Análisis: ¿Una tormenta de invierno en pleno verano? Entendiendo el extraordinario evento de finales de enero de 2021 en Chile central | (CR)2

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René D. Garreaud, Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile, y Centro de Ciencia del Clima y la Resiliencia (CR)2; Iván Vergara, Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Geoambientales – CONICET, Bariloche, Argentina; y Maximiliano Viale, Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales – CONICET, Mendoza, Argentina

Sorpresa de verano

Entre el 28 y el 31 de enero de 2021 la zona central de Chile -desde la región de Valparaíso hasta La Araucanía- experimentó una tormenta de gran magnitud, con acumulaciones de precipitación entre 40 y 120 mm, intensidades superiores a 10 mm por hora, granizo, actividad eléctrica y una sustancial disminución de temperaturas. Esta inusual condición de invierno en medio del verano ocasionó fuertes incrementos de caudal y turbiedad en los ríos de la zona, flujos de detritos (referidos como aluviones), deslizamientos de tierra y caídas de rocas. Todo lo anterior resultó en importantes y numerosos impactos a la población, infraestructura vial y agricultura. Afortunadamente, la tormenta no dejó personas heridas ni fallecidas, debido (al menos en parte) al correcto pronóstico de la tormenta y a la oportuna comunicación del riesgo que esta significaba.

En este breve análisis proporcionamos el marco hidrometeorológico del evento y resumimos sus principales impactos. El papel de un río atmosférico y posterior inestabilidad en la generación de las precipitaciones es discutido con cierto detalle técnico. En la sección final situamos la tormenta de enero de 2021 en un contexto histórico, incluyendo el posible impacto del cambio climático.

En verano llueve, pero muy poquito

Los eventos de precipitación en Chile central son muy infrecuentes durante los meses de verano (diciembre-enero-febrero) debido al dominio de las altas presiones sobre el Pacifico subtropical, que desplazan el callejón de tormentas hacia el sur (Figura 1a). En Santiago, por ejemplo, el promedio histórico de precipitación estival es de tan solo 7 mm -equivalente a un 2 % de la acumulación anual-, aunque en la mayoría de los veranos ni siquiera llueve, como discutiremos al final de este trabajo. En la precordillera, los montos de precipitación estival son algo superiores, aunque sin superar el 10 % del total anual (1). Las lluvias de verano sobre los Andes subtropicales ocurren, principalmente, durante días en que el flujo de aire en la tropósfera media (entre 4 y 6 kilómetros de altura) sopla desde el Este (1,2), transportando humedad desde el centro de Argentina (e incluso desde el océano Atlántico) como se esquematiza en la Figura 1b. Esas condiciones favorecen el desarrollo de tormentas aisladas sobre las cumbres de los Andes que pueden proyectarse hacia la vertiente chilena y, en casos muy excepcionales, dejar algunas gotas en los valles. Aunque de corta duración (horas) y pequeña escala espacial (decenas de km2), estas tormentas de tipo convectivo son una amenaza significativa, pues la precipitación líquida puede ocurrir hasta a 5 km de altura y con alta intensidad, desencadenado aluviones (3) y crecidas súbitas en la parte alta de las cuencas andinas, junto con eventos de alta turbiedad en los ríos cordilleranos (4).

Figura 1. Esquemas sinópticos de (a) la condición típica de verano, (b) episodios de tormentas convectivas sobre la cordillera de los Andes subtropicales en verano, (c) la llegada de un frente frío a Chile central (mayoritariamente en invierno) junto a un río atmosférico (flecha verde oscuro) y (d) la llegada de un frente estacionario y un río atmosférico zonal a Chile central. Los óvalos rojos y violeta corresponden a isobaras (líneas de igual presión) a nivel del mar; las letras A y B indican los centros de alta y baja presión en superficie, respectivamente. Flecha violeta indica dirección del viento en la troposfera media (entre 4 y 6 kilómetros de altura). En el panel (a) la línea segmentada verde indica el corredor o callejón de tormentas que además coincide con el cinturón de los vientos oestes.

