La meteorología (del griego μετέωρον metéōron ‘alto en el cielo’, ‘meteoro’; y λόγος lógos ‘conocimiento’, ‘tratado’) es la ciencia atmosférica interdisciplinaria que estudia el estado del tiempo, el medio atmosférico, los fenómenos meteorológicos y las leyes que los rigen con apoyo de disciplinas auxiliares como la física de la atmósfera y la química de la atmósfera.

Meteorología es la ciencia que estudia las propiedades de la atmósfera que rodea la Tierra. Los cambios de estas propiedades como son las temperaturas, presión, humedad, vientos, lluvias, y otros, constituyen el Tiempo Atmosférico.

La meteorología náutica es parte de esta ciencia, estudiando los fenómenos atmosféricos sobre la superficie de los océanos y su influencia sobre la navegación marítima, también estudia los métodos para realizar una navegación meteorológica favorable, o sea la meteorología náutica se encarga del estudio de los fenómenos atmosféricos que ocurren sobre la mar y su influencia sobre el buque.

El estado del tiempo es primordial para la navegación, el navegar con oleaje, lluvia, niebla, además de las molestias propias a marinos y pasajeros entraña riesgos de accidentes a los mismos y averías al buque, y a su carga, por ello, se recomienda, antes de hacerse a la mar, tener una información de la previsión del tiempo, obteniéndola de los partes meteorológicos difundido por las Emisoras de radio, TV, radios costeras, prensa, Capitanías Marítimas y los datos de las variables meteorológicas obtenidas a bordo.

¡Por supuesto! La meteorología náutica es una rama especializada de la meteorología que se centra en el estudio del clima y las condiciones meteorológicas en el océano y otros cuerpos de agua. La meteorología náutica es especialmente relevante para la navegación marítima, ya que las condiciones meteorológicas pueden tener un impacto significativo en la seguridad y eficiencia de las operaciones marítimas.

Algunos de los conceptos clave en la meteorología náutica incluyen:

1. Pronóstico del tiempo marítimo : Es la predicción de las condiciones meteorológicas en el océano, incluyendo la dirección y velocidad del viento, la altura de las olas, la temperatura del agua, la visibilidad y otros factores relevantes para la navegación marítima. Los pronósticos del tiempo marítimo son proporcionados por agencias meteorológicas especializadas y son una herramienta importante para los navegantes en la planificación de sus rutas y actividades en el mar.

2. Cartas meteorológicas marítimas : Son representaciones gráficas de la información meteorológica para una región específica del océano, que incluye datos como las áreas de alta y baja presión, la dirección y fuerza del viento, y la ubicación de frentes meteorológicos. Estas cartas son utilizadas por los navegantes para comprender la situación meteorológica en una región determinada y tomar decisiones informadas sobre su ruta y planificación de navegación.

3. Condiciones meteorológicas marítimas: Incluyen factores como el viento, las olas, las corrientes, la temperatura del agua y la visibilidad, que pueden tener un impacto directo en la navegación marítima. Por ejemplo, el viento y las olas pueden afectar la velocidad y dirección de una embarcación, mientras que las corrientes pueden influir en la deriva de una embarcación y en la planificación de la ruta.

4. Fenómenos meteorológicos marítimos: Incluyen eventos como tormentas tropicales, ciclones, huracanes y tsunamis, que son de especial preocupación para los navegantes debido a su potencial para causar condiciones meteorológicas extremas y peligrosas en el mar. La comprensión de estos fenómenos y su monitoreo es esencial para la seguridad de las operaciones marítimas.

5. Instrumentos meteorológicos náuticos: Son herramientas específicas utilizadas en la navegación marítima para medir y observar las condiciones meteorológicas en el mar, como anemómetros para medir la velocidad del viento, barómetros para medir la presión atmosférica, termómetros para medir la temperatura del aire y del agua, y otros instrumentos especializados.

La meteorología náutica es una disciplina importante para los navegantes y es fundamental para la seguridad y eficiencia de las operaciones marítimas. Los navegantes deben estar familiarizados con los conceptos y herramientas meteorológicas náuticas para tomar decisiones informadas durante sus travesías en el océano.

Historia de la meteorología en general

Desde la más remota antigüedad se tiene constancia de la observación de los cambios en la atmósfera y de otros componentes asociados con el movimiento de los astros, con las estaciones del año y con fenómenos relacionados. Los antiguos egipcios asociaban los ciclos de crecida del Nilo con los movimientos de las estrellas explicados por los movimientos de los dioses, mientras que los babilonios predecían el tiempo guiándose por el aspecto del cielo. 

Pero el término «meteorología» proviene de  Meteorológica , título del libro escrito alrededor del año 340 a. C. por Aristóteles, quien presenta observaciones mixtas y especulaciones sobre el origen de los fenómenos atmosféricos y celestes. Una obra similar, titulada  Libro de las señas , fue publicada por Teofrasto, un alumno de Aristóteles; se centraba en la observación misma de los fenómenos más que en la previsión del tiempo.

El primero en definir de modo correcto la circulación atmosférica global fue George Hadley, con un estudio sobre los vientos alisios efectuado en 1735. En los inicios, ésta fue una comprensión parcial de cómo la rotación terrestre influye en la cinemática de los flujos de aire. Más tarde (en el siglo XIX), fue comprendida la plena extensión de la interacción a larga escala tras la fuerza del gradiente de presión y la deflexión causada por el efecto de Coriolis, que en forma conjunta dan origen al complejo movimiento tridimensional del viento. La fuerza de deflexión debe su nombre Gaspard-Gustave Coriolis, quien en una publicación de 1835 describió los resultados de un estudio sobre la energía producida por la máquina con partes en rotación, como la ruta del agua de los molinos. 

En 1856, William Ferrel hipotetizó la existencia de una «célula de circulación» en latitudes medias, en las cuales el aire se deflecta por la fuerza de Coriolis creando los principales vientos de los oestes. La observación sinóptica del tiempo atmosférico era aún compleja por la dificultad de clasificar ciertas características climáticas como las nubes y los vientos. Este problema fue resuelto cuando Luke Howard y Francis Beaufort introdujeron un sistema de clasificación de las nubes (1802) y de la fuerza del viento (1806), respectivamente. El verdadero punto de cambio fue la invención del telégrafo en 1843, lo cual permitió comenzar a intercambiar información sobre el tiempo meteorológico a velocidades inigualables. La primera imagen televisiva de la Tierra vista desde el espacio, tomada desde el satélite TIROS-1.

A inicios del siglo XX, los progresos en la comprensión de la dinámica atmosférica llevaron al nacimiento de la previsión del tiempo llevada a cabo a partir de cálculos matemáticos. En 1922, Lewis Fry Richardson publicó  Weather prediction by numerical process , que describía cómo eliminar las variantes menos importantes de las ecuaciones de la dinámica de fluidos que regulaban los fluidos atmosféricos, permitía encontrar fácilmente soluciones numéricas, a pesar de que el número de los cálculos necesarios era muy grande. En el mismo periodo, un grupo de meteorólogos noruegos conducido por Vilhelm Bjerknes desarrolló un modelo para explicar la generación, la intensificación y la disolución de los ciclones en niveles medios de la atmósfera, introduciendo la idea del frente meteorológico y de las subdivisiones de las masas de aire.

El grupo incluía a Carl-Gustaf Rossby (que fue el primero en explicar el flujo atmosférico a gran escala en términos de fluidodinámica),  Tor Bergeron (el primero en comprender el mecanismo de formación de la lluvia) y Jacob Bjerknes.

En los años 1950, los experimentos de cálculo numérico con computador mostraron ser factibles. La primera previsión del tiempo realizada con este método usaba modelos barotrópicos (es decir, representaban a la atmósfera como una única capa) y podía prever con éxito los movimientos a gran escala de las ondas de Rossby. En los años 1960, la naturaleza caótica de la atmósfera fue comprendida por Edward Lorenz, fundador del campo de la teoría del caos. Los avances matemáticos obtenidos en este campo fueron retomados por la meteorología y contribuyeron a estabilizar el límite de predictibilidad del modelo atmosférico.

Boletines meteorológicos y tablas de vientos y oleajes

Antes de zarpar debemos consultar los boletines meteorológicos y las Tabla de Vientos y Oleajes observando sobre todo el viento previsto así como la altura de las olas que nos indica para las diferentes horas de nuestra travesía.

Clases de Boletines meteorológicos :

• Clase A : Contienen las observaciones efectuadas en los semáforos.
• Clase B : Partes de información y previsión que se facilitan por onda media (2182 khz). Los servicios meteorológicos españoles los emiten referidos a las zonas atlánticas de su competencia.
• Clase C : Son los partes referidos a las zonas costeras. En España se emiten por onda media (2182 khz) y por VHF (anuncio en canal 16).

Variables Meteorológicas

Las variables meteorológicas son características o propiedades del estado de la atmósfera que se utilizan para describir y medir las condiciones del clima y del tiempo. Estas variables son medidas con instrumentos meteorológicos específicos y se utilizan para entender y predecir los patrones climáticos y meteorológicos.

Las principales variables meteorológicas son:

1. Temperatura: Es la medida del nivel de calor o frío del aire. Se mide en grados Celsius (°C) o Fahrenheit (°F) y es una de las variables meteorológicas más comunes y ampliamente conocidas.

2. Humedad: Es la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se mide en porcentaje de humedad relativa y es importante para entender cómo se siente el aire en términos de confort y para la formación de nubes y precipitaciones.

3. Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aire sobre la superficie terrestre. Se mide en milibares (mb) o en pulgadas de mercurio (inHg) y es importante para predecir los cambios en el clima y el comportamiento del viento.

4. Viento: Es el movimiento del aire en la atmósfera. Se mide en velocidad y dirección del viento, y es importante para entender cómo el aire se mueve y cómo afecta el clima y el tiempo en diferentes regiones.

5. Precipitación: Es la cantidad de agua que cae de la atmósfera a la superficie terrestre en forma de lluvia, nieve, granizo, entre otros. Se mide en milímetros (mm) o pulgadas y es importante para entender el ciclo del agua y la disponibilidad de agua en una región.

6. Radiación solar: Es la cantidad de energía radiante proveniente del sol que llega a la superficie terrestre. Se mide en radiación solar global, radiación solar directa y radiación solar difusa, y es importante para entender el balance energético de la atmósfera y su influencia en el clima y el tiempo.

7. Nubes: Son agregados visibles de partículas suspendidas en el aire, como gotas de agua o cristales de hielo. Se clasifican en diferentes tipos y alturas, y son importantes para entender cómo se forma la precipitación, la cantidad de radiación solar que llega a la superficie terrestre y la influencia en el clima y el tiempo.

8. Otros: También existen otras variables meteorológicas menos comunes pero importantes, como la visibilidad (distancia a la cual objetos pueden ser claramente vistos), la calidad del aire (concentración de contaminantes atmosféricos), la evapotranspiración (pérdida de agua de la superficie terrestre por evaporación y transpiración de plantas), entre otros.

Estas variables meteorológicas son medidas y registradas en estaciones meteorológicas distribuidas en todo el mundo, y son utilizadas por meteorólogos y científicos del clima para comprender, pronosticar y estudiar los patrones climáticos y meteorológicos, así como para tomar decisiones en diversas industrias como agricultura, transporte, construcción, energía y gestión de desastres.

