May 12, 2021

Unique observations collected by U.S. Geological Survey scientists during Hurricane María in 2017, revealed previously unknown ocean processes that may aid in more accurate hurricane forecasting and impact predictions.

(Spanish version below)

Such forecasting is critical in preparing communities in the storm’s path to help minimize the loss of life and the long-term repercussions of damage to critical infrastructure such as airports, communications networks, roads and power grids.

The research, published in the journal Science Advances, reveals how the interaction between ocean islands and extreme storms can generate underwater currents that make the storms more powerful. The results are applicable to the thousands of islands in the world's tropical oceans subject to these types of weather systems.

“We were surprised to find that the direction of the approaching hurricane winds relative to the coastline kept the ocean surface layer distinctly warmer compared to the colder waters below,” said USGS oceanographer Olivia Cheriton, lead author of the paper. “This is important because warmer sea surface temperatures provided more energy for the storm.”

Researchers from the USGS and the University of Puerto Rico-Mayagüez did not set out to make observations during a hurricane. In the summer of 2017, they deployed a large suite of subsurface oceanographic instruments off the southwest coast of Puerto Rico to study the area’s coral reefs. Those plans changed when Hurricane María, the strongest weather system to hit Puerto Rico since 1928, made landfall on Sept. 20, 2017.

“We had originally planned to recover the instruments in October 2017, but that all changed after Hurricane María,” said Clark Sherman, UPR-M professor of marine science. “It was not until January 2018 that we were able to get back in the water and we weren’t sure what, if anything, would still be there.”

The instruments not only survived the passage of Hurricane María, they collected a rare, high-resolution set of underwater ocean observations not detectable by more common surface observation platforms, such as buoys or satellites. In addition, this type of subsurface information is not currently incorporated into ocean hurricane model simulations. Doing so may improve forecasts.

Understanding how the underlying ocean temperature changes in response to hurricane forces is critical to accurately forecasting the tracks and intensities of extreme storms. Hurricane María caused thousands of deaths, more than $90 billion in damage and the largest electrical blackout in U.S. history. “While hurricane research along the U.S. Gulf and East Coasts continues to advance, much less is understood about hurricane interactions with small islands, whose communities are especially vulnerable to hurricane impacts,” said Curt Storlazzi, USGS research geologist and the project’s chief scientist. Information from this study is intended for use by a wide variety of scientists and emergency managers working on hurricane forecasts and impacts to coastal communities. ### Científicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos Añaden otra Pieza al Rompecabezas de Cómo los Huracanes Pueden Ganar Fuerza ### Nueva Información Podría Ayudar al Desarrollo de Futuros Pronósticos, Salvar Vidas y Proteger Infraestructuras Esenciales Aguas cálidas en las costas de Puerto Rico pudieron incrementar la intensidad del huracán María en septiembre de 2017 de acuerdo con datos publicados recientemente. Las observaciones muestran procesos oceánicos desconocidos hasta ahora que podrían ayudar a predecir con más certeza pronósticos e impactos de huracanes. La investigación publicada en la revista científica: Science Advances (Avances de la Ciencia), revela cómo la combinación de fuertes vientos huracanados y una isla con plataforma oceánica empinada puede generar corrientes submarinas que mantienen la superficie del océano caliente, proporcionando mayor energía para tormentas extremas. Investigadores del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés) y de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez (UPRM) no tenían planificado hacer observaciones durante un huracán. En el verano de 2017, colocaron una serie de instrumentos oceanográficos saliendo de la costa suroeste de Puerto Rico para estudiar arrecifes de coral de esa región. Estos planes cambiaron cuando el huracán María, el más poderoso fenómeno atmosférico que ha pasado por Puerto Rico desde 1928, azotó la Isla el 20 de septiembre de 2017. “Teníamos planificado extraer los instrumentos en octubre de 2017, pero todo eso cambió luego del paso del huracán María,” dijo Clark Sherman, profesor de Ciencias Marinas de UPRM. “No fue hasta enero de 2018 que pudimos ir al océano y no estábamos seguros si íbamos a encontrar algunos instrumentos allí.” Los instrumentos, no sólo sobrevivieron el paso del huracán María, sino que se obtuvieron datos submarinos inusuales de alta resolución. “Nos sorprendió descubrir que la dirección en que se aproximaban los vientos huracanados en relación con la línea costera mantenía la capa de la superficie oceánica más cálida en comparación con las aguas más frías en las capas submarinas,” dijo Olivia Cheriton, oceanógrafa del USGS y autora principal de este artículo científico. “Éste es un hallazgo importante, porque aguas más calientes en la superficie proveen más energía para las tormentas.” Entender cómo cambia la temperatura subyacente del océano en respuesta a las fuerzas de huracán es fundamental para pronosticar con precisión las trayectorias e intensidades de las tormentas extremas. Esta dinámica costera de aguas submarinas no podría haber sido detectada por plataformas de superficie comunes como boyas o satélites y actualmente no se implementan en modelos de computadora para simulaciones de huracanes. El huracán María causó miles de muertes, más de$90 billones en daños, y el mayor apagón eléctrico en la historia de los Estados Unidos. “Mientras la investigación sobre huracanes a lo largo del continente de los Estados Unidos sigue avanzando, menos se sabe sobre la interacción de los huracanes con pequeñas islas, cuyas comunidades son vulnerables al impacto de huracanes,” dijo Curt Storlazzi, geólogo investigador del USGS y jefe de este proyecto.

La información de este estudio es aplicable a las miles de islas en los océanos tropicales del mundo sometidas a tormentas extremas y está destinada a ser utilizada por una amplia variedad de científicos y manejadores de emergencias que trabajan en los pronósticos e impactos de huracanes en las comunidades costeras.