Presentando al ZAR

Los mapas sinópticos de la mañana del 28 de enero (Figura 2) muestran los rasgos de gran escala más relevantes al inicio de la tormenta que estudiamos, incluyendo una fuerte corriente de vientos del Oeste (desde el Pacifico) en la tropósfera media junto a una banda de alto contenido de agua precipitable (una medida de cuánto vapor posee la columna troposférica) elongada desde el Pacifico central hasta las costas del país (Figura 2a). Este chorro del oeste y la banda húmeda se ubican justo al norte de la zona de contraste de temperatura entre el aire cálido sobre el Pacifico subtropical y el aire frío más al sur (Figura 2c). En la misma figura se incluye el perfil de temperatura, humedad y vientos medidos por la radiosonda de Santo Domingo (costa a 33.5°S) para el 29 de enero, donde se aprecia la dominancia de los vientos del Oeste y altos niveles de humedad en toda la columna troposférica (Figura 2d).

Los filamentos de alta humedad y fuertes vientos, como el que se distingue en la Figura 2a, se denominan ríos atmosféricos (AR, por sus siglas en inglés, 5), pues transportan grandes cantidades de vapor de agua desde su origen tropical/subtropical oceánico hacia latitudes extratropicales. Este vapor condesa y precipita en abundancia cuando es forzado a ascender sobre un frente o cordillera. Los AR muy rara vez alcanzan Chile central en verano, pero sí lo hacen entre cinco y diez ocasiones en los meses de invierno (6,7), generalmente, delante de un frente frío, ambos con orientación noroeste a sureste, como lo esquematiza la Figura 1c. En estos casos invernales, el viento en toda la troposfera presenta una dirección predominante desde el norte y buena parte de la precipitación ocurre una vez que la temperatura ha comenzado a descender. Así, en invierno, la isoterma 0 °C está en torno a los 2,3 km de altura (8), y la precipitación sobre este nivel forma el manto de nieve sobre la cordillera de los Andes.

Figura 2. Rasgos de gran escala en la primera etapa de la tormenta (28 de enero 2021 a las 18 UTC). (a) Agua precipitable (colores) y viento en 500 hPa (unos 5.5 km de altura; vectores). (b) Transporte integrado de vapor de agua (IVT). (c) Temperatura del aire en el nivel 850 hPa (colores) y magnitud del viento zonal (contornos: 15, 20 y 25 m/s). (d) Perfil troposférico (diagrama Skew-T log-P) en Santo Domingo (sector costero a 33°S) para el día 29 de enero 2021 a las 12 UTC.  La línea roja horizontal indica la altura de la isoterma 0°C. Datos paneles a-b-c: ERA5. Datos panel d: Dirección meteorológica de Chile.

Volvamos a fines de enero del 2021. La circulación de gran escala en la Figura 2 es muy distinta a las típicas tormentas convectivas de verano y también difiere de la condición prevalente en la mayoría de los sistemas frontales de invierno. Lo que ocurrió a fines de enero de 2021 corresponde a un río atmosférico zonal (ZAR, por sus siglas en inglés), en que el transporte de vapor de agua ocurre en una banda en dirección oeste-este, interceptando la cordillera de los Andes en forma casi perpendicular (Figura 1d). Incluso en invierno los ZAR son poco frecuentes (uno o dos cada año), pero potencialmente peligrosos, pues las precipitaciones ocurren en un ambiente cálido (delante de un frente estacionario), generando lluvia en laderas andinas hasta 3 y 4 km de altura, pudiendo generar crecidas en los ríos de Chile central (9). En la tormenta de enero de 2021 la altura de la isoterma 0 °C se ubicó a unos 3.700 metros sobre el nivel del mar (Figura 2d).

Una variable muy útil para identificar y caracterizar ríos atmosféricos es el transporte integrado de vapor de agua (IVT, por sus siglas en inglés), que se obtiene sumando el producto entre el viento y masa de vapor de agua en cada nivel de la columna troposférica. Un valor de IVT = 250 kg/m/s es usualmente considerado el límite inferior para definir una condición de río atmosférico (5). El mapa de IVT para el día 28 de enero se presenta en la Figura 2b, donde el ZAR corresponde a la banda de altos valores -sobrepasando los 500 kg/m/s-, extendiéndose desde el Pacifico central hasta las costas de Chile. El lugar donde un río atmosférico alcanza el continente es de especial interés, pues allí el flujo de vapor es máximo y es donde ocurren las mayores precipitaciones. La Figura 3a presenta un corte latitud-tiempo a lo largo de la costa chilena (74°O) del IVT. De acuerdo con lo anterior, el ZAR llegó a la costa del sur (40°S, Región de Los Ríos) del país el 27 de enero, se intensificó el día 28 y comenzó a avanzar al norte hasta alcanzar los 32°S (Región de Valparaíso) a comienzos del 30 de enero.