La Humedad relativa y Punto de roció

La humedad relativa es el porcentaje de vapor contenido en el aire en relación con el que podría llegar a contener a la misma temperatura.

El punto de rocío Es la temperatura que hace al aire alcanzar el nivel de saturación del vapor que contiene (Hr 100 X 100) Si excede, se verificará la condensación como nubes en la atmósfera o rocío el superficies.

La dirección y velocidad el viento

El viento en la navegación tiene toda una terminología que se debe conocer:

• ROLAR, cambiar el viento de dirección sucesivamente.
• RACHEAR, subir la intensidad del viento momentáneamente
• CONTRASTE, cambio brusco de la dirección del viento.

Meteorología y climatología

La Tierra está constituida por tres partes fundamentales: una parte sólida llamada litosfera, otra cubierta por agua llamada hidrosfera y una tercera, que envuelve a las dos anteriores, conformada por una capa gaseosa denominada atmósfera. Éstas se relacionan entre sí produciendo modificaciones profundas en sus características. La ciencia que estudia estas características, las propiedades y los movimientos de las tres capas fundamentales de la Tierra, es la geofísica. En ese sentido, la meteorología es una rama de la geofísica que tiene por objeto el estudio detallado de la envoltura gaseosa de la Tierra y los fenómenos que en ella ocurren.

Se debe distinguir entre las condiciones actuales y su evolución (lo cual constituye el tiempo atmosférico) y las condiciones medias durante un largo período (que se conoce como clima de un lugar o una región). En este sentido, la meteorología es una ciencia auxiliar de la climatología ya que los datos atmosféricos obtenidos en múltiples estaciones meteorológicas durante largo tiempo se usan para definir el clima, predecir el tiempo, comprender la interacción de la atmósfera con otros subsistemas, etc. El conocimiento de las variaciones meteorológicas y el impacto de las mismas sobre el clima ha sido siempre de suma importancia para el desarrollo de la agricultura, la navegación, las operaciones militares y la vida en general.

Así, en el análisis hecho por la NASA de la ola de frío tan intensa que ha vivido el hemisferio norte (Europa y América del Norte) se señala que debemos ser muy cautos a la hora de especular la relación entre meteorología y climatología ya que las dos ciencias operan en escalas de tiempo distintas. En este análisis se señala que: In the United States, the cold spell generated public debate about whether such events disprove global warming or if, in fact, they are exacerbated or caused by it. However, most climate scientists and meteorologists are wary of drawing such connections between climate and weather, which operate on different time scale.En los Estados Unidos, la ola de frío (se refiere a la de comienzos del año 2014) ha generado un debate público sobre el tiempo meteorológico y sobre si esos eventos meteorológicos de intenso frío echan por tierra la idea del calentamiento global o si, en efecto, la han exacerbado o incluso causado por dicha idea. Sin embargo, la mayoría de científicos del clima y meteorólogos son muy cuidadosos al inferir esas conexiones entre tiempo y clima, las cuales operan en distintas escalas temporales. (del comentario a los mapas elaborados por la NASA en el artículo  What Goes Around Comes Around , del 10 de enero de 2014).  3

El progreso de la meteorología en los últimos tiempos

El desarrollo tecnológico obtenido en el perfeccionamiento de instrumentos y aparatos de detección y procesamiento de datos ha revolucionado la ciencia de la meteorología, especialmente en lo que respecta al empleo de los satélites meteorológicos, aviones de los denominados cazahuracanes, drones con fines también meteorológicos, satélites que recogen información sobre las corrientes marinas, temperatura superficial de mares y océanos y, sobre todo la recopilación, procesamiento de datos y proyección y pronósticos meteorológicos. Desde luego, todos estos avances se iniciaron en las últimas décadas del siglo XX (recordemos lo que significó el lanzamiento del satélite artificial TIROS I (Television Infra-Red Observation Satellite) en 1960 pero ello no fue sino el punto de partida de una nueva era, que ha dejado muy atrás el estado de la ciencia (en este caso de la meteorología) que sigue difundiéndose en las escuelas y en la bibliografía especializada. Y no solo nos vamos quedando atrás en el campo de la formación científica y técnica, sino también en los programas de investigación y desarrollo, aunque en esto último exista una gran diversidad de situaciones a escala mundial.

Ramas de la meteorología

La meteorología incluye el estudio (descripción, análisis y predicción) de las variaciones diarias de las condiciones atmosféricas a gran escala o Meteorología sinóptica, el estudio de los movimientos en la atmósfera involucrados en la dinámica atmosférica y su evolución temporal basada en los principios de la mecánica de fluidos (Meteorología dinámica, muy relacionada actualmente con la meteorología sinóptica), del estudio de la estructura y composición de la atmósfera, así como las propiedades eléctricas, ópticas, termodinámicas, radiactivas y otras (Meteorología física), la variación de los elementos meteorológicos cerca de la Tierra en un área pequeña (Micrometeorología), el estudio específico de los fenómenos meteorológicos de la zona intertropical (Meteorología tropical) y otros muchos fenómenos. El estudio de las capas más altas de la atmósfera (superiores a los 20 o 25 km) acostumbra a implicar el uso de técnicas y disciplinas especiales, y recibe el nombre de aeronomía. El término aerología se aplica al estudio de las condiciones atmosféricas a cualquier altura.

Meteorología aplicada

La meteorología aplicada tiene por objeto acopiar constantemente un máximo de datos sobre el estado de la atmósfera y, a la luz de los conocimientos y leyes de la meteorología teórica, analizarlos, interpretarlos y obtener deducciones prácticas, especialmente para prever el tiempo con la máxima antelación. Como la atmósfera es una inmensa masa gaseosa sujeta a variaciones constantes, que la mayoría de las veces se producen en el ámbito regional, su estado en un momento dado sólo puede ser conocido si se dispone de una red suficientemente densa de puestos de observación o estaciones meteorológicas, distribuidas por todas las regiones del globo, que a horas fijas efectúan las mismas mediciones (temperatura, presión, humedad, viento, precipitaciones, radiación solar, nubosidad, etc.) y transmiten los resultados a los centros encargados de utilizarlos.

Objetos de estudio

Los concernientes a la climatología y la previsión del tiempo. Su campo de estudios abarca, por ejemplo, las repercusiones en la Tierra de los rayos solares, la radiación de energía calorífica por el suelo terrestre, los fenómenos eléctricos que se producen en la ionosfera, los de índole física, química y termodinámica que afectan a la atmósfera, los efectos del tiempo sobre el organismo humano, etc.

Los temas de la meteorología teórica se fundan, en primer lugar, sobre un conocimiento preciso de las distintas capas de la atmósfera y de los efectos que producen en ella los rayos solares. En particular, los meteorólogos establecen el balance energético que compara la energía solar absorbida por la Tierra con la energía irradiada por ésta y disipada en el espacio interestelar. Todo estudio ulterior implica, por lo demás, un conocimiento de las repercusiones que tienen los movimientos de la Tierra sobre el tiempo, los climas, la sucesión de las estaciones. También dan lugar a profundos estudios teóricos los dos parámetros principales relativos al aire atmosférico: la presión y la temperatura, cuyos gradientes y variaciones han de ser conocidos con la mayor precisión.

En lo concerniente a la evolución del tiempo, tiene especial importancia el estudio del agua atmosférica en sus tres formas: (gaseosa, líquida y sólida), así como las condiciones y circunstancias que rigen sus cambios de estado (calor latente de evaporación, de fusión, etc.), de la estabilidad e inestabilidad del aire húmedo, de las nubes y las precipitaciones.

Otra rama fundamental se esfuerza en determinar las leyes que rigen la circulación general de la atmósfera, la formación y los movimientos de las masas de aire, el viento y las corrientes en general, la turbulencia del aire, las condiciones en que se forman y mueven los frentes, anticiclones, ciclones y otras perturbaciones, así como los procesos que dan lugar a los meteoros.

Equipos e instrumentos meteorológicos

En general, cada ciencia tiene su propio equipamiento e instrumental de laboratorio. Sin embargo, la meteorología es una disciplina corta en equipos de laboratorio y amplia en los equipos de observación en campo. En algunos aspectos esto puede parecer bueno, pero en realidad puede hacer que simples observaciones se desvíen hacia una afirmación errónea.

En la atmósfera, hay muchos objetos o cualidades que pueden ser medidos. La lluvia, por ejemplo, ha sido observada en cualquier lugar y desde siempre, siendo uno de los primeros fenómenos en ser medidos históricamente.

Estaciones meteorológicas

Una estación meteorológica es una instalación destinada a medir y registrar regularmente diversas variables meteorológicas. Estos datos se utilizan tanto para la elaboración de predicciones meteorológicas a partir de modelos numéricos como para estudios climáticos. Está equipada con los principales instrumentos de medición, entre los que se encuentran los siguientes:

• Anemómetro (mide la velocidad del viento)
• Veleta (señala la dirección del viento)
• Barómetro (mide la presión atmosférica)
• Heliógrafo (mide la insolación recibida en la superficie terrestre)
• Higrómetro (mide la humedad)
• Piranómetro (mide la radiación solar).
• Pluviómetro (mide el agua caída)
• Termómetro ambiental (mide la temperatura en determinadas horas del día]])
• Termómetro de subsuelo (mide la temperatura desde 5 a 100 cm de profundidad)
• Visiblimetro (mide la visibilidad)

Estos instrumentos se encuentran protegidos en una casilla ventilada, denominada abrigo meteorológico o  pantalla de Stevenson , la cual mantiene la luz solar directa lejos del termómetro y al viento lejos del higrómetro, de modo que no se alteren las mediciones de estos.

Cuanto más numerosas sean las estaciones meteorológicas, más detallada y exactamente se conoce la situación. Hoy en día, gran cantidad de ellas cuentan con personal especializado, aunque también hay un número de estaciones automáticas ubicadas en lugares inaccesibles o remotos, como regiones polares, islotes deshabitados o cordilleras. Además existen  fragatas meteorológicas , barcos que contienen a bordo una estación meteorológica muy completa y a los cuales se asigna una posición determinada en pleno océano. 

Sin embargo, es necesario recalcar que, con el gran crecimiento de la población urbana desde fines del siglo XIX, la mayor parte de las estaciones meteorológicas están actualmente situadas en zonas urbanas, bien porque se ubican en ciudades nuevas o bien porque se encuentran en poblaciones rurales absorbidas por los grandes núcleos urbanos en su proceso de expansión, con lo que existe un sesgo introducido por los microclimas urbanos que dan pie para corroborar, de manera errónea, el aumento de las temperaturas a escala mundial (lo que sería una prueba del calentamiento global).

Historia

Imagen de radar con tecnología de 1960, detectando superceldas de tornados sobre el área metropolitana de Minneapolis-Saint Paul Operadora de estación de trabajo de un radar meteorológico de diseño soviético, Neuhaus am Rennweg, RDA, 1988

• En la Segunda Guerra Mundial, los operadores de radar notaban ruido en ecos de retorno debido a elementos meteorológicos (lluvia, nieve, cellisca, etc.)

