Otto (2016) is the first hurricane in the documented tropical cyclone history to have directly reached Costa Rica. This work analyses the electrical discharges (ED) associated with Otto in November 2016 during its trajectory from the Caribbean to the Pacific, using data from the World Wide Lightning Location Network; which constitutes a pioneering research in the Central America region. Otto ED captured very well Ottoos intensification and degradation phases, which as a variable could be parametrized in numerical models to improve the knowledge and evolution of these systems. Otto presented three ED peaks during each one of the categories it attained; the last one during hurricane category 3 (Saffir-Simpson scale) just prior to make landfall between Costa Rica and Nicaragua. The region with most ED moved from the near center of the system to its external region in pace with the hurricane intensification. When Otto reached category 3, the maxima of ED was observed in Otto's external bands (250-300 km). During Otto's evolution ED maximum were observed to be related to cloud top temperatures of less than -70 °C.

Keywords:
Otto 2016; tropical cyclone; electrical activity; WWLLN; Central America Dry Corridor; Central America

Authorship

Dayanna Arce-Fernández Autor de correspondencia: Dayanna Arce-Fernández, dayanna.arcefernandez@ucr.ac.cr.

Universidad de Costa Rica, Escuela de Física, Centro de Investigaciones Geofísicas, San José, Costa Rica.Escuela de FísicaCosta RicaSan José, Costa RicaUniversidad de Costa Rica, Escuela de Física, Centro de Investigaciones Geofísicas, San José, Costa Rica.

http://orcid.org/0000-0003-3429-5356

Jorge A. Amador

Autor de correspondencia: Dayanna Arce-Fernández, dayanna.arcefernandez@ucr.ac.cr.

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Figura 1
Trayectoria del huracán Otto durante el periodo 23 de Noviembre (2300 UTC) al 25 de noviembre (0300 UTC) de 2016, mostrando su condición como huracán categoría 1 (círculos verde oscuro); huracán categoría 2 (círculos verde claro); huracán categoría 3 (círculos amarillos) antes de su ingreso a tierra y su degradación a huracán categorías 2 y 1, a medida que cruza Nicaragua y Costa Rica, hasta su condición de tormenta tropical (círculo turquesa) al ingresar al Pacífico tropical del este (Brown 2017). La escala de huracanes utilizada es la de Saffir-Simpson. El área que se muestra es la región de análisis de la actividad eléctrica asociada a Otto, mientras que el área sombreada en café claro representa el Corredor Seco Centroamericano CSC aproximadamente (adaptada de CCAD 2011CCAD. Atlas Centroamericano para la Gestión Sostenible del Territorio. San Salvador, El Savador: Comisión Centroamericana de Ambiente y Desarrollo, Programa Regional para la Reducción de la Vulnerabilidad y Degradación Ambiental, Sistema de la Integración Centroamericana, 2011.).

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Figura 2
Distribución temporal de las diferentes fases de actividad eléctrica de Otto durante el periodo 23 noviembre (2300 UTC) al 25 de noviembre (0300 UTC) 2016. Nótense los tres picos máximos de actividad de descargas eléctricas para el periodo convectivo inicial (huracán categoría 1, OH1, barras verdes oscuro), la fase de intensificación del ojo del Otto (huracán categoría 2, OH2, barras verdes claro) y el incremento moderado de esta actividad antes de la entrada de Otto a tierra (categoría 3, OH3, barras amarillas). A partir de esto Otto se degradó hasta salir al Pacífico costarricense como tormenta tropical (barra turquesa) y las DE disminuyeron notablemente. La línea de puntos y círculos rojos es el acumulado de las descargas durante este periodo con un total de casi 35000 rayos en 34 horas. La línea negra a rayos representa el promedio de descargas para todo el periodo (un poco más de 1000 descargas por hora). Datos de la red WWLLN.

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Figura 3
Distribución espacial de descargas eléctricas (DE) para el huracán Otto durante el periodo 23 Noviembre (2300 UTC) hasta el 24 de noviembre (2200 UTC) 2016, con respecto a la posición del centro del huracán según categoría en la escala de Saffir-Simpson, para a) el primer pico de descargas eléctricas del periodo analizado con 2412 DE; b) primer mínimo de actividad de descargas (519 DE); c) máximo absoluto con bandas de intensa actividad eléctrica durante la intensificación del ojo del huracán con 2587 DE; d) mínimo absoluto de 290 DE poco antes de que Otto entrara a tierra entre Costa Rica y Nicaragua. Datos de la red WWLLN.

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Figura 4
Distribución espacial de descargas eléctricas (DE) para el huracán Otto durante el periodo 23 Noviembre (2300 UTC) hasta el 24 de noviembre (2200 UTC) 2016, con respecto a la posición del centro del huracán según categoría en la escala de Saffir-Simpson, para a) intensificación de Otto mostrando algunas bandas con intensa actividad eléctrica antes de su entrada a tierra entre Costa Rica y Nicaragua (882 DE); b) incremento de la actividad eléctrica al ingresar a tierra (1261 DE); c) como en b) pero con un máximo de 1919 DE y d) des-intensificación de Otto sobre el norte de Costa Rica con 489 DE. Datos de la red WWLLN.