Figura 3. (a) Corte latitud tiempo de IVT (Integrated water vapor transport, fuente: ERA5) a lo largo de 74°W (cercano a la costa chilena) entre las 00 UTC del 27 y las 23 UTC del 31 de enero de 2021. La línea segmentada horizontal indica la latitud a la cual se encuentra Santiago y San José de Maipo. (b) Precipitación horaria en Santiago (Quinta Normal, 33.5°S valle central) y San José de Maipo (Guayacán, 33.5°S Cajón del Maipo) entre el 27 y 31 de enero de 2021 (Fuente: Dirección meteorológica de Chile.).

¿Cómo y cuánto llovió?

Los rasgos de gran escala que hemos descrito inciden en la forma y cantidad que precipitó sobre Chile central. Acumulaciones significativas, sobre 30 mm (7), se extendieron desde el sur de la región de Valparaíso hasta el sur de la Araucanía (Figura 4a). Dentro de esta zona de unos 700 km se aprecia un marcado incremento de las precipitaciones desde la costa (20-40 mm) al valle central (40-60 mm) y la precordillera (70-90 mm). A lo largo de toda la zona precordillerana hay varias estaciones que acumularon más de 100 mm, como la estación Río Biobío en Llanquén (143 mm) y la estación Canal Sauzal (115 mm), ubicada al interior de Rancagua. Al pie de la cordillera del lado argentino también se registraron acumulados de lluvia muy altos para la época y región, 40 mm en Malargüe y 36 mm en Bardas Blancas, ambos sitios a la altura de la Región del Maule en Chile.

Para apreciar la distribución temporal de las lluvias, la Figura 4b presenta un corte latitud-tiempo de la precipitación horaria en las estaciones de medición. Las precipitaciones comenzaron a mediados del día 28 de enero, abarcando una banda latitudinal de unos 150 km sobre la zona sur de La Araucanía (39°S), la que comenzó a desplazarse lentamente hacia el norte, alcanzando a la región Metropolitana (33°S) al final del día 29. El desplazamiento y dimensiones de esta banda de precipitación está determinada por el avance de sur a norte del ZAR que identificamos en la Figura 3a.

Figura 4. (a) Mapa de precipitación acumulada entre el 27 y el 31 de enero de 2021. El tamaño y color de los círculos indica la acumulación en la tormenta. (b) Corte latitud-tiempo de la intensidad de precipitación (mm/hora) a lo largo de Chile central entre el 27 y el 31 de enero de 2021. Las mediciones de cada estación se indican a la latitud de esta, independiente de su elevación y longitud. El tamaño y color de los círculos indica la intensidad horaria. Fuente de datos: Dirección Meteorológica de Chile, Dirección General de Aguas y AgroMet.

En la costa y valle central, gran parte de la acumulación de la tormenta ocurrió asociada a un primer pulso de precipitación debido a la llegada del ZAR. En Santiago (estación Quinta Normal), este primer pulso acumuló 31 mm de un total de 40 mm (Figura 3b). Sin embargo, como lo muestra la Figura 4b, se registraron al menos tres pulsos adicionales después del paso del ZAR hasta el 31 de enero. Estos pulsos afectaron mayormente la zona precordillerana de manera casi simultánea e incluyeron algunos de los periodos con las mayores intensidades del evento. Casi a la misma latitud de Santiago, la estación San José de Guayacán en el Cajón del Maipo acumuló 40 mm en el primer pulso (noche del 29) y 50 mm en el segundo (tarde-noche del 30), con una intensidad máxima de 11 mm/hora (Figura 3b).