• Poco después del conflicto, los científicos militares volvían a la vida civil o continuaban en las Fuerzas Armadas, investigando el desarrollo de uso de aquellos ecos:

• En EE. UU.: David Atlas, Fuerza Aérea de EE. UU., y el grupo que primero y más tarde lideró los primeros radares meteo MIT. Hacia 1950, la Cía del RU EKCO demostraba que sus equipos de radar de búsqueda aerotransportado, advertían de presencia de nubes severas y de colisiones

• En Canadá: J.S. Marshall y R.H. Douglas forman el «Grupo de Tiempo Tormentoso» en Montreal.: Marshall y, el estudiante de doctorado, Walter Palmer son bien conocidos por su trabajo sobre el tamaño de gotas y su distribución en latitudes medias de la lluvia que fijan la relación lluvia – reflectividad al radar (relación Z-R)

• En Gran Bretaña: continuaron los estudios de patrones de “ecos de radar y tiempo” (lluvias estratiformas, nubes convectivas, etc.) y experimentos evaluando el potencial de diferentes longitudes de onda de 1 a 10 cm

• 1953, Donald Staggs, ingeniero eléctrico trabajando para Illinois State Water Survey, realiza las primeras observaciones de radar de un “eco en cadena” asociado con una tormenta tornádica.

• Entre 1950 y 1980, los radares de reflectividad (que dan posición e intensidad de la lluvia) se construyeron por los Servicios Meteorológicos de países muy desarrollados. Los meteorólogos tenían que observar con tubo de rayos catódicos.

• En los años 1970, los radares se estandarizan y se organizan en redes. Se desarrolla el primer artefacto para capturar imágenes de radar. El Nº de ángulos escaneados sube para obtener vistas tridimensionales de la lluvia, se mejoran los barridos horizontales (CAPPI) y verticales. Estudios de la organización de tormentas se hacen posible con el Proyecto Alberta Hail y el NSSL en EE. UU. El NSSL se crea en 1964, comenzando a experimentar sobre señales de polarización dual y en usos de Efecto Doppler (ver Radar Doppler

• Entre 1980 y 2000, las redes de radares meteo son norma en Norteamérica, Europa, Japón y otros países desarrollados. Los radares convencionales son reemplazados por los Doppler para añadir información sobre velocidad. En EE. UU., desde 1988, la red son radares de longitud de onda de 1 dm, los NEXRAD o WSR-88D

En Canadá, la “Environment Canada” construye la estación King City, con un radar Doppler de 5 cm, en 1985; y la Universidad McGill doppleriza ese radar (CWMN) en 1993. Así completa la Red Canadiense de Radares Meteo entre 1998 y 2004. Francia y otros países europeos cambian a redes Doppler a finales de los años 1990 y principios de los 2000 Red francesa de radares meteo en 2019.

Se desarrollan computadoras para procesar los algoritmos de detección de signos de tiempo severo.

• Después de 2000, la investigación de la polarización dual pasa al uso de información adicional para tipificar precipitaciones

Los radares se actualizaron hacia fines de los años 1990 en EE. UU, Francia, 7  y CanadáDesde 2003, NOAA experimenta con radar de fase, reemplazando las antenas convencionales parabólicas para dar más resolución temporal al ruido atmosférico. Esto podría ser muy importante en tormentas severas, dando su evolución con mejor evaluación de los datos temporales.

Principios del radar en meteorología

Pulso en microonda electromagnética (orden del microsegundo)

Los radares meteo son radares de pulso. El generador de microonda es usualmente un magnetrón o un klistrón con 1 a 10 cm de ancho de banda. La onda es transmitida por una “guía de ondas” a una antena parabólica, y hacia el blanco.

Las longitudes de onda desde 1 a 10 cm son aproximadamente diez veces el diámetro de las gotitas de agua o partículas de hielo de interés, debido a la dispersión de Rayleigh que ocurre a esas frecuencias. Esto significa que parte de la energía de cada pulso rebote en esas pequeñas partículas, volviendo en la dirección de la estación de radar.

Las longitudes de onda más cortas se usan útilmente para partículas más diminutas, pero la señal es más rápidamente atenuada. Así el radar de 1 dm en banda S es preferido pero es más caro que el sistema de 5 cm en banda C. El radar de 3 cm en banda X r se usa solo para propósitos en muy cortas distancias, y el radar meteo de 1 cm en banda Ka se usa solo para estudios en fenómenos de pequeñas partículas como niebla.

A diferencia del radar de vuelo, el radar meteo tiene un blanco numeroso en volumen, haz del radar: {\displaystyle \,{hr^{2}\theta ^{2}}} (h ancho del pulso, r distancia al radar y  ancho de haz). El radar de pulsos se expande a medida que sale de la fuente. Esto significa que la región de atmósfera donde un pulso se mueve a través de un área cada vez mayor a medida se aleja de la estación, y más pequeña en áreas cercanas, decreciendo la resolución a distancias grandes. Al fondo de los 150-200 km del rango de iluminación, el volumen de aire escaneado por un solo pulso puede estar en el orden de kilómetros cúbicos. Esto se llama volumen del pulso.

Con un radar típico de pulso y su ancho de haz, el volumen escaneado varía grandemente, hasta 250 o 300 km. Por ej., el retorno de una distancia dada será promedio de los ecos en un volumen del orden de 1 km³ de aire. El volumen de aire para un pulso en un punto en un tiempo puede aproximadamente calcularse por la fórmula , donde v es el volumen encerrado por el pulso, h es el ancho del pulso (en e.g. metros, calculados de la duración en segundos del pulso a la velocidad de la luz), r es la distancia desde el radar al pulso que está propagándose (en e.g. metros), y {\displaystyle \,\theta }  es el ancho del rayo (en radianes). Esta fórmula asume que el haz es simétricamente circular, “r” es mucho mayor que “h” sobre “r” tomado al inicio o al final del pulso es prácticamente lo mismo, y la forma del volumen es un cono tronco de profundidad “h”.

Ecuación para un radar con blancos meteorológicos

Debido a que los blancos varían en volumen, la Ecuación del Radar se desarrolla

donde {\displaystyle \,P_{r}}  es potencia recibida, {\displaystyle \,P_{t}}  es potencia trasmitida, {\displaystyle \,G_{t}}  es la ganancia de la antena trasmisora, {\displaystyle \,\lambda }  es el ancho de banda del radar, {\displaystyle \,\sigma }  es la sección eficaz del blanco de radar, {\displaystyle \,R}  es la distancia del trasmisor al blanco.

En este caso, hay que agregar las secciones eficaces a todos los blancos:

donde {\displaystyle \,c}  es la velocidad de la luz,   es la duración del pulso y   es el ancho del haz medido en radianes.

Combinando las dos ecuaciones:

Donde lidera a:{\displaystyle P_{r}\propto {\frac {\eta }{R^{2}}}}

Notar que el retorno ahora varía inversamente a R2 en vez de R4

Comparando los datos viniendo de diferentes distancias al radar, se las ha normalizado con esta relación.

Determinación de alturas

Asumiendo a la Tierra redonda, conociendo la variación del índice de refracción a través del aire, y la distancia al blanco, se puede calcular la altura tierra-blanco.

Después de cada rotación de escaneo, la elevación de la antena se cambia para el siguiente sondaje. Este escenario se repite en muchos ángulos en orden a escanear todo el volumen de aire alrededor del radar dentro de su rango máximo. Usualmente, esta estrategia de escaneado se completa entre 5 a 10 min para tener datos entre 15 km arriba del terreno y 120-250-500 km de distancia al radar.

Debido a la curvatura terráquea y a cambios del índice de refracción con la altura, el radar no puede “ver” debajo de la altura del mínimo ángulo. Más adelante se muestra una imagen de alturas de una serie de típicos ángulos hechos por un radar meteo de 50  mm , de Canadá. El rango va de 0,3 a 25 grados.

Tiempo de escucha receptiva (~ 1 ms)

Entre cada pulso, la antena se comporta como receptor para recibir el retorno del blanco. La distancia se calcula:  (c = velocidad de la luz).

Así el rango máximo no ambiguo depende de   t entre pulsos. Cualquier pulso retornando después de que uno nuevo se ha emitido será perdido, como si se asumiera que proviene del 2º (siguiente) pulso.

Asumida la redondez terráquea, la variación del índice de refracción a través del aire y la distancia al blanco, se calcula la altura desde el horizonte. La fórmula para encontrar esta altura es:

Donde r = distancia, {\displaystyle e_{k}}  = 4 / 3, {\displaystyle a_{e}}  = radio de la Tierra, {\displaystyle \theta _{e}} : ángulo de elevación, {\displaystyle h_{a}} : la altura del cuerno encima de la superficie de la Tierra.

Estrategia de escaneado

El zigzag representa la data de ángulos usados para hacer CAPPIs (Indicaciones Radáricas de Plan de Posición de Altitud Constante) entre 1,5 y 4 km de altitud)

Después de cada rotación de escaneo, la elevación (azimut de la antena se cambia para el siguiente sondeo. Este escenario se repite en muchos ángulos de modo de escanear el máximo del volumen atmosférico alrededor del radar meteo, con el máximo alcance. Usualmente, la estrategia de escaneo se completa en 5 a 10 min para resolver datos entre 0 y 15 km de altitud y 120-240-480 km de distancia del radar.

Debido a la curvatura de la Tierra y a cambios del índice de refracción con la altitud, el radar queda “ciego” debajo de una altura dada por el ángulo mínimo o cerrado al radar que su máximo. La imagen muestra la altura de una serie de ángulos típicos en un radar meteo de 5 cm en Canadá; va de 0,3 a 25º.

Tipos de datos

Reflectividad (en  decibelios  o dBZ)

• Los ecos, proveniente del reflejo sobre los blancos detectados, son analizados de acuerdo con sus intensidades para establecer los índices de precipitaciones del volumen explorado. La longitud de onda utilizada (1 a 10 cm) asegura que el reflejo será proporcional al índice, dado que está en el rango de la dispersión de Rayleigh, que indica que los blancos deben ser mucho más pequeños que la longitud de onda con la cual se explora (por un factor de 10).

La reflectividad (Z) varia de acuerdo a la sexta potencia del diámetro de las gotas de lluvia (D) y al cuadrado de la constante dieléctrica (K) del blanco. La medida de la distribución de las gotas (N[D]) es una función gamma truncada y su ecuación toma la siguiente forma:

• A medida que la antena barre la atmósfera, en cada ángulo de acimut obtiene de cada blanco encontrado un valor determinado de retorno. La reflectividad es promediada para ese blanco para aproximar mejor el conjunto de valores obtenidos.
• Dado que la variación del diámetro y constante dieléctrica de los blancos pueden producir una gran variabilidad en la intensidad de retorno del radar detectado, la reflectividad es expresada en dBZ (10 veces el logaritmo de la relación con el eco de una gota estándar de 1 mm de diámetro ocupando el mismo volumen rastreado).

Como leer reflectividad en un monitor de radar

Los retornos de radar se representan usualmente por color o nivel. Los colores en una imagen de radar normalmente van del azul o verde para los retornos débiles, al rojo o magenta para los muy fuertes. Los números en un reporte oral se incrementan con la severidad de los retornos.

