Torre caliente

Una torre caliente es una nube cumulonimbus tropical que se extiende desde la capa más baja de la atmósfera, la troposfera , hasta la estratosfera . ^{[ 1 ]} Estas formaciones se denominan "calientes" debido a la gran cantidad de calor latente liberado como vapor de agua que se condensa en líquido y se congela en hielo dentro de la nube. Las torres calientes en regiones con suficiente vorticidad pueden adquirir corrientes ascendentes rotatorias; estas se conocen como torres calientes vorticiales. En algunos casos, las torres calientes parecen desarrollar características de una supercélula , con una rotación profunda y persistente presente en la corriente ascendente. ^{[ 2 ]} El papel de las torres calientes en el clima tropical fue formulado por primera vez por Joanne Simpson en 1958. Las torres calientes dominaron las discusiones en meteorología tropical en la década de 1960 y ahora se consideran los principales impulsores del aire ascendente dentro de los ciclones tropicales y un componente importante de la circulación de Hadley . Aunque la prevalencia de las torres calientes en la literatura científica disminuyó en la década de 1970, las torres calientes siguen siendo un área activa de investigación. La presencia de torres calientes en los ciclones tropicales se correlaciona con un aumento en la intensidad de los ciclones tropicales. ^{[ 3 ]}

Las torres calientes fueron detectadas por primera vez por radar en la década de 1950. ^{[ 1 ]} Se utilizó el reconocimiento aéreo para explorar las torres calientes, aunque los aviones evitaron los núcleos más peligrosos de las torres calientes debido a preocupaciones de seguridad. ^{[ 4 ]} El lanzamiento de la Misión de Medición de Lluvias Tropicales (TRMM) en 1997 proporcionó la resolución y la cobertura necesarias para catalogar sistemáticamente las torres calientes y evaluar con precisión su estructura a nivel mundial. ^{[ 1 ]} Antes de 1997, el pequeño tamaño y la corta duración de las torres calientes limitaban los estudios de las torres calientes a observaciones aéreas, ya que las resoluciones de los sensores satelitales en longitudes de onda de microondas e infrarrojos eran demasiado bajas para resolver adecuadamente los detalles dentro de las torres calientes. ^{[ 5 ]}

El término torre caliente se ha aplicado tanto a las masas de aire que ascienden rápidamente como a las altas nubes cumulonimbus que las acompañan. ^{[ 1 ] [ 6 ]} Las regiones de aire ascendente son pequeñas horizontalmente y abarcan aproximadamente 2–4 km (1,2–2,5 mi) de ancho. ^{[ 6 ] [ 4 ]} Su mayor extensión es en vertical, alcanzando altitudes de hasta 18 km (11 mi) y exhibiendo una alta reflectividad . ^{[ 7 ]} Las torres calientes son efectivamente no diluidas; a medida que ascienden, el aire circundante no se mezcla con las masas de aire ascendentes. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Como resultado, la temperatura potencial equivalente dentro de una torre caliente permanece casi constante en toda su extensión vertical. Esto permite un transporte eficiente de calor desde la troposfera inferior a la estratosfera . Las torres calientes que se forman dentro de áreas de rotación pueden presentar corrientes ascendentes rotatorias ; estas se conocen como torres calientes vorticiales y están asociadas con regiones localizadas de vorticidad vertical anómala . ^{[ 9 ]}    

Antes de la década de 1950, el mecanismo que impulsaba las células de Hadley atmosféricas —una circulación de aire que transporta calor y humedad tropicales hacia los polos— era poco comprendido. ^{[ 10 ]} Inicialmente se creía que la célula de Hadley se alimentaba del ascenso amplio, difuso y gradual de aire cálido y húmedo cerca del ecuador. Sin embargo, los cálculos del balance energético de la Tierra utilizando datos de la Segunda Guerra Mundial mostraron que la troposfera media era una región con déficit energético, lo que indicaba que el mantenimiento de la célula de Hadley no podía explicarse por el ascenso amplio del aire. ^{[ 4 ]} El papel de las regiones tropicales en el sistema climático global y el desarrollo de perturbaciones tropicales también eran poco comprendidos. La década de 1950 marcó una década crucial que vio el avance de la meteorología tropical , incluyendo la creación del Proyecto Nacional de Investigación de Huracanes de EE. UU . en 1956. ^{[ 11 ]} En 1958, Herbert Riehl y Joanne Simpson propusieron que la liberación de calor latente causada por la condensación dentro de torres calientes suministraba la energía necesaria para mantener las células de Hadley y los vientos alisios ; su hipótesis se basó inicialmente en observaciones aéreas hechas por Simpson durante su tiempo en la Institución Oceanográfica Woods Hole . ^{[ 10 ]} Este mecanismo requería la existencia de nubes cumulonimbus no diluidas que no arrastraran el aire circundante, permitiendo la transferencia eficiente de calor desde la superficie del océano a la troposfera superior. ^{[ 12 ]} La existencia de 1500 a 2500 de estas nubes era necesaria para que sustentaran la circulación de Hadley. ^{[ 4 ]} Los investigadores también argumentaron que las torres calientes ayudaban a mantener el calor presente en el centro de los ciclones tropicales y que el ascenso del aire húmedo dentro de los ciclones tropicales se concentraba alrededor de las torres calientes. ^{[ 13 ]} En su  artículo original de 1958 que describía el papel de las torres calientes, Riehl y Simpson describieron estas nubes como "torres cálidas estrechas", pero comenzaron a denominar la idea como la "hipótesis de la torre caliente" en 1960. ^{[ 12 ] [ 10 ]} Durante las siguientes dos décadas, las torres calientes dominaron la discusión científica sobre la interacción entre las nubes cúmulos y sus entornos tropicales a mayor escala. ^{[ 11 ]}