Daños y perjuicios

La experiencia empírica y el análisis sistemático de casos (7) indican que las tormentas (casi todas en invierno) pueden producir impactos sustanciales en Chile central cuando la precipitación acumulada supera los 30 mm. Así, considerando los montos pronosticados para este evento (40-100 mm, Figura 5) y su carácter cálido (tanto por su fecha de ocurrencia y condición ZAR), era previsible la ocurrencia de importantes efectos negativos. Y las predicciones no fallaron. Los mayores impactos (Figura 6) fueron debido a movimientos en masa (aluviones, deslizamientos y caídas de rocas) en sectores con fuertes pendientes desde Valparaíso hasta el Biobío, causando daños en más de 400 viviendas y dejando cerca de mil personas damnificadas (10). Las regiones más afectadas fueron la Metropolitana y la del Libertador Bernardo O’Higgins. Los movimientos en masa causaron, además, decenas de cortes de caminos (11), incluyendo daños en dos rutas internacionales (R60Ch y R115Ch). Durante la tormenta, más de 24.000 viviendas quedaron sin suministro eléctrico por hasta 72 horas y algunas comunidades rurales vieron comprometido su acceso al agua potable. Caídas de árboles y parronales debido a la intensa lluvia y granizo causaron daños millonarios al sector frutícola, los que se agravaron por la aparición de hongos en el ambiente cálido y húmedo posterior a la tormenta (12).

Es importante destacar que este evento no produjo personas fallecidas o lesionadas, tal vez por las prevenciones que tomó la población en base a los pronósticos meteorológicos, las alertas emitidas por las agencias del Gobierno y la divulgación de estas por los medios de comunicación los días previos al evento (Figura 5).

Figura 5. El mapa de la izquierda muestra el pronóstico de lluvia acumulada (colores) entre el 28 de enero y 2 de febrero, y la categoría máxima para el río atmosférico a lo largo de la costa chilena (círculos). El pronóstico proviene del modelo GFS (NOAA-EE. UU.) procesado en IANIGLA, Argentina. En el lado derecho se presentan ejemplos de avisos de alerta de la ONEMI y algunas notas de prensa en relación con la tormenta de fines de enero de 2021.

Figura 6. Mapa de Chile central con las principales afectaciones producto de la tormenta de fines de enero 2021. Fuente: Oficina Nacional de Emergencia (10), Dirección de Vialidad, MOP (11) y FEDEFRUTA (12).

Una de las zonas más afectadas por esta tormenta fue el Cajón del Maipo (Figura 7), en la cordillera de Santiago, donde los flujos de detritos en el sector de San Alfonso y El Melocotón dañaron 180 viviendas, dejando 700 damnificados, junto al corte de la ruta R25 (Figura 7b). Gran preocupación causó también un aluvión en la parte alta del río Colorado (sector estero Las Vacas), el que generó el embalsamiento de ese curso de agua (Figura 7c) que solo pudo ser vaciado a mediados de febrero. Asimismo, la gran cantidad de nieve al pie del volcán Maipo, que divide Argentina y Chile, dejó varados a cerca de 50 turistas durante tres días en el lado argentino de la Laguna del Diamante.

Figura 7. (a) Imagen satelital TERRA-MODIS visible de la tarde del 3 de febrero de 2021, donde se distingue el manto de nieve que se formó durante la tormenta de fines de enero 2021. La línea roja indica los límites de la cuenca Maipo en El Manzano. (b) Imagen aérea del aluvión en el sector El Melocotón que cortó la ruta R25 en el Cajón del Maipo. (c) Imagen aérea del aluvión en el estero Las Vacas que embalsó peligrosamente el río Colorado, afluente del río Maipo. (d) Imagen Google-Earth ® de los mega estanques construidos por Aguas Andinas como reserva de agua potable para la ciudad de Santiago. La imagen es de noviembre 2020. La ubicación de las imágenes b-c-d se indica en el mapa.