Por ejemplo, el U.S. National Doppler Radar usa la siguiente escala para los diferentes niveles de reflectividad: [1]

• magenta: 65 dBZ (extremadamente pesada precipitación)
• rojo: 52 dBZ
• amarillo: 36 dBZ
• verde: 20 dBZ (ligera precipitación)

Los retornos fuertes (rojo o magenta) pueden indicar no solo lluvia pesada, sino también tormentas, granizo, vientos fuertes, o tornados, pero se requerirá una cuidadosa interpretación, por razones descritas más adelante en este artículo.

Convenciones de aviación

Cuando se describen los retornos del radar meteo, los pilotos, despachantes, y controladores del tráfico aéreo se refieren a tres niveles de retorno:

• nivel 1  corresponde al retorno verde, indicando usualmente ligera precipitación y poca a nada de turbulencia, y con la posibilidad de visibilidad reducida.
• nivel 2  corresponde al retorno amarillo, indica moderada precipitación, con la posibilidad de muy baja visibilidad, moderada turbulencia e inconfortabilidad para los pasajeros.
• nivel 3  corresponde al retorno rojo, indica precipitación pesada, con la posibilidad de tormentas y severa turbulencia, con daños serios estructurales a la aeronave.

Los aviones deben tratar de evitar el nivel 2 cuando es posible, y obviar el nivel 3 a menos de contar con una aeronave especialmente diseñada.

Velocidad

Ej. idealizado de salida Doppler. Las velocidades de aproximación  en azul  y las de alejamiento  en rojo . Note la variación sinusoidal de velocidad cuando da vueltas al display en un particular anillo. (Fuente: Environment Canada)

Véase también: Pulse-doppler radar y radar Doppler

Pares de pulsos

La diferencia de frecuencia del retorno de una lluvia en movimiento con sus gotículas de agua o copos de nieve son demasiado pequeñas para notarse con los actuales instrumentos electrónicos. Con velocidades de menos de 70 m/ s  para ecos de tiempo y longitudes de onda de radar de 1 dm, cuenta solo 10-5%. Sin embargo, como se mueven ligeramente entre cada pulso, la onda de retorno tiene una diferencia no despreciable de fase de pulso en pulso.

Los radares Doppler usan esta diferencia de fase (diferencia de pares de pulso) para calcular el movimiento de las precipitaciones. La intensidad de pulsos sucesivamente retornando del mismo volumen escaneado donde los blancos tienen un ligerísimo movimiento es:

So 

v = velocidad del blanco = {\displaystyle {\frac {\lambda \Delta \Theta }{4\pi \Delta t}}}

Esta velocidad se llama la velocidad radial Doppler, debido a que da solo la variación radial de la distancia versus el tiempo entre el radar y el blanco. La velocidad y dirección real de los movimientos tiene que ser extraída por el proceso descrito más abajo.

Interpretación Doppler

Si uno piensa en una lluvia de otoño que cae uniformemente y que se dirige al este, la cobertura del área del radar se mueve de oeste a este. Si el radar apunta hacia el oeste, “verá” la lluvia moviéndose hacia él, y parecerá que se dirige al este. Por otro lado, cuando “mira” al norte o al sur, mientras no haya movimiento hacia el radar en aquellas direcciones, la velocidad radial será nula; y cuando “mira” hacia el este parecerá que se aleja.

Como el rayo escanea 360º alrededor del radar, los datos vendrán de todos aquellos ángulos y se proyectarán radialmente, como si el viento real viniera desde un ángulo individual. El patrón de intensidad formado por este escaneo será una curva coseno. Uno puede deducir la dirección y la fuerza de la velocidad de las partículas tanto si hay suficiente cobertura de la pantalla de radar.

Sin embargo, las gotas de lluvia están cayendo. Como el radar ve solo la componente radial y tiene una cierta elevación del suelo, las velocidades radiales se contaminarán por alguna fracción de la velocidad de caída. Afortunadamente, este componente es insignificante en ángulos de elevación pequeños, pero debe ser tenido en cuenta para ángulos de escaneo más altos.

Polarización

Muchos hidrometeoros tienen un eje más grande horizontal debido al coeficiente de resistencia aerodinámica del aire mientras caen (las gotas de agua). Esto causa que las moléculas dipolo de agua se orienten en tal dirección que los rayos del radar están generalmente polarizados horizontalmente para recibir el máximo retorno.

Si se decide enviar simultáneamente dos pulsos con polarización ortogonal: vertical y horizontal, recibiéndose dos sets de datos proporcionales a los dos ejes de las gotas que son independientes.

• La diferencia entre las intensidades es llamada Zdr e informa sobre la forma del blanco.
• Las ondas electromagnéticas cambian de fase mientras pasan a través de material más denso, el diferencial de fase con la distancia o el diferencial de fase específica puede usarse para estimar la cantidad de precipitación en el volumen escaneado de la atmósfera: la tasa de lluvia. Medida no afectada por atenuación.
• La relación Zdr debería ser estable con las gotas de la misma forma, y el retorno desde un grupo de gotículas de diferentes formas o un mix de gotas, copos de nieve, piedras, etc… continuamente cambiando de posición, dando un Zdr que cambia con el tiempo. Esta variación hv) dará una idea de la variedad de formas en el volumen escaneado.

Con esta nueva adquisición de conocimiento, los datos de reflectividad y de Doppler, los investigadores han trabajado en desarrollar algoritmos para diferenciar los tipos de precipitación, blancos no meteorológicos, mejor acumulación de estimadores, etc… NCAR ha sido uno de los líderes en este campo, con Dusan S. Zrnic y Alexandre V. Ryzhkov.

NOAA tiene operando un “test base” para sus radares operacionales desde 2000, y planea equiparlos a sus equipos de 1 dm NEXRAD con polarización hacia el fin de la década.

La McGill University J.S. Marshall con su Observatorio Radar en Montreal, Canadá, ha convertido su instrumento, en 1999, y sus datos usados operacionalmente por Environment Canadá en Montreal. Otro EC radar en King City (norte de Toronto) ha sido polarizado en 2005, trabajando en una longitud de onda de 5 cm que da nuevos desafíos. EC espera generalizar esta conversión a toda su red. Finalmente, Météo de Francia trabaja en este aspecto y tendrá sus primeros radares polarizados en 2008.

Tipos principales de “salidas” del radar

Todos los datos de escaneo del radar se representan de acuerdo a la necesidad del usuario. Diferentes salidas se han desarrollado a través del tiempo para alcanzar esto. Aquí lista de salidas disponibles comunes y especializadas.

Indicador de Plan de Posición

A medida que los datos se obtienen de a un ángulo por un tiempo, el primer modo de desplegarlos es con el  “Indicador del Plan de Posición, PPI” , que solo produce una imagen bidimensional del retorno radárico. Debe recordarse que los datos (retornos) vienen de diferentes distancias al radar, a diferentes alturas arriba del terreno.

Esto es muy importante cuando una lluvia de alta intensidad, cerca del radar, está relativamente junto al suelo, pero en cambio otra a 160 km de distancia estará cerca de 1,5 km arriba del terreno, y tener diferentes cantidades de agua alcanzando el suelo. Así es dificultoso comparar los ecos de la tormenta a diferentes distancias del radar.

A los PPI se les agregan ecos del terreno cerca del radar, como un problema suplementario. Y podrían ser malinterpretados como ecos reales. Por lo que otros productos y más tratamientos de datos se han desarrollado para evitar estos inconvenientes.

Uso: en datos de reflectividad, Doppler y polarimétricos se puede usar PPI.

N.B. : en el caso de datos Doppler, son posibles dos puntos de vista: relativos a la superficie o a la tormenta. Cuando se mira la cinética general de una lluvia para extraer el viento a diferentes altitudes, es mejor usar datos relativos al radar. Pero cuando se los ve para rotaciones del viento bajo una tormenta, es mejor usar imágenes relativas de tormentas que sustraen el movimiento general de la precipitación, para observar solo el movimiento del aire dentro de la nube.

Indicador de Plan de Posición de Altitud Constante

Para evitar algunos de los problemas en PPI, el CAPPI o “Indicador de Posición del Plan de Altitud Constante” se ha desarrollado por investigadores de Canadá. Es básicamente un cruce horizontal de datos radar. Así, uno puede comparar la precipitación en iguales metrajes a diferentes distancias del radar, evitando ecos del terreno. Aunque los datos se capturan a una cierta altura por encima del suelo, se debe inferir una relación entre los reportes de las estaciones terrenas y los datos radar.

CAPPI llama a un gran número de ángulos desde cerca del horizonte a cerca de la vertical del radar en orden a tener un corte que sea tan cerrado como sea posible a todas las distancias de la altura necesaria. Pero aún luego, después de ciertas distancias, no hay ningún ángulo disponible y el CAPPI se hace PPI de los más bajos ángulos. La línea en zigzag de los ángulos en el diagrama arriba muestra que los datos usados producen alturas CAPPI de 1,5 y 4 km. Téngase en cuenta que la sección después de 120 km se hace usando los mismos datos.

USO: mayormente para datos de reflectividad. La universidad McGill produce “Doppler CAPPI”, pero la naturaleza de la velocidad hace una salida algo con “ruido”, ya que las velocidades pueden cambiar rápidamente en dirección con la altura, en contrario con el patrón bastante suave, en reflectividad.

Composición vertical

Otra solución a los problemas PPI es producir imágenes de máxima reflectividad en la capar arriba del terreno. Esta solución es usualmente tomada cuando el número de ángulos disponibles es pequeño o variable. El Servicio Nacional del Tiempo de Estados Unidos está usando tales Composites como su esquema de escaneo, pudiendo variar de 4 a 14 ángulos, de acuerdo a su necesidad, formando muy bastos CAPPI. El Composite asegura que ningún eco fuerte se pierda en la capa, y un tratamiento usando velocidades Doppler elimina los ecos de tierra.

Acumulaciones

Acumulación de lluvias de 24 h, radar Val d’Irène, este de Canadá. Las zonas sin datos en el este y sudoeste son por bloqueo del rayo radárico por montañas. (Fuente: Environment Canadá)

Uno de los principales usos del radar es mostrar la cantidad de precipitaciones caídas sobre una gran cuenca para propósitos de hidrológicos. Por ej., control de inundaciones ribereñas, manejo de cloacas; construcción de embalses son áreas donde los planificadores necesitan datos acumulados. Idealmente completa los datos de las estaciones de superficie que se pueden usar para calibración.

Para producir acumulaciones de radar, se debe estimar la tasa de lluvia sobre un punto por los valores promedio sobre tal punto entre un PPI, o CAPPI, y el siguiente; luego se multiplica por el tiempo entre esas imágenes. Si uno desea para más largos períodos, puede adicionarse todas las acumulaciones de imágenes durante tal tiempo.

Topes de ecos

La aviación es el usuario más importante de datos de radar. Una carta particularmente importante en ese campo son los “Topes de Eco” para planear vuelos y evitar tiempo peligroso. Muchos “radares meteo” escanean suficientes ángulos para tener sets en 3D de datos en el área de cobertura. Así se tienen las máximas alturas donde se pueden producir precipitación en ese volumen. Sin embargo, debe recordarse que las máximas alturas alcanzables por el haz del radar no son los topes de nubes, pudiéndose extender más allá del alcance.

