El Tiempo en Langreo

lunes, 15 de julio de 2013

Termodinámica de una Tormenta (3ªparte): Aplicaciones Conjuntas de los Parámetros Convectivos Termodinámicos.

Hace una semana aproximadamente, publicaba la segunda parte de la serie de artículos dedicados al funcionamiento de la termodinámica de una tormenta, mecanismos que son los que nos permiten poder predecirlas en mayor o menor medida. Pues bien, hoy acabo con este compendio, mostrándoos las distintas aplicaciones que pueden tener el análisis conjunto de todo la aprendido hasta el momento.

Bienvenidos una semana más al meteorus.

Comienzo con este vídeo timelapse de una sepercélula anticiclónica que tuvo lugar este mismo año en Texas en el mes de Junio para que veáis en poco tiempo, cual es la principal actriz que normalmente suele copar la atención de toda la gente que se introduce en el mundo del análisis de las tormentas, su naturaleza y como no, su predicción.


Tormentas severas

Para poder discernir rápidamente si una tormenta ha sido o está siendo severa, tenemos que acudir a los datos y observaciones que aporten las estaciones que estén siendo afectadas por el fenómeno convectivo, de tal manera que si se producen alguno de estos tres fenómenos:

  • Vientos iguales o superiores a los 90km/h (50 kt), 10 en la escala de Beaufort.


  • Granizo grande igual o superior a los 19mm.



  • Tornados


Obviamente, esta clasificación se realizará cuando se esté produciendo el fenómeno, o cuando ya haya pasado y por lo tanto se pueda buscar esta fenomenología en su trayectoria. Pero lo que nos interesa es poder responder a las preguntas ¿Dónde se dará? Y ¿Cuándo se dará? Es aquí donde aparecen los parámetros convectivos que hemos analizado en profundidad anteriormente.

En el caso de este tipo de tormentas, la obtención de ciertos valores en los diagramas oblicuos o en los productos modelísticos, entre los que destacan sobre todo los distintos CAPES, es fundamental para la predicción de las mismas. El problema es que solo con ellos no es posible afinar lo recomendado para estos casos, ya que se requieren análisis de naturaleza dinámica (cizalladura en las distintas capas) para poder concretar correctamente. En concreto, los índices a revisar y cuyos valores tienen que alcanzar los valores máximos posibles para que tengamos fenómenos convectivos severos son los siguientes:

  • Energía potencial convectiva disponible (CAPE).
  • Inhibición de la convección (CIN).
  • Índice de elevación (LI).
  • Índice de estabilidad de Showalter (SSI).
  • Índice de total de totales (TT).
Este análisis suele llevar bastante tiempo si solo se dispone de un diagrama oblicuo, algo menos latoso en el caso de disponer de mapas de modelos numéricos con los distintos parámetros resaltados. Pero existe una serie de modelos tipo, de sondeos sobre diagramas oblicuos, con los que comparar fácilmente los que se vayan obteniendo con el tiempo y poder determinar muy rápidamente si la situación en las distintas capas es potencialmente peligrosa o no:

Sondeo Tipo I (Explosivo)

Como podemos apreciar, se trata de una sondeo en el que tenemos una capa bien mezclada y con niveles de humedad altos con espesores de entorno a los 100-150 hPa, separados del resto de la atmósfera por una capa de inversión que generalmente se le suele denominar tapón seco, por ser una capa con bajos niveles de humedad, similar a la que vemos en este caso. Normalmente, una vez se sube por encima de esta capa de inversión, los gradientes térmicos suelen ajustarse bastante bien a la evolución de las adiabáticas secas. Normalmente se suelen tener temperaturas del punto de rocío mayores de los 10ºC en superficie y de los 8ºC en la capa de 850 hPa, no obstante este no es un requisito restrictivo. Además, cuentan con valores altos o muy altos de CAPE en niveles medios-bajos y valores importantes de TT, en oposición a valores bajos de SSI y de LI. Normalmente este tipo de sondeos se suelen encontrar en época primaveral en zonas continentales de llanura como por ejemplo el corredor de tornados de EEUU, o zonas de Rusia. En España se pueden llegar a dar estas condiciones si bien es cierto que suelen ser poco usuales dada la poca continentalidad que tenemos en las mesetas castellanas.