La Figura 8 muestra las series horarias de precipitación, caudal y temperatura en la estación Maipo en El Manzano, unos 15 km aguas arriba de la llegada del río Maipo al valle central, la cual define una cuenca de 5000 km2. Durante la mayor parte de enero, el caudal del río Maipo se mantuvo en torno a los 60 metros cúbicos por segundo (m3/s) gracias a la parte final del deshielo estival (el 27 de enero, la cuenca estaba desprovista de nieve solo persistiendo los glaciares blancos que cubren cerca de un 2 % del área). A consecuencia del primer pulso de precipitación, la noche del 29/30 de enero, el caudal se incrementó súbitamente hasta alcanzar 240 m3/s la mañana del día 30. El segundo (y mayor) pulso de lluvia en la tarde del día 30 incrementó nuevamente los caudales, esta vez hasta los 480 m3/s. Pese a que caudales de verano sobre 500 m3/s han ocurrido previamente (seis veces desde 1950), estos se asocian a temporadas de deshielo muy activas, luego de inviernos con mucha precipitación.

La intensidad de las precipitaciones y su carácter cálido fueron ingredientes importantes en el aumento marcado y rápido (6 hr) del caudal del río Maipo (y otros ríos) a partir de la condición más bien seca del verano 2021. Estas características son, a su vez, relevantes en el extraordinario incremento de la turbiedad que experimentó el Maipo durante y posterior a la tormenta (Figura 8). La turbidez es medida en forma horaria por la empresa Aguas Andinas en el punto de captación de la planta de producción de agua potable Las Vizcachas, ubicada unos 5 km aguas debajo de El Manzano. Previo al evento, la turbidez del Maipo fluctuaba entre las 1.000 y 10.000 unidades normalizadas de turbidez (UNT), valores comunes en este río con alta carga sedimentaria. El primer pulso de precipitación elevó la turbiedad hasta 30.000 UNT y el segundo produjo un máximo de 64.000 UNT durante el día 31. Luego del 2 de febrero cayó por debajo de las 10.000 UNT, junto a la disminución del caudal por debajo de los 100 m3/s. Sin embargo, la turbiedad volvió a incrementarse entre el 4 y 8 de febrero, alcanzando hasta 20.000 UNT. Este segundo periodo de alta turbidez coincidió con el incremento de las temperaturas, hasta los 30 °C, potenciando al derretimiento de la nieve que cayó en la parte alta de la cordillera durante el evento (como lo indica la imagen satelital del 3 de febrero en la Figura 7, la nieve caída en la tormenta cubrió cerca de un 55 % de la cuenca del Maipo en El Manzano).

Figura 8. Series horarias de temperatura, caudal y precipitación en la estación de Maipo en El Manzano, ubicada en el cajón de este río a unos 15 km de su llegada el valle central (ver Fig. 7 para ubicación de la estación). Fuente de datos: Dirección General de Aguas (DGA-MOP). También se incluye la serie horaria de turbidez medida en el río Maipo en el sector de Las Vizcachas, unos 8 km aguas abajo de El Manzano. Valores sobre 4.000 UNT (línea segmentada) pueden afectar la producción de agua potable en esa planta.  Fuente de datos de turbidez: Aguas Andinas.

Cabe destacar que los niveles de turbiedad alcanzados los últimos días de enero de 2021 están entre los más altos del registro de 20 años, solo comparables a los observados en tormentas convectivas de verano (como las de febrero de 2013) y tormentas cálidas en otoño (como la de abril de 2016). En esas ocasiones la extrema carga sedimentaria del río Maipo obligó a detener la producción de agua potable en la planta Las Vizcachas y suspender el suministro a buena parte del gran Santiago. En contraste, este suministro no sufrió interrupciones durante el evento más reciente gracias a la mayor autonomía de abastecimiento de agua potable que actualmente posee la ciudad, provista por mega estanques de almacenamiento (1.5 millones de m3) en el sector de Pirque, en operación desde noviembre 2020 (Figura 7c).

La paradoja de un río atmosférico débil y dañino

Los ríos atmosféricos pueden tener consecuencias beneficiosas (como acumular nieve en cordillera) o negativas (como generar aluviones e inundaciones). Estas consecuencias dependen mayormente de la intensidad y persistencia temporal del transporte de vapor de agua desde el océano hacia el continente. Investigaciones en la costa oeste de los Estados Unidos han propuesto una escala para estos eventos, desde mayormente beneficios (categoría 1) hasta mayormente peligrosos (categoría 5) de acuerdo con los valores que alcanza el IVT (13).