Secciones eficaces verticales

Para conocer la estructura vertical de nubes, en particular de tormentas o el nivel de la capa de fusión, el producto secciones eficaces verticales de los datos radárico está disponible para meteorólogos.

Algoritmos automáticos

El cuadrado en esta imagen Doppler ha sido colocado automáticamente por el programa del radar para fijar la posición de un mesociclón. Es notable de mencionar que el cambio en la dirección del viento es menor a 10 km en diámetro (fuente: Environment Canada)

Para ayudar al meteorólogo a señalar tiempo peligroso, se han introducido algoritmos a los programas de tratamiento de radares meteo. Ellos son particularmente importantes en el análisis de datos de velocidad Doppler, que son muy complejos. Los datos de polarización también necesitan más algoritmos.

Principales algoritmos de reflectividad:

• VIL o líquido verticalmente integrado: es la masa total de precipitación en las nubes.
• Potencial ráfaga de viento, que estima los vientos bajo una nube en caso de una baja, usando el VIL y la altura de los Echotopos.
• Algoritmo del granizo estimador de su presencia y tamaño potencial.

Algoritmos principales para velocidades Doppler:

• Detección de un mesociclón
• Cizalladura del viento en bajos niveles.
• TVS o Algoritmo de Firma del Vórtex de Tornado (Tornado Vortex Signature Algorithm) esencialmente un mesociclón con una gran velocidad interna encontrado a través de muchos ángulos de escaneo. Este algoritmo es usado en la Red NEXRAD para indicar la posibilidad de una formación de tornado.
• VAD o Análisis de Velocidad y Display: estima dirección y velocidad de ecos con la técnica explicada en la sección de Doppler.
• VAD y Perfil de Vinto (VWP), agrega más precisión al VAD.

Animaciones

Rizo de reflectividad PPI (en dBZ) mostrando la evolución de un huracán  (NOAA) Los productos de radar se animan mostrando la evolución de la reflectividad y los patrones de velocidad. El usuario puede extraer informaciones de la cinética de los fenómenos meteorológicos: extrapolar el movimiento, el desarrollo o la disipación. Y también muestra artefactos no meteorológicos (falsos ecos) en los ecos de radar que se discuten más adelante.

Limitaciones y defectos

Artefactos antiradar

La interpretación de los datos de radar depende de muchas hipótesis acerca de la atmósfera y de los blancos meteo. Estas son: 17 ​

• International Standard Atmosphere
• Blanco pequeño que aún obedezca la dispersión de Rayleigh, de tal modo que su retorno sea proporcional a su tasa de precipitación
• El volumen escaneado por el haz sea  blanco meteorológico  (lluvia, pedrada, nieve, etc..), todos en la misma variedad y en una uniforme concentración
• No atenuación (absorción electromagnética)
• No amplificación
• El retorno de los lóbulos laterales del haz sean imperceptibles
• El haz se cierra a una curva de función de Gauss de potencia decreciente de mitad a mitad del ancho
• Las ondas de venida y de ida estén ambas polarizadas similarmente
• No hay retorno de reflexiones múltiples

Uno debe tener en mente que aquellas hipótesis no son necesariamente justas en muchas circunstancias, y ser capaz de reconocer los falsos ecos de los verdaderos.

Propagación anómala (atmósfera no estándar)

El primer supuesto es que el haz radárico se mueve a través del aire, que se enfría a una cierta tasa con la altura. La posición de los ecos dependen pesadamente de esta hipótesis. Sin embargo, la atmósfera verdadera puede variar grandemente de la norma.

Super refracción

Es muy común la formación de inversiones de temperaturas cerca del suelo, por ej. aire enfriándose por la noche mientras permanece caluroso arriba. Con el índice de refracción del aire incrementado, el haz de radar se curva hacia la Tierra en vez de continuar recto. Eventualmente, tocará el terreno y se retroreflejará hacia el radar. El programa de procesado hará uso de ese “falso eco” como si viniera de una altura y distancia que no existen en condiciones normales:

Este tipo de falso retorno es relativamente fácil de señalar en un rizo de tiempo si se debe a enfriamiento nocturno o inversión marina, al ver muy fuertes ecos desarrollándose sobre un área, abriéndose en tamaño lateralmente pero sin moverse ni variar grandemente en intensidad. Sin embargo, la inversión de temperatura existe adelante de un frente cálido y la propagación de anormales ecos se mezclan con datos de ecos de lluvia.

El extremo de este problema es cuando la inversión es muy fuerte y poco profunda, y el haz de radar refleja mucho tiempo sobre el terreno como siguiendo un camino de guía de ondas. Esto va a crear múltiples bandas de ecos fuertes en las imágenes del radar.

Baja refracción

Si el aire es inestable y se enfría más rápido que la atmósfera estándar con la altura, el haz finaliza más alto que lo esperado. Esto pone a la precipitación a mayor altitud que lo realmente sucedido. Esta situación es muy difícil de procesar.

Blancos invisibles (blancos no Rayleigh)

Si se desea estimar la tasa de precipitación, los blancos deben ser 10 veces menores que la onda radárica de acuerdo a la dispersión de Rayleigh. Esto se debe a que la molécula de agua tiene que excitarse por la onda de radar para dar un eco de retorno. Esto es relativamente cierto para lluvia o nieve con radares de 5 o 10 cm.

Sin embargo, para muy grandes hidrometeoros, con la longitud de onda es del orden de una piedra, el nivel de retorno en trayectoria horizontal, va de acuerdo a la (Teoría de Mie, con la solución a las ecuaciones de Maxwell). Entonces, un retorno de más de 55 dBZ es casi seguro que viene de granizo, pero no varía proporcionalmente con el tamaño. Y por otro lado, muy pequeños blancos como gotitas de agua de nubes son demasiado diminutas para ser excitadas y no dan un registro de retorno en los radares meteo usuales.

Volumen escaneado parcialmente lleno y Resolución

Perfiles de alta resolución de una tormenta (arriba) y de un radar meteo (abajo) Una supercélula de tormenta vista desde dos radares cercanos. La imagen de arriba es de un TDWR y el de abajo de un NEXRAD.

El haz del radar tiene una dimensión física y los datos se muestrean a cada grado, no continuamente, a lo largo de cada ángulo de elevación. 17 Esto resulta en un promedio de los valores de los retornos para reflectividad, velocidades y datos de polarización en la resolución del volumen escaneado.

En la figura de la izq., al tope hay una vista de una tormenta tomada por un perfilador de viento cuando pasaba encima. Esto es como una sección eficaz vertical a través de la nube con una resolución vertical de 150 m y de 30 m horizontal. Se puede ver que la reflectividad ha tenido grandes variaciones en una corta distancia. Ahora compare esto con una vista simulada de qué vería un radar regular a 60 km a principio. Todo sería borroneado.

Esto muestra cómo la salida de un radar meteo es solo una aproximación a la realidad. Naturalmente, la resolución puede mejorarse con equipo más complejo, pero hay cosas que no se pueden. Como se mencionó previamente, el volumen escaneado se incrementa con la distancia tal que es posible que el rayo sea solo parcialmente llenado por el incremento también. Esto lleva a la subestimación de la tasa de precipitación a grandes distancias y confunde al operador en la creencia de que la lluvia es más leve que la real.

Geometría del haz

Intensidad de energía en un haz de radar en función del ángulo y patrón de difracción (abajo) Difracción de una hendidura circular simulando la energía vista de los blancos meteorológicos

El rayo radárico no es como el de un láser, pero tiene una distribución de energía similar a los patrones de difracción de la luz pasando a través de una ranura. Esto s debe al hecho de que la onda es transmitida en la antena parabólica a través de una ranura en la “guía de ondas” en el punto focal. Mucha de la energía está en el centro del haz y decrece a lo largo de una curva cerrada de función gaussiana en cada lado, como se mencionó antes. Sin embargo, hay picos secundarios de emisión que muestrearán los blancos en otros ángulos desde el centro. Todo puede minimizarse bajando o quitando potencia enviada a esos lóbulos, pero nunca son cero.

Cuando un lóbulo secundario toca un blanco muy reflectante, como una montaña o una fuerte tormenta, alguna de la energía es devuelta al radar. Esta energía es relativamente débil pero arriba al mismo tiempo que el pico central, iluminando a un acimut diferente. El eco es luego desplazado por el programa de procesado. Esto tiene el efecto de ensanchar el eco meteo real haciendo un falseamiento de esos valores débiles a cada lado. Esto causa al usuario a sobreestimar la extensión real de los ecos. Ecos fuertes de retorno del punto central del radar con una serie de colinas (amarillos y rojos píxeles). Los ecos más débiles en cada lado de ellos son lóbulos secundarios (azul y verde)

Blancos no meteorológicos

En el cielo hay más que lluvia, nieve y viento. Otros objetos pueden ser malinterpretados como lluvia por el radar meteo. Los principales falsos ecos meteo son:

• Aves, especialmente en sus periodos de migraciones
• Insectos a bajas altitudes
• Partículas finas de metal tiradas por aeronaves militares para engañar al radar enemigo
• Obstáculos sólidos como montañas, edificaciones, aeronaves
• Tierra y mar confusas

Cada uno de ellos tiene sus propias características que hacen posible distinguirlos al ojo entrenado, pero se puede fallar. Es posible eliminar algunos de ellos con un posttratamiento de datos usando reflectividad, Doppler y datos de polarización.

Atenuación

Ejemplo de fuerte atenuación cuando un frente de tormentas se mueve sobre (de imágenes de izq. a der.) con un radar meteo de 5 cm de longitud de onda (flecha roja). Fuente: Environment Canada.

Las microondas usadas en los radares meteo pueden ser absorbidas por lluvia, depende de la longitud de onda usada. Para los radares de 1 dm, esta atenuación es despreciable. Esta es la razón d porqué países con tormentas de alta cantidad de agua usann longitudes de onda de 1 dm como en EE. UU. con el NEXRAD. El costo de una antena mayor, usar klystron y otros equipos más complejos se paga por los beneficios.

Para un radar de 5 cm, la absorción comienza a ser importante en lluvia muy pesada, y esa atenuación empujará a subestimar ecos en y debajo de una fuerte línea de tormentas. 8 Canadá y otros países norteños usan esa clase de radares menos costosos, ya que sus precipitaciones usualmente son de menor intensidad. Sin embargo, sus operadores deben tener siempre presente y recordar este efecto al interpretar los datos. Las imágenes de arriba muestran como una fuerte línea de ecos parecen desvanecerse al moverse sobre el radar. Para compensar esa conducta, el sitio del radar se elige para intentar cubrir desde diferentes puntos de vista una misma tormenta.

Longitudes de onda cada vez más cortas están cada vez más atenuadas y serían solo útiles a radares de cortos rangos. En EE. UU. hay estaciones de televisión con radares de 3 cm cubriendo el área de su audiencia (quizás inferior a 100 km. Conociendo sus limitaciones, se usan acopladas a la NEXRAD local, pudiendo añadir información al meteorólogo.

