Revisión Teórica

Los eventos zonda son el resultado de ondas de montaña inducidas que producen situaciones de viento intenso y turbulencia. Estas ondas han sido ampliamente estudiadas con modelos numéricos en el pasado y se han desarrollado varias teorías para su explicación. Ciertas condiciones ambientales son favorables para el desarrollo de estas ondas. Es importante resaltar que dada la complejidad de la interacción entre ellas, diferentes combinaciones de parámetros llevan a diferentes resultados, sin embargo, las principales características ambientales comunes a la formación de ondas de montaña son las siguientes:

  • Flujo casi perpendicular a la cadena montañosa en su tope, con velocidades mayores a los 15 m/s.
  • Capa estable cerca del tope de la cadena montañosa a barlovento.
  • Capa superior donde se invierte el flujo ("capa crítica").
  • Gradiente de presión en niveles bajos que favorece que el flujo atraviese la montaña.

Este fenómeno de mesoescala está relacionado a la proximidad de un frente frío acompañado por una vaguada en el nivel superior, un fuerte flujo que atraviesa la montaña en niveles medios y depresiones que cruzan los Andes más al Sur.

Extensión espacial: generalmente confinado a la proximidad de las montañas.

Duración: desarrollo repentino, duración corta (unas pocas horas).

Intensidad: vientos máximos = 50 km/h, ráfagas = 100 km/h en casos severos.

Introducción

Los 3 principales mecanismos físicos que generan ondas de gran amplitud son:

  1. Salto hidráulico
  2. Ondas de montaña de gran amplitud y propagación vertical
  3. Ondas de gran amplitud que rompen y capas críticas autoinducidas

1. Salto Hidráulico

Esta teoría asume flujo hidrostático de un fluido homogéneo limitado por una superficie libre que sobrepasa una barrera montañosa. Esta aproximación lleva a un balance entre la advección no lineal, las fuerzas del gradiente de presión causadas por cambios en el espesor del fluido y la fuerza gravitacional. Se puede demostrar que la contribución relativa de los dos primeros términos puede ser cuantificada usando el número de Froude (Fr2=U2/gD, donde U es la velocidad del fluido y D es su espesor), y que la advección siempre se opone a la fuerza del gradiente de presión.

Si Fr>1 (flujo supercrítico), la advección no lineal es más fuerte que la fuerza de presión, y el balance se alcanza cuando el flujo se acelera en la misma dirección que la fuerza gravitatoria. Esto hace que la parcela de fluido se desacelere a medida que asciende, convirtiendo la energía cinética (KE) en potencial (PE), y se acelere al descender, reconvirtiendo PE en KE.

Si Fr<1 (flujo subcrítico), el término de gradiente de presión domina y el balance es satisfecho cuando la parcela de fluido se acelera en dirección opuesta a la fuerza gravitacional. Esto es, aceleración en el ascenso - PE a KE como resultado de una caída en la superficie libre - y desaceleración en el descenso - KE a PE.

Si hay aceleración a lo largo de todo el camino sobrepasando la montaña, el flujo de aire sufre una transición de subcrítico a supercrítico, y se producen velocidades ladera abajo muy intensas. Esto se logra cuando hay suficiente aceleración durante el ascenso; por lo tanto, el flujo de aire eventualmente recupera las condiciones ambientales corriente abajo. Este proceso turbulento se denomina salto hidráulico. La alta velocidad es resultado de una continua conversión de energía potencial en energía cinética.

Esquema de: a) flujo supercrítico , b) flujo subcrítico y c) salto hidráulico. Adaptado de Durran (1986).

2. Ondas de montaña de propagación vertical

Cuando la troposfera está dividida en varias capas con estabilidad constante y cortante vertical de viento dentro de cada capa, las ondas hidrostáticas de pequeña amplitud pueden ser parcialmente reflejadas en la interface de las capas, resultando que las ondas se amplifican y cuando se alcanza la resonancia, se producen fuertes vientos (descendiendo por la ladera). Esta reflexión de energía depende de las características de cada capa, aunque una de las características más importantes, necesaria para la generación de ondas de gran amplitud y fuertes vientos descendentes, es la presencia de una capa estable cerca del tope de la cadena montañosa.

Este método reproduce un ambiente más realista que la teoría del salto hidráulico y los datos observados de los radiosondeos muestran directamente cuando las condiciones son favorables para el desarrollo de ondas de montaña.

3. Ondas de gran amplitud que rompen y capas críticas autoinducidas

Otro mecanismo que explica el viento intenso descendente está relacionado a la rotura de la onda y a la propagación descendente de energía.

Las ondas aumentan en amplitud considerablemente cuando hay un "vuelco" en las líneas de corriente (o isentrópicas). Estas regiones inestables (en las cuales la energía potencial disminuye cuando la altura aumenta) están caracterizadas por fuerte mezcla turbulenta y la inversión de la dirección del viento. La capa donde sucede esto se conoce como "capa crítica autoinducida", y la energía de la onda permanece atrapada por debajo, creando un ambiente favorable para ondas de gran amplitud.

La existencia de una capa crítica en el ambiente (entorno) puede también contribuir a la amplificación de la onda, y es una característica que puede ser diagnosticada usando datos de radiosondeo.

Este mecanismo explica la turbulencia en aire claro (CAT) sobre las montañas. También puede ser aplicado en el caso de montañas altas, a diferencia del caso hidrostático anterior, el cual es válido solamente para montañas más bajas.

Esquema de ondas de montaña en los Andes, mostrando la zona donde rompe la onda y la similitud con el salto hidráulico.

Ubicación Geográfica

La Cordillera de los Andes extratropical se extiende meridionalmente desde unos 25°S a 37°S, con un ancho variable de 200-300 km y pendientes pronunciadas en ambos lados. La altura varía latitudinalmente, y las elevaciones más altas se encuentran entre 32.5°S - 33.5°S, donde la altura media es de 4500 m; más hacia el sur la altura de los topes decrece hasta aproximadamente 2500 m.

Los eventos Zonda son más intensos donde las montañas son más altas y empinadas, esto ocurre más frecuentemente entre 30°S y 35°S, pero el fenómeno puede extenderse hacia el norte hasta unos 23°S. Más hacia el sur, los eventos de viento zonda son muy poco frecuentes.

Perfil latitudinal de los Andes entre 30°S y 37.5°S. De Viale (2011).

Variabilidad Estacional

Los eventos Zonda son más frecuentes en la zona de mayor altitud de la cordillera de los Andes, de Mayo a Noviembre, cuando las condiciones son más favorables para la propagación de vaguadas hacia latitudes bajas.

Frecuencia mensual de Zonda para las estaciones de San Juan (negro) y Mendoza (rojo). Adaptado de G. Rolón (1977).