Las observaciones aéreas del huracán Daisy en 1958 sugirieron que la convección dentro de los ciclones tropicales se limitaba a unas pocas áreas de nubes cumulonimbus, disipando la idea de que el aire ascendente se distribuía por toda la envoltura del ciclón y brindando apoyo a la hipótesis de la torre caliente. ^{[ 12 ]} En el caso del huracán Daisy, las nubes cumulonimbus convectivas representaron solo alrededor del cuatro por ciento de la región total de precipitación asociada con el huracán. Un análisis de 1961 de Riehl y Simpson utilizando los datos del NHRP del huracán Daisy concluyó que las torres calientes eran el mecanismo principal por el cual los ciclones tropicales mueven aire cálido a la troposfera superior. La nueva importancia de las torres calientes en los ciclones tropicales motivó el desarrollo de la parametrización —la representación de fenómenos e interacciones a pequeña escala, es decir, nubes cúmulos individuales— en los primeros modelos meteorológicos . ^{[ 14 ]} La hipótesis de la torre caliente también inspiró el desarrollo de la inestabilidad convectiva de segundo tipo (CISK): un modelo conceptual que enfatizaba las retroalimentaciones entre el calor latente liberado por los cúmulos individuales y la convergencia asociada con los ciclones tropicales. ^{[ 15 ]} Para la década de 1970, muchas de las ideas y predicciones presentadas por la hipótesis de la torre caliente habían sido validadas por observaciones empíricas. ^{[ 9 ]} Los críticos de la hipótesis de la torre caliente sostenían que era improbable que una nube cumulonimbus pudiera estar libre de arrastre. ^{[ 10 ]} Esta faceta de la hipótesis permaneció sin probar hasta que las radiosondas liberadas en torres calientes como parte del Experimento de Convección y Humedad en 1998 proporcionaron las primeras mediciones directas de la estructura termodinámica de las torres calientes. Los datos mostraron que la temperatura potencial equivalente dentro de las torres calientes era prácticamente constante en toda su extensión vertical, lo que confirmaba la falta de arrastre. ^{[ 9 ]} Otras observaciones de campo han sugerido que algunas corrientes ascendentes tropicales se diluyen por sus entornos circundantes a altitudes inferiores a 5 km (3,1 millas) , aunque el fuerte calor latente generado por el hielo dentro de la nube fue suficiente para proporcionar la energía de entrada necesaria para la circulación de Hadley. ^{[ 16 ]} La investigación científica de las torres calientes experimentó un resurgimiento en la década de 2000 con un enfoque renovado en su papel en la ciclogénesis tropical.  y el desarrollo de ciclones tropicales. ^{[ 6 ]}

Las torres calientes vorticiales contribuyen a la formación de ciclones tropicales al producir numerosas anomalías positivas a pequeña escala de vorticidad potencial , que finalmente se fusionan para fortalecer la tormenta en general. ^{[ 17 ]} La alta vorticidad presente en las torres calientes atrapa el calor latente liberado por esas nubes, mientras que la fusión de las torres calientes agrega este calor intensificado. ^{[ 18 ]} Estos procesos constituyen la mayor parte de la formación inicial del núcleo cálido de un ciclón tropical —el calor anómalo en el centro de dicho sistema— y del aumento del momento angular de los vientos que rodean al ciclón en desarrollo. ^{[ 17 ]}

En 2007, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) planteó la hipótesis de que la cizalladura del viento entre el ojo y la pared del ojo podría aumentar la corriente ascendente a través del centro de un ciclón y generar convección. ^{[ 19 ]} Pueden aparecer torres calientes cuando un ciclón está a punto de intensificarse, posiblemente de forma rápida . Una torre caliente particularmente alta se elevó sobre el huracán Bonnie en agosto de 1998, cuando la tormenta se intensificó antes de azotar Carolina del Norte . ^{[ 20 ]}

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• Diapositivas de UCAR: "Torres calientes y huracanes: primeras observaciones, teorías y modelos"