Bandas de brillo

CAPPI a 1,5 km de altitud al tope con fuerte contaminación de las bandas brillosas (del amarillo). El corte vertical al comienzo muestran que este fuerte retorno es solo tierra (Fuente: Environment Canada)

Como vimos previamente, la reflectividad depende del diámetro del blanco y su capacidad de reflejar. Los copos de nieve son grandes pero pobremente reflectantes, mientras las gotas de lluvia son pequeñas pero altamente reflectantes.

Cuando la nieve cae a través de una capa encima del punto de congelación, funde y eventualmente pasa a lluvia. Usando la ecuación de reflectividad, se puede demostrar que los retornos desde la nieve antes de fundirse y de la lluvia después, no son tan diferentes como el cambio en la constante dieléctrica compensado con el cambio en tamaño. Sin embargo, durante el proceso de fusión, la onda del radar “ve” algo parecido a muy grandes gotas como los copos de nieve pasando recibiertas con agua.

Esto da retornos mejorados que pueden perderse por precipitaciones más fuertes. En un PPI, esto mostrará un intenso anillo de precipitaciones a la altitud donde el haz cruza el nivel de fusión, mientras en una serie de CAPPIs, solo los cerca de tal nivel serán más fuertes ecos. Una buena manera de confirmar una banda brillante es hacer una sección eficaz vertical a través de los datos como en el dibujo arriba.

Soluciones de hoy y en el futuro

Imagen de radar de reflectividad con muchos ecos no meteo (Fuente: Environment Canada) La misma imagen pero limpiada con velocidades Doppler. (Environment Canada)

Estas dos imágenes muestran que pueden mejorarse, en limpieza, los datos de radar. La salida a izq. está hecha con los retornos brutos y es difícil de señalar las condiciones meteorológicas. Mientras usualmente nubes de lluvia y de nieve se mueven, uno puede usar las velocidades Doppler para eliminar buena parte de la confusión (ecos de suelo, reflejos de construcciones, propagaciones anómalas, etc.) La imagen a la derecha muestra ya filtrada usando las propiedades en modo técnico complejo.

Sin embargo, no todos los blancos no meteorológicos se mantienen aún, pensar en aves por ejemplo. Otras, como las bandas brillantes, dependen de la estructura de las precipitaciones. La polarización ofrece tipos directos de ecos que podrían usarse para filtrar más datos falsos o producir imágenes separadas para propósitos especializados. Este reciente desarrollo en este campo es proclive a mejorar la calidad de la salida de datos del radar.

Otra cuestión es la resolución. Como se mencionó previamente, los datos del radar son un promedio del volumen escaneado por el haz. La resolución puede mejorarse con antenas más grandes o mayor densidad de la red. Un programa del Centro de Sensoramiento Colaborativo Adaptivo de la Atmósfera (CASA) ayuda a suplementar los radares regulares NEXRAD usando bandas más baratas de 3 cm “banda X”, en torres de telefonía celular. Así estos radares subdividirán grandes áreas de NEXRAD en dominios más pequeños para mirar a altitudes más bajas en sus ángulos más pequeños. Y darán detalles no disponibles en este momento.

La “línea del tiempo” es otro punto a mejorar. Tardando 5-10 min para un escaneado completo, muchas cosas pueden perderse sobre el desarrollo de una tormenta. Se testean radares de fase en el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas en Norman, Oklahoma, para acelerar la adquisición de datos.

Características del “radar meteo” en el  INTA Pergamino ,  Pergamino ,  provincia de Buenos Aires ,  Argentina

Radar meteorológico ubicado en la Estación Experimental del INTA en, a 400 m su Estación Climática, data desde el 1 de enero de 1910.

• Marca y modelo: Gematronik Rainbow
• Antena reflectora parabólica de 42  de diámetro, y de 33 m de altura
• Ganancia de la antena 38,6 dBi
• Polarización lineal
• Aceleración angular 15º/s²
• Ancho del haz 1º (a 2,8 GHz)
• Elevación -2º a 90º (límite operacional)
• Velocidad angular 36º/ s  (6 rpm)
• Duración del pulso 1 us (pulso corto) a 2 us (pulso largo)
• Frecuencia de repetición 250 – 400 Hz (2 u/s) a 400 – 1200 Hz (1 u/s)
• Secuencia de repetición 250 a 1.200 pulsos/s
• Frecuencia de transmisión Banda S (2,7 a 2,9 GHz), monofrecuencia, sintonizable
• Potencia máxima 850 kW
• Potencia estándar 250 kW
• Mínima señal detectable – 114 dBm
• Tipo de procesamiento reflectividad, velocidad Doppler y largo espectral
• Modo de operación local o remota
• Distancia no ambigua 400 km
• Velocidad no ambigua ± 50 m/s a 120 km

Bajo funcionamiento normal la antena gira 360 grados en azimut (horizontal) con una elevación cercana a los 0 grados, luego se apunta unos pocos grados más por encima del horizonte y se efectúa una nueva serie de rotaciones, se va elevando el ángulo de elevación por pasos de algunos grados hasta llegar hasta unos 45 grados de elevación. Durante todo este tiempo se emiten pulsos de radio y se reciben sus ecos cuya intensidad y otras características se van almacenando en una computadora para su procesamiento.

Una vez completada la serie de giros a distintos ángulos de elevación, el radar cuenta con una gran cantidad de datos numéricos que caracterizan un volumen tridimensional con centro en la antena, siendo el radio de este volumen de unos 240 km y la altura aumenta a medida que se aleja del radar. No se tienen datos de ecos ubicados directamente encima del radar ni de los puntos muy cercanos al mismo, porque se necesita un tiempo mínimo entre la emisión y su eco para que la detección sea posible. Todo el sistema de antena y mecanismos que mueven la antena están ubicados dentro de un radomo (alojamiento esférico), de material transparente a la radiofrecuencia para protección de la intemperie. Los equipos de transmisión, recepción y procesamiento de los datos están ubicados en la casilla ubicada inmediatamente debajo del radomo. Todo el sistema se ubica sobre una torre metálica de 33 m de altura. Este radar adquiere los datos de la intensidad de los ecos, y mide por efecto Doppler, la velocidad radial de los mismos, por el desplazamiento de frecuencia del reflejo como resultado del movimiento del objeto. Esta capacidad permite, además de proveer información sobre los vientos a distintas alturas, discriminar los ecos producidos por objetos terrestres (estáticos) que se cancelan para que no aparezcan en la imagen final.

Características del “radar meteo” en São José dos Campos, San Pablo, Brasil

• Marca: Enterprise Electronics Corporation
• Banda de trabajo: banda S
• Antena reflectora parabólica de 4 m de diámetro
• Ganancia de la antena 38,6 dBi
• Polarización lineal
• Aceleración angular 15º/s²
• Ancho del haz 2,1º (a 2,8 GHz)
• Elevación -2º a 90º (límite operacional)
• Velocidad angular 36º/ s  (6 rpm)
• Duración del pulso 1 us (pulso corto) a 2 us (pulso largo)
• Frecuencia de repetición 250 – 400 Hz (2 u/s) a 400 – 1200 Hz (1 u/s)
• Frecuencia de transmisión Banda S (2,7 a 2,9 GHz), monofrecuencia, sintonizable
• Potencia máxima 850 kW
• Mínima señal detectable – 114 dBm
• Tipo de procesamiento reflectividad, velocidad Doppler y largo espectral
• Modo de operación local o remota
• Distancia no ambigua 400 km
• Velocidad no ambigua ± 50 m/s a 120 km 

Aplicaciones especializadas

Seguimiento (tracking) de tormentas

Radar meteo en la aviónica

Los sistemas de radar digitales, tienen ahora capacidades mucho más allá de la de sus predecesores. Los sistemas digitales ofrecen ahora la vigilancia y seguimiento de tormentas. Esto proporciona a los usuarios la capacidad de adquirir información detallada de cada nube de tormenta, que se está siguiendo. Las tormentas eléctricas son primero identificados por búsqueda de precipitación, a través de datos en bruto recibidos desde el pulso de radar a algún tipo de plantilla preprogramada en el sistema. Para que una tormenta sea identificada, tiene que cumplir con estrictas definiciones de intensidad y la forma en que lo distinguen de cualquier nube no convectiva. Por lo general, se deben mostrar señales de organización en la horizontal y la continuidad en la vertical: un núcleo o un centro más intenso para ser identificado y rastreado por sistemas de radar digitales. Una vez que se identifica la celda de tormenta, la velocidad, distancia recorrida, la dirección, y la hora estimada de llegada (ETA ) son todos rastreado y registrado para ser utilizado más tarde.

Las aplicaciones aéreas de los sistemas de radar incluye radar meteo, evitado de colisiones, enganche de blancos, proximidad a tierra, y otros sistemas. El ARINC 708 sistema de radar meteo comercial, es un sistema de radar meteo, primario que usa un radar de pulso Doppler.

Nociones básicas para salir a navegar

Tener  nociones básicas de meteorología marítima es esencial  si deseas pasar unas vacaciones navegando en un barco de alquiler, ya que es necesario estar preparado por si aparecen inclemencias que pueden hacer que tu travesía en barco sea un poco más movida o llegue a resultar un peligro.

Si, por ejemplo, ya hemos alquilado un barco las Islas Baleares, un destino muy habitual entre los amantes de la navegación, sabremos que navegar es precioso, pero también tiene sus riesgos, por lo que siempre deberemos de tener muy presente, principalmente, tanto  el itinerario  que vamos a realizar como  la meteorología  que nos va a hacer.

Las grandes historias tienen una personalidad . Considere contar una gran historia que proporciona personalidad. Escribir una historia con personalidad para clientes potenciales ayudará a hacer una conexión de relación. Esto aparece en pequeñas peculiaridades como opciones de palabras o frases. Escribe desde tu punto de vista, no desde la experiencia de otra persona.

Las grandes historias son para todos incluso cuando sólo se escribe para una sola persona . Si intentas escribir con un público amplio y general en mente, tu historia sonará falsa y carecerá de emoción. Nadie estará interesado. Escribe para una persona. Si es genuino para el uno, es genuino para el resto.

Frentes y masas de aire

Los frentes nubosos: frío, cálido y ocluido

Los  frentes nubosos  se desplazan por nuestra atmósfera, asociados a sus borrascas y generando las precipitaciones a su paso.

En los  mapas  del  tiempo  podemos ver dibujados los distintos  frentes  nubosos:  frío ,  cálido  y  ocluido . ¿Cómo se  forman  dichos frentes? ¿Qué  consecuencias  suelen tener en el tiempo? ¿Cómo  identificarlos  desde tierra?

Os respondemos a estas  cuestiones  básicas, fundamentales para  entender  la  evolución  del  tiempo  en los siguientes días.

Las masas de aire

Antes de hablar de frentes nubosos hay que definir el concepto de  masa  de  aire . En la  troposfera , se distribuyen diferentes masas de aire cuyas partículas adquieren con el paso de los días las propiedades físicas, de  humedad  y  temperatura , que tiene ese entorno.

Una masa de aire puede ocupar  millares  de  Kilómetros  cuadrados. Puede ser  cálida  cuando lo es más que las que le rodean o bien más que la superficie sobre la que se desliza. O bien, puede ser  fría  si lo es más que las masas de aire que tiene próximas o si es más fría que la superficie sobre la que se asienta.