Considerando los valores de IVT sobre la costa de Chile central que presentamos en la Figura 3, el río atmosférico de fines de enero de 2021 fue de categoría 2 (ver también pronóstico GFS en la Figura 5). Este carácter débil y mayormente beneficioso del AR contrasta con los múltiples y graves impactos que causó la tormenta.

Esta paradoja tiene dos explicaciones. La primera va por el lado de la estructura térmica del evento. La altura de la isoterma 0 °C se mantuvo sobre los 3.500 m durante el periodo de precipitaciones (Figura 2d), unos 1.000 m sobre el nivel típico en las tormentas de invierno (8). De esta forma, las copiosas precipitaciones ocurrieron en forma líquida (lluvia) hasta muy arriba en la cordillera, generando los rápidos incrementos de caudales y turbiedad en los ríos de Chile central, similar a lo observado en ZAR y tormenta cálidas de invierno (9).

Una segunda explicación para la inconsistencia entre la categoría del ZAR del 28-29 de enero de 2021 y las consecuencias de la tormenta, es que parte importante de la precipitación acumulada e intensidades máximas ocurrieron en pulsos posteriores al paso del ZAR. Una vez que el ZAR alcanzó los 33°S (Valparaíso), el flujo de humedad desde el oeste disminuyó marcadamente, pero la precipitación continuó ocurriendo (Figura 9a). Junto con eso, un vórtice ciclónico en niveles medios sobre la zona sur continuó forzando el ascenso de aire sobre Chile central.

De esta forma, en el periodo post-ZAR se conjugaron dos elementos mayormente ausentes en los meses de verano, pero claves para producir precipitación: ascenso y humedad. A esto se sumó el fuerte calentamiento superficial durante el 30 y 31 de enero -cuando el cielo comenzó a despejarse- que, junto el aire frío en la tropósfera media, incrementó la energía potencial disponible (Figura 9b), favoreciendo el desarrollo de tormentas convectivas sobre la zona central de Chile como lo atestigua la gran cantidad de descargas eléctricas detectada por el satélite GOES-16 (Figura 9c).

Figura 9. (a) Viento en el nivel de 700 hPa (unos 3.000 metros de altura; líneas de corriente) y agua precipitable (colores) a las 21 horas del 30 de enero 2021 (fuente: GFS). La letra B indica el centro de una circulación ciclónica sobre la zona centro sur. (b) Valores horarios de la energía potencial convectiva disponible (CAPE) sobre Chile central (34-36°S, 72-70°W, línea gruesa azul) desde el 27 al 31 de enero 2021. El tiempo (escala horizontal) está medido en horas desde las 00Z (hora del meridiano de Greenwich) del 27 de enero (que corresponde a las 21 horas chilena del día 26 de enero); el símbolo del sol indica el mediodía. Fuente: ERA5. (c) Rayos detectados por el satélite GOES-16 (sensor GMP) durante el 30 de enero de 2021 (figura gentileza de Camilo Barahona, Dirección Meteorológica de Chile).

Contexto histórico

Frente a eventos tan inusuales como “una lluvia de invierno en pleno verano” aparecen dos preguntas esenciales: ¿han ocurrido estos eventos en el pasado? ¿Se trata de otra manifestación del cambio climático? Los registros de precipitación en la estación Quinta Normal en Santiago, disponibles desde 1911, ofrecen una perspectiva histórica para abordar estas preguntas. Si bien el evento del 2021 ocurrió al final de enero, una tormenta en diciembre o febrero también nos parecería inusual, por lo que, para efectos estadísticos, consideramos los tres meses de verano.

La Figura 10a muestra la acumulación de lluvia en cada verano (entre el 1 de diciembre y 28 de febrero) desde el año 1911 hasta el 2021, junto al valor máximo diario en ese periodo. La moda -valor más frecuente- de la acumulación es 0 mm, y hay 73 veranos (de 111 en total) en que la acumulación es menor a 2 mm. Sin embargo, el promedio de la acumulación estival es cercano a 7 mm, influido por 18 veranos en los que llovió por sobre los 10 mm. Acumulaciones sobre 40 mm (el valor del verano 2020/2021) han ocurrido en cinco ocasiones, destacando el verano 1944/1945 con más de 80 mm.