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Figura 5
Temperatura del tope de la nube y las descargas eléctricas del huracán Otto para las horas: a) 2300 UTC del día 23, b) 0300 UTC del día 24, c) 0700 UTC del día 24 y d) 1400 UTC del día 24. Datos de satélite de CIMSS y de la red WWLLN.

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Figura 6
Frecuencia relativa de la distribución de las descargas eléctrica del huracán Otto en un sistema de coordenadas centradas en 11.1° N, 82.6° W a una distancia de 50 km desde el centro del huracán hasta los 550 km, durante el 24 de noviembre del 2016 para el periodo de 0000 UTC -0500 UTC (categoría 1, barras verdes oscuro), 0600 UTC - 1100 UTC (categoría 2, barras verdes claro) y 1200 UTC - 1700 UTC (categoría 3, barras amarillas). La escala de huracanes utilizada es la de Saffir-Simpson como en la Fig. 1. Datos de la red WWLLN.

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Figura 7
Frecuencia relativa de la distribución de las descargas eléctrica (DE) por cuadrantes meteorológicos (0° corresponde al Norte, 90° al Este, 180° al Sur y 270° al Oeste) del huracán Otto en un sistema de coordenadas centradas en 11.1° N, 82.6° W durante el 24 de noviembre del 2016 para el periodo de 0000 UTC - 0500 UTC (categoría 1, barras verdes oscuro), 0600 UTC - 1100 UTC (categoría 2, barras verdes claro) y 1200 UTC - 1700 UTC (categoría 3, barras amarillas). Se observa una asimetría en la distribución de las DE, en el cuadrante II se muestra mayor DE para las tres categorías del huracán; además menor DE en el cuadrante III y IV. Para el huracán categoría 3, hay una disminución de DE en el cuadrante III comparado al huracán categoría 1 y 2. La escala de huracanes utilizada es la misma de la Fig. 1. Datos de la red WWLLN.

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Figura 8
Distribución espacial de descargas eléctricas (DE) para el huracán Otto en un sistema de coordenadas centradas en 11.1° N, 82.6° W durante el 24 de noviembre del 2016 para los periodos de: a) 0000 UTC - 0500 UTC (OH1), b) 0600 UTC - 1100 UTC (OH2) y c) 1200 UTC - 1700 UTC (OH3), además muestra la energía asociada a las DE de cada periodo para diferentes categorías: débil (puntos verdes), moderados (puntos amarillos) y fuertes (puntos rojos). La escala de huracanes utilizada es la de Saffir-Simpson como en la Fig. 1. Datos de la red WWLLN.

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Figura 9
Gráfico de dispersión para la incertidumbre asociada a la energía de las descargas eléctricas para el periodo de estudio 0000 UTC- 1700 UTC del 24 de noviembre del 2016. El cuadro amarrillo encierra las descargas eléctricas débiles, cuadro verde las descargas eléctricas moderadas y en rojo las descargas eléctricas fuertes.

Figura 1 Trayectoria del huracán Otto durante el periodo 23 de Noviembre (2300 UTC) al 25 de noviembre (0300 UTC) de 2016, mostrando su condición como huracán categoría 1 (círculos verde oscuro); huracán categoría 2 (círculos verde claro); huracán categoría 3 (círculos amarillos) antes de su ingreso a tierra y su degradación a huracán categorías 2 y 1, a medida que cruza Nicaragua y Costa Rica, hasta su condición de tormenta tropical (círculo turquesa) al ingresar al Pacífico tropical del este (Brown 2017). La escala de huracanes utilizada es la de Saffir-Simpson. El área que se muestra es la región de análisis de la actividad eléctrica asociada a Otto, mientras que el área sombreada en café claro representa el Corredor Seco Centroamericano CSC aproximadamente (adaptada de CCAD 2011CCAD. Atlas Centroamericano para la Gestión Sostenible del Territorio. San Salvador, El Savador: Comisión Centroamericana de Ambiente y Desarrollo, Programa Regional para la Reducción de la Vulnerabilidad y Degradación Ambiental, Sistema de la Integración Centroamericana, 2011.).

Figura 2 Distribución temporal de las diferentes fases de actividad eléctrica de Otto durante el periodo 23 noviembre (2300 UTC) al 25 de noviembre (0300 UTC) 2016. Nótense los tres picos máximos de actividad de descargas eléctricas para el periodo convectivo inicial (huracán categoría 1, OH1, barras verdes oscuro), la fase de intensificación del ojo del Otto (huracán categoría 2, OH2, barras verdes claro) y el incremento moderado de esta actividad antes de la entrada de Otto a tierra (categoría 3, OH3, barras amarillas). A partir de esto Otto se degradó hasta salir al Pacífico costarricense como tormenta tropical (barra turquesa) y las DE disminuyeron notablemente. La línea de puntos y círculos rojos es el acumulado de las descargas durante este periodo con un total de casi 35000 rayos en 34 horas. La línea negra a rayos representa el promedio de descargas para todo el periodo (un poco más de 1000 descargas por hora). Datos de la red WWLLN.