Frentes o superficies de discontinuidad

Cuando  dos   masas  de aire con características físicas distintas se  encuentran  y  chocan , en principio, tienden a  no   mezclarse , creándose entre ambas bolsas de aire unas zonas de transición que se denominan superficies de discontinuidad o frentes.

Dichas masas tendrán distintas  temperaturas  y  humedades , con  velocidades  de desplazamiento  diferentes , pero sus propiedades dinámicas y físicas, por lo que con el paso de las horas la masa calidad irá invadiendo el espacio que antes ocupaba la fría o viceversa.

Cuando la masa cálida es la tiende a ocupar el espacio en el que se asentaba la fría, se llama  frente cálido . Y cuando es al revés y la fría tiende a invadir la región en la permanecía la cálida, tenemos un  frente frío .

Gota fría

La gota fría, DANA (depresión aislada en niveles altos) o baja segregada, es un fenómeno meteorológico anual que suele coincidir con el inicio del otoño y la primavera en el Mediterráneo occidental. Se experimenta particularmente en España y más concretamente a lo largo de la costa este y las islas Baleares, aunque sus efectos pueden sentirse en zonas interiores también. A grandes rasgos, la gota fría es el resultado de un frente de aire polar frío (corriente en chorro) que avanza lentamente sobre Europa occidental a gran altura (normalmente 5-9 km) y que, al chocar con el aire más cálido y húmedo del Mar Mediterráneo, genera fuertes y dañinas tormentas. 

Con el término gota fría se designa en meteorología a un volumen limitado de aire frío en los niveles altos de la atmósfera, que en una carta meteorológica se representa rodeado con isotermas cerradas; dicho fenómeno es igualmente visible en las cercanías de la Sierra Nevada de Santa Marta en la costa Caribe colombiana, dada la altura del sistema montañoso litoral, cuyas cumbres superan los cinco mil metros de altura.

Descripción

Günter D. Roth define a la gota fría como un anticiclón entre 5000 y 10000 metros de altitud. El núcleo consiste en aire muy frío. Provoca tormentas y lluvias muy frías. 1  Aunque básicamente correcta, esta definición es poco satisfactoria por dos motivos: en primer lugar, no se trata de un anticiclón sino de todo lo contrario, es decir, de una depresión aislada en niveles altos y de ahí el nombre más apropiado que recibe en meteorología de DANA, es decir, Depresión Aislada en Niveles Altos, que se forma al producirse una ruptura en la circulación general del oeste (en el caso de latitudes medias), provocando de este modo que la corriente en chorro genere un ramal descendente que se aísla de la circulación general. 

Al producirse esta incursión del chorro polar en latitudes menores, se genera una “gota” de aire frío que se ve rodeada de una gran masa de aire cálido (anticiclón subtropical). Esto propicia, como consecuencia del gradiente térmico vertical, el ascenso de una gran masa de aire caliente y húmedo hasta las capas medias y altas atmosféricas. Y en segundo lugar, la expresión «lluvias muy frías» no tiene mayor sentido: las precipitaciones siempre tienen la temperatura del aire donde se desarrollan. A menudo, el ascenso de la columna de aire es tan rápida que se enfría muy bruscamente, produciéndose granizo. 

Es por ello que el nombre que mejor representa este fenómeno es el de DANA y su origen siempre se localiza, como las siglas indican, en los niveles altos de la atmósfera. Los efectos asociados a esta depresión de capas altas se dejan notar, especialmente, en zonas costeras donde se concentran aguas a una temperatura superior a lo normal, que da origen al ascenso de aire húmedo y cálido que produce lluvias muy intensas y duraderas.

El diámetro de una gota fría puede alcanzar a unos cientos de kilómetros. Es homogéneo y sin línea de frente que lo separe de las masas circundantes, y tiene una influencia determinante sobre el tiempo. La gota fría conduce generalmente a una circulación atmosférica de bloqueo en la que no existe una componente de vientos determinante puesto que ha quedado excluida de la circulación general del oeste. Se asiste pues, a la formación de una depresión aislada en niveles altos de la atmósfera.

No debe confundirse el término de “gota fría” con las bolsas de aire frío que tienen su origen en la mesoescala, bajo una tormenta o un chubasco en los que las precipitaciones sólidas o líquidas arrastran en su caída a la superficie, masas de aire frío del entorno en el que se han formado. Como el aire frío es más denso que el aire cálido, este es capaz de acumularse en la superficie formando una “cúpula de aire frío” que recibe el nombre de bolsa de aire frío, como el aire frío se acumula de abajo arriba se genera una inversión térmica. No obstante en el límite con el aire cálido del entorno se establece un “frente de racha” que separa ambas masas de aire.

Origen del término

El origen de la gota fría aparece en 1886 en la escuela alemana, que introdujo la idea de  Kaltlufttropfen , cuya traducción al castellano es “gota de aire frío”. La definición que se le dio fue la siguiente: “una marcada depresión en altura, sin reflejo en superficie, en cuya parte central se encuentra el aire más frío”.

Por tanto, este término quedó anticuado y en desuso prácticamente por todas las escuelas de meteorología. Solo permaneció su uso en su país de origen, Alemania, y en España, donde este término fue popularizado en los medios de comunicación.

Con el devenir de los años, y a mediados del siglo XX, se acuñó otro vocablo más preciso de gota fría, que en terminología  anglosajona  se le denominó  cut-off low  o  depresión aislada  cuya definición es:… una depresión cerrada en altura que se ha aislado y separado completamente de la circulación atmosférica asociada al chorro, y que se mueve independientemente de tal flujo llegando, a veces, a ser estacionaria o, incluso, retrógada (su desplazamiento es, en estos casos, de dirección Este-Oeste.)Francisco M. León, INM (2003)

Como se observa, en esta definición aparecen los elementos fundamentales asociados este tipo de situaciones que son el aislamiento, separación y su movimiento singular, independiente de la circulación del chorro donde se generó. En este nuevo, o renovado, concepto no se hace mención alguna de sus posibles reflejos en superficie (en este caso ya no se trata de una DANA ya que no solo estaría en niveles altos, se trataría de una Borrasca Fría Aislada) ni de los efectos que potencialmente pueda llevar asociada. En España este término se acuñó con el nombre de DANA (Depresión aislada en niveles altos). Se añadió el concepto de “en niveles altos” con tal de eliminar la ambigüedad que se podía introducir al poderlas confundir con otras que sólo se encuentran en niveles bajos (bajas térmicas).

Formalmente el término gota fría decidió rehusarse completamente tal y como decidió la AEMET. No obstante, en la actualidad, la gota fría es un término que todavía continúa en el vocabulario popular (de manera errónea) para referirse a una perturbación que puede provocar precipitaciones excepcionalmente violentas e intensas durante unas horas o días, acompañadas de una destacada actividad eléctrica y de granizo que afecta a superficies reducidas o de mediana escala y siguen trayectorias imprevisibles, causando grandes lluvias y fuertes vientos.

Formación y efectos del fenómeno

Su origen está íntimamente relacionado, como ya se ha mencionado, a la corriente en chorro polar, jet stream o sencillamente chorro polar. Pues este sufre una ruptura que produce un aislamiento de una pequeña porción de aire frío de la circulación general, situándose en entornos claramente más cálidos. Esta ruptura de la corriente en chorro puede producirse por varios motivos: en primer lugar hay que tener en cuenta que para que se produzca tal configuración atmosférica debe existir un bajo índice de circulación zonal, es decir que la corriente en chorro presente un gran número de dorsales y vaguadas, que se encuentre claramente ondulada. Este hecho sucede principalmente en verano ya que en esta época existe poco gradiente térmico horizontal (entre latitudes altas y bajas en definitiva). En consecuencia, el chorro fluye más lentamente, puede “meandrizarse” más fácilmente y fluye más al norte lo que provoca un desplazamiento al norte de las borrascas del frente polar.

Así pues, se generan vaguadas que en su desplazamiento meridional pueden separarse del chorro pasando a ser una DANA. En segundo lugar, existe cierta configuración atmosférica, que se genera también bajo un bajo índice de circulación zonal, denominada “configuración de bloqueo”. Una configuración tal se produce al bifurcarse el chorro en dos ramales, en cuya zona interna permanece un anticiclón de bloqueo. Cuando se produce esta bifurcación, el ramal que queda al sur es más proclive a separarse del chorro formándose la dicha DANA o “gota fría”.

La gota fría, como cualquier perturbación o sistema depresionario, obliga a las masas de aire que se elevan por convección, a presentar un giro ciclónico. Podemos dividir a la DANA o “gota fría” en dos secciones tal y como se puede hacer con una vaguada: el borde oriental y el occidental. El borde oriental del chorro de cualquier sistema depresionario es claramente el más inestable, es el borde divergente en altura, es decir, el viento geostrófico que parte del vértice de la vaguada o sección sur de la gota fría, es más veloz que el propio viento del vértice, lo que genera un vacío de masas de aire en capas altas. Esto se solventa mediante ascensos de masas de aire, pues se generan movimientos convectivos que desencadenan las tormentas más intensas.

En su borde oeste sucede lo contrario, el viento que se aproxima al vértice del sistema es más veloz que el del propio vértice, se produce una convergencia o no divergencia en altura que se solventa con un movimiento subsidente que da origen a una mayor estabilidad. Los efectos de la gota fría serán más importantes cuanto mayor sea la temperatura de las aguas marinas ya que el vapor de agua asciende repentinamente debido a la menor densidad del aire caliente y se condensa, formando rápidamente nubes de gran altura (generalmente, de más de 10 km) que casi siempre son del tipo de cumulonimbos.

Hay que dejar bastante claro que no sólo se producen efectos notorios asociados a la configuración de DANA o “gota fría” en las áreas costeras, si bien es cierto que en ellas son más notorios al existir una mayor humedad y gradiente térmico vertical. No obstante, pueden dejarse notar sus efectos sobre superficies continentales si presentan valores de humedad relativa y gradiente térmico vertical destacables.

Las configuraciones de DANA o “gota fría” pueden desarrollarse en cualquier época del año, sin embargo, los efectos de las mismas son más notorios a finales del verano y principios del otoño al encontrarse las condiciones más propensas. La creencia popular, por otro lado, es de la opinión de que sólo acontecen en esta época puesto que sus efectos se notan en este periodo más que en ningún otro, siendo un argumento incorrecto. Es conveniente matizar que configuraciones de DANA o “gota fría” pueden suceder en cualquier mes sin traer aparejado, en muchas ocasiones, fenómenos meteorológicos adversos.

El litoral mediterráneo entre septiembre y noviembre es en general el que más fenómenos meteorológicos complejos registra en toda la península ibérica con tal configuración por diversos motivos.

1. En primer lugar, hay que tener en cuenta que en estos meses la temperatura del agua es elevada lo que provoca que las masas de aire en contacto con la misma se calienten de igual manera, siendo aire poco denso y muy proclive a ascender en cuanto existan mecanismos de disparo, como puede ser la divergencia en altura asociada al ramal oriental del chorro de una “gota fría” o DANA. De este modo, cuando se localiza una “gota fría” al oeste peninsular, su borde delantero (que se sitúa sobre el litoral mediterráneo), impulsa estas masas de aire cálido y húmedo a las capas altas de la atmósfera, aquí se encuentran con el aire frío que compone el núcleo de la depresión en altura produciéndose una rápida y profunda convección que da lugar a nubes de cumulonimbos o de gran desarrollo vertical. Estas a su vez originan lluvias torrenciales acompañadas de tormenta y granizo principalmente.
2. En segundo lugar, es importante que sople componente de levante que produce una gran advección de humedad del Mediterráneo recalentado hacia el litoral y del litoral al interior.
3. En tercer lugar, la orografía juega un papel decisivo, ya que cuando este viento de levante citado irrumpe en el interior, se encuentra con sistemas montañosos que obligan a estas masas de aire tan potencialmente inestables a elevarse en altura y condensar con mayor rapidez.