Figura 10. (a) Serie anual de la precipitación de verano (1 diciembre al 28 febrero, el año corresponde al mes de enero) en la estación Quinta Normal de Santiago (barras). Los círculos naranjo indican el máximo diario en cada verano. Por ejemplo, entre el 1 de diciembre de 1944 y el 28 de febrero de 1945 se acumularon 80 mm y el máximo diario ocurrió el 4 de febrero, día en que llovió más de 50 mm en Santiago. Algunas tormentas significativas han sido identificadas con sus respectivas fechas. Fuente: Dirección Meteorológica de Chile. (b) Mapa promedio de agua precipitable (colores), viento en 500 hPa (vectores) y viento zonal (contornos de 15 y 20 m/s) para de los días con precipitación sobre 15 mm en Santiago entre 1948 y 2020. La flecha verde sugiere la ubicación de un ZAR. Fuente NCEP-NCAR Reanalysis.

Las grandes acumulaciones estivales fueron producto de varios eventos, cada uno incluyendo uno o más días de precipitación, por lo cual inspeccionar los valores diarios resulta importante. Recordemos que el 29 de enero del 2021 cayeron 31 mm en la estación Quinta Normal; valores iguales o mayores que este han ocurrido solo dos veces en 111 años (el 13 de diciembre de 1939 y el 4 de febrero de 1945). Días de verano con más de 15 mm (una lluvia considerable para Santiago, incluso en invierno) han ocurrido 10 veces. En suma, lluvias tan grandes como el evento de enero de 2021 han ocurrido a lo largo del siglo XX, pero son muy infrecuentes y con un periodo de retorno superior a los 40 años en Santiago.

Los reanálisis atmosféricos (como el caso del NCEP-NCAR Reanalysis) permiten conocer los rasgos gruesos de la circulación atmosférica a nivel diario desde mediados del siglo XX. Empleando esta base de datos, la Figura 10b muestra el mapa promedio del viento en el nivel de 500 hPa y agua precipitable al considerar todos los días de verano con más de 10 mm de lluvia entre los años 1948 y 2020 (11 en total). Las similitudes entre el mapa promedio y la configuración del 29 enero de 2021 son evidentes. Este sencillo análisis compuesto (y la inspección de los mapas individuales) sugiere que la mayoría de las grandes tormentas de verano en Chile central -afectando los valles y cordillera- fueron producto de la llegada de un río atmosférico zonal (ZAR) a esta región.

Aparte de mostrar que el evento en cuestión es altamente inusual, pero no inédito, el registro de Quinta Normal no muestra tendencias de largo plazo (más de 30 años) en la ocurrencia de tormentas estivales de gran magnitud. El número de casos en las últimas décadas no es sustancialmente diferente de lo que ocurría en el pasado distante. Junto con la ausencia de tendencias en este registro observacional, por ahora tampoco disponemos de bases físicas que permitan vincular un cambio en la frecuencia de grandes lluvias de verano, en especial la llegada de un ZAR a Chile central, con el calentamiento global que estamos experimentando.

Conclusiones
  • Entre el 28 y el 31 de enero de 2021 la zona central de Chile -desde la región de Valparaíso hasta la Araucanía- experimentó una tormenta de gran magnitud, con acumulaciones entre 40 y 120 mm, intensidades superiores a 10 mm/hora, granizo y actividad eléctrica.
  • La tormenta fue iniciada por la llegada al territorio nacional de un río atmosférico zonal (ZAR), una banda donde ocurre un gran transporte de vapor de agua conducido por fuertes vientos del Oeste. De acuerdo con el transporte de vapor de agua, este río califica en la categoría moderado, pero cálido, con una isoterma 0 °C por sobre los 3.500 metros de altura durante el periodo de precipitación.
  • El ZAR y las precipitaciones asociadas se movieron de sur a norte los días 28 y 29 de enero. Las precipitaciones continuaron y fueron especialmente intensas en la precordillera los días 30 y 31 debido a la presencia de inestabilidad convectiva, ascenso de gran escala y alta humedad sobre la zona central.
  • Lo anterior resultó en importantes y numerosos impactos a la población e infraestructura vial a lo largo de Chile central, junto a cuantiosos daños al sector frutícola. Afortunadamente, la tormenta no dejó personas heridas o fallecidas, gracias, al menos en parte, a su correcto pronóstico y a la oportuna comunicación del riesgo. Medidas estructurales, como los estanques de agua potable de reserva para Santiago, también contribuyeron a reducir los impactos del evento en comparación con otros similares ocurridos en el pasado.
  • Los registros de larga data indican que un evento como el de enero de 2021 es altamente inusual, pero no inédito, con un periodo de retorno superior a los 40 años. No se observa una tendencia de largo plazo en la ocurrencia de tormentas estivales de gran magnitud y no disponemos de bases físicas que permitan vincular un cambio en su frecuencia con el calentamiento global. Sin embargo, su ocurrencia en el pasado y periodo actual sugiere su repetición en el futuro. 