Figura 3 Distribución espacial de descargas eléctricas (DE) para el huracán Otto durante el periodo 23 Noviembre (2300 UTC) hasta el 24 de noviembre (2200 UTC) 2016, con respecto a la posición del centro del huracán según categoría en la escala de Saffir-Simpson, para a) el primer pico de descargas eléctricas del periodo analizado con 2412 DE; b) primer mínimo de actividad de descargas (519 DE); c) máximo absoluto con bandas de intensa actividad eléctrica durante la intensificación del ojo del huracán con 2587 DE; d) mínimo absoluto de 290 DE poco antes de que Otto entrara a tierra entre Costa Rica y Nicaragua. Datos de la red WWLLN.

Figura 4 Distribución espacial de descargas eléctricas (DE) para el huracán Otto durante el periodo 23 Noviembre (2300 UTC) hasta el 24 de noviembre (2200 UTC) 2016, con respecto a la posición del centro del huracán según categoría en la escala de Saffir-Simpson, para a) intensificación de Otto mostrando algunas bandas con intensa actividad eléctrica antes de su entrada a tierra entre Costa Rica y Nicaragua (882 DE); b) incremento de la actividad eléctrica al ingresar a tierra (1261 DE); c) como en b) pero con un máximo de 1919 DE y d) des-intensificación de Otto sobre el norte de Costa Rica con 489 DE. Datos de la red WWLLN.

Figura 5 Temperatura del tope de la nube y las descargas eléctricas del huracán Otto para las horas: a) 2300 UTC del día 23, b) 0300 UTC del día 24, c) 0700 UTC del día 24 y d) 1400 UTC del día 24. Datos de satélite de CIMSS y de la red WWLLN.

Figura 6 Frecuencia relativa de la distribución de las descargas eléctrica del huracán Otto en un sistema de coordenadas centradas en 11.1° N, 82.6° W a una distancia de 50 km desde el centro del huracán hasta los 550 km, durante el 24 de noviembre del 2016 para el periodo de 0000 UTC -0500 UTC (categoría 1, barras verdes oscuro), 0600 UTC - 1100 UTC (categoría 2, barras verdes claro) y 1200 UTC - 1700 UTC (categoría 3, barras amarillas). La escala de huracanes utilizada es la de Saffir-Simpson como en la Fig. 1. Datos de la red WWLLN.

Figura 7 Frecuencia relativa de la distribución de las descargas eléctrica (DE) por cuadrantes meteorológicos (0° corresponde al Norte, 90° al Este, 180° al Sur y 270° al Oeste) del huracán Otto en un sistema de coordenadas centradas en 11.1° N, 82.6° W durante el 24 de noviembre del 2016 para el periodo de 0000 UTC - 0500 UTC (categoría 1, barras verdes oscuro), 0600 UTC - 1100 UTC (categoría 2, barras verdes claro) y 1200 UTC - 1700 UTC (categoría 3, barras amarillas). Se observa una asimetría en la distribución de las DE, en el cuadrante II se muestra mayor DE para las tres categorías del huracán; además menor DE en el cuadrante III y IV. Para el huracán categoría 3, hay una disminución de DE en el cuadrante III comparado al huracán categoría 1 y 2. La escala de huracanes utilizada es la misma de la Fig. 1. Datos de la red WWLLN.

Figura 8 Distribución espacial de descargas eléctricas (DE) para el huracán Otto en un sistema de coordenadas centradas en 11.1° N, 82.6° W durante el 24 de noviembre del 2016 para los periodos de: a) 0000 UTC - 0500 UTC (OH1), b) 0600 UTC - 1100 UTC (OH2) y c) 1200 UTC - 1700 UTC (OH3), además muestra la energía asociada a las DE de cada periodo para diferentes categorías: débil (puntos verdes), moderados (puntos amarillos) y fuertes (puntos rojos). La escala de huracanes utilizada es la de Saffir-Simpson como en la Fig. 1. Datos de la red WWLLN.

Figura 9 Gráfico de dispersión para la incertidumbre asociada a la energía de las descargas eléctricas para el periodo de estudio 0000 UTC- 1700 UTC del 24 de noviembre del 2016. El cuadro amarrillo encierra las descargas eléctricas débiles, cuadro verde las descargas eléctricas moderadas y en rojo las descargas eléctricas fuertes.

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[1] Autor de correspondencia: Dayanna Arce-Fernández, dayanna.arcefernandez@ucr.ac.cr.