el agua en lugares como la Bahía de Chesapeake. Los niveles de agua aumentaron significativamente y se mantuvieron hasta 8 pies (2,4 m) por encima de lo normal en numerosos lugares de Chesapeake durante varios días, ya que el agua se acumulaba continuamente dentro del estuario debido a los vientos terrestres y las lluvias de agua dulce que fluían hacia la bahía.. En muchos lugares, los niveles de agua estuvieron por debajo de los récords por solo 0,1 pies (3 cm).

Sobretensión de medición

El oleaje se puede medir directamente en las estaciones de mareas costeras como la diferencia entre la marea pronosticada y la subida del agua observada. Otro método para medir el oleaje es mediante el despliegue de transductores de presión a lo largo de la costa justo antes de que se acerque un ciclón tropical. Esto se probó por primera vez para el huracán Rita en 2005. Estos tipos de sensores se pueden colocar en lugares que estarán sumergidos y pueden medir con precisión la altura del agua sobre ellos.

Después de que la marejada de un ciclón ha retrocedido, los equipos de topógrafos mapean las marcas de marea alta (HWM) en tierra, en un proceso riguroso y detallado que incluye fotografías y descripciones escritas de las marcas. Los HWM indican la ubicación y la elevación de las aguas de inundación de una tormenta. Cuando se analizan los HWM, si se pueden desglosar los diversos componentes de la altura del agua para que se pueda identificar la parte atribuible a la marejada, entonces esa marca se puede clasificar como marejada ciclónica. De lo contrario, se clasifica como marea de tormenta. Los HWM en tierra están referenciados a un datum vertical (un sistema de coordenadas de referencia). Durante la evaluación, los HWM se dividen en cuatro categorías según la confianza en la marca; En los EE. UU., el Centro Nacional de Huracanes solo utiliza los HWM evaluados como "excelentes" en el análisis del oleaje posterior a la tormenta.

Two different measures are used for storm tide and storm surge measurements. Storm tide is measured using a geodetic vertical datum (NGVD 29 or NAVD 88). Since storm surge is defined as the rise of water beyond what would be expected by the normal movement caused by tides, storm surge is measured using tidal predictions, with the assumption that the tide prediction is well-known and only slowly varying in the region subject to the surge. Since tides are a localized phenomenon, storm surge can only be measured in relationship to a nearby tidal station. Tidal benchmark information at a station provides a translation from the geodetic vertical datum to mean sea level (MSL) at that location, then subtracting the tidal prediction yields a surge height above the normal water height.

SLOSH

The National Hurricane Center forecasts storm surges using the SLOSH model, which is an abbreviation for Sea, Lake and Overland Surge from Hurricanes. The model is accurate to within 20 percent. SLOSH inputs include the central pressure of a tropical cyclone, storm size, the cyclone's forward motion, its track, and maximum sustained winds. Local topography, bay and river orientation, depth of the sea bottom, astronomical tides, as well as other physical features, are taken into account in a predefined grid referred to as a SLOSH basin. Overlapping SLOSH basins are defined for the southern and eastern coastline of the continental U.S. Some storm simulations use more than one SLOSH basin; for instance, Hurricane Katrina SLOSH model runs used both the Lake Pontchartrain / New Orleans basin, and the Mississippi Sound basin, for the northern Gulf of Mexico landfall. The final output from the model run will display the maximum envelope of water, or MEOW, that occurred at each location.

Para permitir incertidumbres de seguimiento o pronóstico, por lo general, se generan varias ejecuciones de modelos con parámetros de entrada variables para crear un mapa de MOM o Máximo de Máximos. Para los estudios de evacuación de huracanes, se modela una familia de tormentas con trayectorias representativas para la región y con intensidades, diámetros de ojo y velocidades variables para producir las peores alturas de agua para cualquier ciclón tropical. Los resultados de estos estudios generalmente se generan a partir de varios miles de ejecuciones de SLOSH. Estos estudios han sido completados por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, bajo contrato con la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias, para varios estados y están disponibles en su sitio web de Estudios de Evacuación de Huracanes (HES). They include coastal county maps, shaded to identify the minimum category of the hurricane that will result in flooding, in each area of the county.