Sondeo Tipo II

El sondeo que vamos a ver a continuación es mucho más común en las zonas cercanas al trópico que en latitudes templadas, no obstante se han dado casos de encontrar  esta estructura en zonas del Continente Americano, sobretodo en la vertiente E de las rocosas y en zonas del GOM. Se caracteriza por presentar una capa húmeda inestable que va desde la superficie terrestre hasta los 7km de altitud, manteniendo en todo momento humedades superiores al 60% de humedad relativa. Este aspecto junto a la época del año en que se suelen presentar (verano), hace que se genere convección generalizada en la mayor parte de las zonas sin necesidad de que se aporte ningún mecanismo de disparo ajeno a la termodinámica. 


Sondeo Tipo III

Este sondeo es calcado al que acabamos de analizar en el caso anterior con una única salvedad, y es la temperatura. 
En este caso las temperaturas son de media unos 10-15ºC más frías que en el caso anterior, lo que hace que ya nos salgamos del trópico para poder encontrarnos con este tipo de distribución atmosférica. 
En concreto, este tipo de sondeos suele ser muy característico de DANAs (Depresiones Aisladas en Altura) y de ciclones de latitudes medias, aspecto que hace que en ocasiones específicas, podamos encontrar este tipo de sondeos en las cercanías de la península. 
En concreto es característico de situaciones como esta:


Si nos fijamos en la zona del Cabo de San Vicente, tenemos un claro embolsamiento de aire frío en altura con una temperatura mínima de unos -17ºC a 500hPa y sin reflejo en superficie. Este tipo de situaciones en verano son las que comúnmente se suelen denominar como “Gotas Frías” y son las que pueden causar este tipo de sondeos en el seno de la misma. En general pueden llegar a producir fenómenos severos de cierta entidad, de hecho son este tipo de situaciones las que generan mayores problemas en la Península Ibérica con fuertes precipitaciones, fuertes vientos e incluso la formación de tornados o tubas.


Sondeo Tipo IV

Terminamos este estudio de las tormentas severas con el último de los sondeos, también observable en ocasiones específicas en la península ibérica. Este tipo de sondeo se caracteriza por tener una capa inferior bien mezclada y relativamente seca con una HR baja, que va aumentando progresivamente conforme subimos a las capas medias de la atmósfera. Normalmente este tipo de sondeos los encontramos en periodos veraniegos, en zonas de meseta, y suele asociarse a tormentas de base alta con corrientes descendentes vigorosas producidas por la evaporación. También se suelen apreciar con este tipo de sondeos, fenómenos de downburst que analizaremos detenidamente más adelante. En España podemos llegar a visualizarlos en la época estival en zonas de la meseta en donde la entrada de humedad en capas bajas es más complicado que en zonas costeras, y generalmente suelen producir fenómenos convectivos organizados como fue el caso de la supercélula de la Comunidad de Madrid del 6 de Mayo del 2010:


Una vez acabado el análisis de los sondeos, el siguiente paso consistirá en analizar un poco más a fondo un fenómeno se tiempo severo asociado a fuertes tormentas, y que suele presentarse bastante a menudo en las tormentas peninsulares. Con este pequeño toque a esta temática, cerraremos el capítulo de la termodinámica de las tormentas.

Microrráfagas

Desde un punto de vista técnico, la NOAA describe este tipo de fenómenos como “Fuerte corriente descendente (downdraft) que resulta en una ráfaga hacia fuera de vientos muy dañinos sobre o cerca del suelo. Los reventones pueden producir daños similares a un fuerte tornado. Aunque usualmente se asocian a tormentas, los reventones pueden ocurrir con chubascos demasiado débiles como para producir truenos”. Este tipo de fenómenos es uno de los más peligrosos para la aviación, ya que la incursión de una aeronave en uno de estos fenómenos puede llegar a provocar la pérdida del control sobre el avión y consiguientemente un accidente grave. Es por tanto fundamental la previsión de este tipo de sistemas con la suficiente antelación lo que permita evitar posibles sustos.



Las corrientes descendentes que producen la formación de los downbursts son producidas como consecuencia del empuje hidrostático negativo producido por el descenso de temperatura que se produce al evaporarse el agua. Estas ráfagas convectivas, pueden llegar a alcanzar la superficie terrestre si son lo suficientemente virulentas, extendiéndose concéntricamente al núcleo tormentoso hacia el exterior del mismo. Existen dos tipo de microrráfagas, aquellas asociadas a la precipitación producida en las tormentas eléctricas, conocidas como microrráfagas húmedas, y aquellas que se observan en tormentas con poca o ninguna precipitación, conocidas como microrráfagas secas.