Agradecimientos: Este análisis fue enriquecido por los intercambios en el foro “met-clim” antes, durante y posterior a la tormenta, en especial por Diego Campos, Daniel Veloso, Luis Muñoz y Camilo Barahona. Natalia Silva (ONEMI) y Milo Millán (MOP) gentilmente compartieron minutas técnicas de sus instituciones. Los datos de turbidez del río Maipo fueron gentilmente proporcionados por Edson Landeros y Jorge Reyes (Aguas Andinas).

Referencias

(1) Viale, M., and R. Garreaud, 2014: Summer precipitation events over the western slope of the subtropical Andes. Mon. Wea. Rev, 142, 1074-1092.

(2) Garreaud, R., y J. Rutllant, 1997: Precipitación estival en los Andes de Chile central: Aspectos climatológicosAtmósfera. 10, 191-211.

(3) I Vergara, SM Moreiras, D Araneo, R Garreaud, 2020: Geo-climatic hazards in the eastern subtropical Andes: Distribution, Climate Drivers and TrendsNatural Hazards and Earth System Sciences 20 (5), 1353-1353

(4) Garreaud R., and M. Viale, 2014: Análisis de los fenómenos meteorológicos y climáticos que afectan la cuenca del río MaipoAquae Papers, 5(*), 17-29

(5) M. Ralph and Coauthors, 2017: Atmospheric rivers emerge as a global science and applications focus. Bull. Amer. Meteor. Soc., 98, 1969–1973.

(6) Viale, M., R. Valenzuela, R. Garreaud, and F. Ralph, 2018: Impacts of Atmospheric Rivers on Precipitation in Southern South AmericaJ. Hydrometeor., 19, 1671-1686.

(7)  Valenzuela R. and R. Garreaud, 2019: Extreme daily rainfall in central-southern Chile and its relationship with low-level horizontal water vapor fluxes. Journal of Hydrometeorology,  20, 1829-1849.

(8) Mardones, P., and R. Garreaud, 2020: Future changes in the free-tropospheric freezing level and rain-snow limit: The case of central Chile. Atmospheres, 11, 1-16

(9) Garreaud, R., 2013: Warm winter storms in Central Chile. J. of Hydrometeorology, 14, 1515-1534

(10) ONEMI, 2021: Informe de Emergencia: Monitoreo por Sistema Frontal entre Coquimbo y Los Lagos. Reporte No. 24 del 08 de febrero de 2021. Oficina Nacional de Emergencia. Ministerio del Interior y Seguridad Pública, Gobierno de Chile.

(11) MOP, 2021: Informe de Seguimiento de Emergencias y Minuta Técnica de Obras de Emergencia. febrero 2021. Dirección de Vialidad, Ministerio de Obras Públicas, Gobierno de Chile.

(12) FEDEFRUTA, 2021: Se triplican perdidas de productores de fruta por catástrofe agrícola. Portal web de la Federación Nacional de Productores de Fruta (http://fedefruta.cl/), consultado el 18 de febrero de 2021.

(13) M. Ralph, J. Rutz, J. Cordeira, M. Dettinger, M. Anderson, D. Reynolds, L. Schick, and C. Smallcomb, 2015: A Scale to Characterize the Strength and Impacts of Atmospheric Rivers. Bulletin Amer. Meteor. Soc. 100, 269-289.