Impacts

Storm surge is responsible for significant property damage and loss of life as part of cyclones. Storm surge both destroys built infrastructure, like roads and undermines foundations and building structures.

Unexpected flooding in estuaries and coastal areas can catch populations unprepared, causing loss of life. The deadliest storm surge on record was the 1970 Bhola cyclone.

Additionally, storm surge can cause or transform human-utilized land through other processes, hurting soil fertility, increasing saltwater intrusion, hurting wildlife habitat, and spreading chemical or other contaminants from human storage.

Mitigation

Although meteorological surveys alert about hurricanes or severe storms, in the areas where the risk of coastal flooding is particularly high, there are specific storm surge warnings. These have been implemented, for instance, in the Netherlands, Spain, the United States, and the United Kingdom. Similarly educating coastal communities and developing local evacuation plans can reduce the relative impact on people.

A prophylactic method introduced after the North Sea Flood of 1953 is the construction of dams and storm-surge barriers (flood barriers). They are open and allow free passage, but close when the land is under threat of a storm surge. Major storm surge barriers are the Oosterscheldekering and Maeslantkering in the Netherlands, which are part of the Delta Works project; the Thames Barrier protecting London; and the Saint Petersburg Dam in Russia.

Another modern development (in use in the Netherlands) is the creation of housing communities at the edges of wetlands with floating structures, restrained in position by vertical pylons. Such wetlands can then be used to accommodate runoff and surges without causing damage to the structures while also protecting conventional structures at somewhat higher low-lying elevations, provided that dikes prevent major surge intrusion.

Other soft adaptation methods can include changing structures so that they are elevated to avoid flooding directly, or increasing natural protections like mangroves or dunes

For mainland areas, storm surge is more of a threat when the storm strikes land from seaward, rather than approaching from landward.

Reverse storm surge

Water can also be sucked away from shore prior to a storm surge. This was the case on the western Florida coast in 2017, just before Hurricane Irma made landfall, uncovering land usually underwater. This phenomenon is known as a reverse storm surge, or a negative storm surge.

Historic storm surges

The deadliest storm surge on record was the 1970 Bhola cyclone, which killed up to 500,000 people in the area of the Bay of Bengal. The low-lying coast of the Bay of Bengal is particularly vulnerable to surges caused by tropical cyclones. The deadliest storm surge in the twenty-first century was caused by the Cyclone Nargis, which killed more than 138,000 people in Myanmar in May 2008. The next deadliest in this century was caused by the Typhoon Haiyan (Yolanda), which killed more than 6,000 people in the central Philippines in 2013 and resulted in economic losses estimated at $14 billion (USD).

The Galveston Hurricane of 1900, a Category 4 hurricane that struck Galveston, Texas, drove a devastating surge ashore; between 6,000 and 12,000 lives were lost, making it the deadliest natural disaster ever to strike the United States.

The highest storm tide noted in historical accounts was produced by the 1899 Cyclone Mahina, estimated at almost 44 feet (13.41 m) at Bathurst Bay, Australia, but research published in 2000 concluded that the majority of this likely was wave run-up because of the steep coastal topography. However, much of this storm surge was likely due to Mahina's extreme intensity, as computer modeling required an intensity of 880 millibars (26 inHg) (the same intensity as the lowest recorded pressure from the storm) to produce the recorded storm surge. In the United States, one of the greatest recorded storm surges was generated by Hurricane Katrina on August 29, 2005, which produced a maximum storm surge of more than 28 feet (8.53 m) in southern Mississippi, with a storm surge height of 27.8 feet (8.47 m) in Pass Christian. Another record storm surge occurred in this same area from Hurricane Camille in 1969, with a storm tide of 24.6 feet (7.50 m), also at Pass Christian. A storm surge of 14 feet (4.27 m) occurred in New York City during Hurricane Sandy in October 2012.