Microrráfagas Húmedas.

Los sondeos característicos de días en los que el riego de microrráfagas húmedas es alto o muy alto, se caracterizan por tener una estructura similar a los sondeos de tormentas severas de Tipo I, de hecho normalmente las tormentas severas con sondeos de tipo I suelen tener asociadas microrráfagas o microrreventones, siendo la precipitación más abundante en el caso de las tormentas con microrráfagas, la única diferencia. En las capas más bajas de la atmósfera, cercanas al suelo se caracterizan por tener niveles de humedad muy altos cercanos a la saturación, mientras que conforme nos vamos acercando a niveles medios de la atmósfera, la humedad va descendiendo poco a poco. El proceso termodinámico que sigue este fenómeno comienza con la incorporación del aire más seco de las capas altas de la atmósfera, a las corrientes descendentes de naturaleza convectiva de la propia tormenta, de tal manera que el descenso de temperatura es mucho más brusco y mayor fruto de los fenómenos de evaporación unido a la incursión de este aire frío seco de las capas altas, y por lo tanto las corrientes descendentes son mucho más virulentas.

El origen del estudio de este tipo de fenómenos es bastante reciente como consecuencia del  accidente aéreo del 24 Junio 1975 del vuelo Eastern Airlines Flight 66 (Boeing 727) que se estrella intentando aterrizar en el aeropuerto de New York, JFK Intl. Se observó que en aquellos momentos había una linea tormentosa acercándose al aeropuerto, pero con la zona de influencia aún lejos de la vertical del mismo. A priori las causas del accidente se consideraron desconocidas, pero posteriormente se descubrió con los datos de las distintas estaciones de la zona, la existencia de un fenómeno que hasta ese momento se desconocía y que no era otro que el que acabamos de comentar. 


Microrráfagas Secas.

Al igual que ocurría en el caso anterior, las microrráfagas secas generalmente están asociadas a tormentas de base alta cuyo sondeo característico es el sondeo de tormentas severas de Tipo IV también llamado de “V invertida”. Teniendo esto en cuenta, solo recordar que este sondeo se caracteriza por tener una capa bastante seca en las capas superficiales, y conforme se va subiendo a capas medias la humedad va aumentando progresivamente hasta alcanzar valore altos en torno a los 2500-3000m de altitud.  Es esta la razón de que la nubosidad en estas tormentas comience a tanta altitud, coincidiendo con la zona en la que se encuentre el NCC. El denominarlo como microrráfaga seca se debe principalmente a que las tormentas que generan este tipo de fenómenos, al tener la base tan alta, normalmente la precipitación que producen se evapora antes de llegar al suelo con lo que en superficie no se aprecia precipitación alguna. Esto hace que el enfriamiento por evaporación se vea notablemente incrementado y por lo tanto las corrientes descendentes vean incrementada su fortaleza.


Una vez que tenemos identificados y clasificados todos los fenómenos posibles, conviene conocer la metodología que normalmente se suele utilizar para identificar la mayor o menor posibilidad de tener estas microrráfagas para unas condiciones atmosféricas determinadas. Para ello acudimos al índice WINDEX, un parámetro que surgió en 1994 de la mano de McCann tras un estudio pormenorizado de varios de estos casos en EEUU. La fórmula que calcula este índice es la siguiente:


Siendo en cada caso:

HM = altura del nivel de fusión (km)
QL = razón de mezcla promedio en el kilómetro más bajo (g/km).
QM = razón de mezcla en el nivel de fusión (g/km).
G = gradiente térmico entre el nivel de fusión y la superficie (°C/km).
RQ = QL/12, pero el valor de RQ no debe ser mayor que 1.

Haciendo un pequeño análisis de las unidades, observaremos como lo que nos devuelve la fórmula son unidades de velocidad, y es que el índice WI nos proporciona información sobre las rachas máximas de viento que pueden alcanzar estas estructuras de llegar a darse en el seno de una tormenta.

Y aquí acaba nuestro pequeño viaje por el maravilloso mundo de las tormentas y la física que les acompaña cada vez que se forman, crecen se llegan incluso a reproducir, y mueren. Espero que les guste, y sobretodo que aprendieran lo suficiente como para poder predecir y analizar las distintas situaciones tormentosas que pueden llegar a producirse en la geografía española, y porque no, en la geografía planetaria. La física es la misma aquí que en cualquier otra parte del mundo.

Saludos Meteolocos!!!!!!








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