En término, es importante la temperatura ambiental, ya que cuanto más alta sea esta mayor será el gradiente térmico vertical.

Es este cómputo de circunstancias las que ligan casi de manera perfecta los términos de “gota fría” o DANA al Mediterráneo en esta época. Sin embargo, como se ha comentado, no es la única región que puede ser afectada por esta configuración, ya que en zonas de meseta también existe un gran gradiente térmico vertical asociado al gran calentamiento diurno de la superficie. A su vez se puede generar una advección de humedad del Mediterráneo (llegando de manera más difusa y desvaneciéndose de este a oeste su acción), todo ello puede generar una actividad tormentosa acentuada igualmente en el interior peninsular.

Las gotas frías pues, son frecuentes en la totalidad de las latitudes medias al estar bajo influencia del chorro, pero como se viene insistiendo, adquieren especial importancia en el entorno del clima mediterráneo, donde el mar proporciona abundante humedad, considerándose por su breve periodo de recurrencia un rasgo característico del régimen pluviométrico de dicho clima.

En la vertiente mediterránea española, en especial en la Comunidad Valenciana y Región de Murcia, su intensidad puede ser devastadora produciéndose la sucesión de decenas de tormentas, sin apenas descanso entre ellas, con vientos muy fuertes (aunque poco extendidos, teniendo en cuenta que esta depresión no tiene reflejo en superficie, no encontramos isobaras muy juntas que hagan evidenciar fuerte viento, el fuerte viento en este caso se debe a condiciones de mesoescala) y precipitaciones que pueden superar las producidas por las tormentas de la zona intertropical que llenan las ramblas, produciendo inundaciones muy severas. También en Cataluña suelen presentarse estos fenómenos.

En síntesis, la gota fría es un fenómeno que la creencia popular únicamente asocia (de manera errónea) al Mediterráneo al ser más notorios sus efectos en dicha región, ya que el contraste térmico es mayor que en otras zonas. Es un mar que se calienta mucho en verano y que puede llegar a estar cerca de treinta grados en zonas cercanas a la costa, pero cuando llega el otoño suelen entrar bolsas de aire frío en capas altas. Al ser más ligero el aire caliente que hay sobre el Mediterráneo, este asciende rápidamente. Si en ese punto sopla viento de levante que aporte más humedad y la empuje a tierra, es cuando desata su poder. La gota fría, al igual que los huracanes, depende del mar para obtener su energía, por lo que los mayores vientos y las mayores lluvias suelen ser en la costa, también al igual que los huracanes. La gota fría gira, pudiendo incluso intuirse un ojo en su centro en muchas ocasiones.

La gota fría es un fenómeno meteorológico de alta peligrosidad en las zonas donde se produce. Las máximas precipitaciones otoñales en las costas del este de la península se han venido produciendo siempre durante este tipo de fenómenos, pudiendo llegar a causar severas inundaciones, erosión, numerosas víctimas y destrucciones localizadas o en áreas bastante extensas como ocurrió en la ciudad de Murcia en 1876. Se llega a extremos de lluvias intensas que, como en Gandía (Valencia) en 1987 llegó a superar los 500 l/m², una cantidad equivalente a algo más de lo que llueve en la zona en todo un año.

El viento puede llegar a más de 140 km/h en la costa causando caídas de árboles, pero en el interior amaina rápidamente de manera considerable.

La marejada resultante puede destruir playas, embarcaciones y paseos marítimos, llegando a penetrar el mar en tierra firme y llegando a destruir los locales en primera línea. Las marejadas propias de la gota fría no son tan poderosas como las de los huracanes, pero aun así pueden elevar el nivel del mar 1 metro o más tragándose playas y paseos. Los oleajes suelen superar los 4 o 5  m  de altura, con olas que sin ser muy altas albergan una gran potencia por su corta longitud de onda

Los tornados son detectados a través de radares de impulsos Doppler, así como visualmente por los cazadores de tormentas. Se les ha observado en todos los continentes excepto en la Antártida. No obstante, la gran mayoría de los tornados del mundo se producen en la región estadounidense conocida como  Tornado Alley  y es seguida por el  Pasillo de los Tornados  que afecta el noroeste, centro y noreste de Argentina, sudoeste de Brasil, sur de Paraguay, y Uruguay, en Sudamérica. Uruguay es, por sus dimensiones, el único país sudamericano en que la totalidad de su territorio nacional se encuentra bajo el área de influencia del Pasillo de los Tornados.  También ocurren ocasionalmente en el centro-sur y este de Asia, sur de África, noroeste y sudeste de Europa, oeste y sudeste de Australia y en Nueva Zelanda.

Existen varias escalas diferentes para clasificar la fuerza de los tornados. La escala Fujita-Pearson los evalúa según el daño causado, y ha sido reemplazada en algunos países por la escala Fujita mejorada, una versión actualizada de la anterior. Un tornado F0 o EF0, la categoría más débil, causa daño a árboles pero no a estructuras. Un tornado F5 o EF5, la categoría más fuerte, arranca edificios de sus cimientos y puede producir deformaciones estructurales significativas en rascacielos. La escala TORRO va del T0 para tornados extremadamente débiles al T11 para los tornados más fuertes que se conocen. También pueden analizarse datos obtenidos de radares Doppler y patrones de circulación dejados en el suelo (marcas cicloidales) y usarse fotogrametría para determinar su intensidad y asignar un rango.

Etimología

La palabra «tornado» es un représtamo del inglés, al que llegó a partir del español «tronada», que, según la RAE, se refiere a una «tempestad de truenos». La metátesis se debe indudablemente a una reinterpretación de la palabra bajo la influencia de «tornar».

Nube embudo

Este tornado incipiente no tiene nube embudo, sin embargo, la nube de polvo en rotación indica que hay fuertes vientos en la superficie, y por lo tanto es un tornado real. No obstante, en este caso específico hay que tener en cuenta que si no baja la nube embudo y se une a esa formación incipiente, no se le suele denominar tornado sino dust devil (en inglés) o diablo de polvo.

Un tornado no necesariamente es visible; sin embargo, la baja presión atmosférica que hay en su interior y que provoca la alta velocidad del viento —de acuerdo con el principio de Bernoulli—, así como su rápida rotación (debido al equilibrio ciclostrófico) generalmente causan que el vapor de agua en el aire se vuelva visible al condensarse en forma de gotas de agua, tomando la forma de una nube embudo o un embudo de condensación. Cuando una nube embudo se extiende por lo menos a la mitad de la distancia entre el suelo y la base de la nube —que suele ser de menos de dos kilómetros—, se le considera un tornado.

Hay ciertos desacuerdos sobre la definición de «nube embudo» y «embudo de condensación». De acuerdo con el  Glossary of Meteorology , una nube embudo es cualquier nube en rotación que cuelga de una cúmulus o una cumulonimbus, y por lo tanto la mayor parte de los tornados quedan incluidos bajo esta definición. Entre muchos meteorólogos, una nube embudo se define estrictamente como una nube en rotación no asociada con fuertes vientos en la superficie, y un «embudo de condensación» es un término utilizado para cualquier nube que esté girando debajo de una nube cumuliforme.

Los tornados con frecuencia comienzan siendo nubes embudo sin fuertes vientos en la superficie, no obstante, no todas ellas se terminan convirtiendo en un tornado. De cualquier forma, muchos tornados son precedidos por una nube embudo. La mayor parte de ellos producen fuertes vientos en la superficie, mientras el embudo visible sigue estando apartado del suelo, por lo que es difícil distinguir la diferencia entre una nube embudo y un tornado a la distancia.

Familias y oleadas

Ocasionalmente, una misma tormenta produce más de un tornado, ya sea simultáneamente o en sucesión. Múltiples tornados producidos por la misma tormenta son conocidos en conjunto como una familia de tornados. En ocasiones, varios tornados se generan a partir del mismo sistema de tormentas. Si su actividad no se interrumpe, esto se considera una oleada de tornados, aunque existen varias definiciones. Un periodo que abarque varios días consecutivos con oleadas de tornados en la misma área (generadas por múltiples sistemas climáticos) es una secuencia de oleadas de tornados, también conocida como oleada de tornados extendida.

Características

Forma y dimensiones

Un tornado en cuña en Moore, Oklahoma Un tornado en cuña de alrededor de 1,5 km de ancho en Binger, Oklahoma. Un tornado en cuña en Bennington, Kansas

La mayoría de los tornados adoptan la forma de un estrecho embudo, de unos pocos cientos de metros de ancho, con una pequeña nube expansiva de desechos cerca del suelo, al menos, en su etapa inicial. Los tornados pueden quedar oscurecidos completamente por lluvia o polvo, y si es así, son particularmente peligrosos, puesto que incluso los meteorólogos experimentados podrían no verlos.

Los tornados, no obstante, se pueden manifestar de muchas formas y tamaños. Las pequeñas y relativamente débiles trombas terrestres, por ejemplo, no pueden verse más que como un pequeño torbellino de polvo sobre el suelo. Aunque el embudo de condensación puede no extenderse desde el suelo, si los vientos asociados en la superficie superan los 64 km/h, la circulación es considerada un tornado. Un tornado con una forma casi cilíndrica y altura relativamente baja en ocasiones es llamado en inglés  stovepipe tornado  (literalmente, «tornado conducto de estufa»). Tornados grandes con un solo vórtice pueden verse como enormes cuñas enterradas en la tierra, y por lo tanto se les conoce como «tornados en cuña». Uno de estos tornados puede ser tan ancho que parezca ser un grupo de nubes oscuras, siendo incluso más ancho que la distancia entre la base de la nube y el suelo. Aún observadores de tormentas experimentados pueden tener dificultades para diferenciar un tornado en cuña y una nube baja a la distancia. Muchos de los tornados más grandes, aunque no todos, son en cuña.  Un tornado en cuerda en su fase de disipación en Tecumseh, Oklahoma.

Los tornados en su etapa de disipación pueden parecer tubos estrechos o cuerdas, y con frecuencia se rizan o tuercen en formas complejas. Se dice que estos tornados están en su «fase de cuerda», o convirtiéndose en un «tornado en cuerda». Cuando toman esta forma, la longitud de su embudo se incrementa, lo que fuerza a los vientos dentro del mismo a debilitarse debido a la conservación del momento angular. Los tornados con múltiples vórtices, por su parte, pueden parecer una familia de remolinos girando alrededor de un centro común, o pueden quedar completamente oscurecidos por la condensación, el polvo y los desechos, aparentando ser un solo embudo.

En los Estados Unidos, en promedio los tornados miden cerca de 150 m de ancho y recorren unos 8 km en contacto con el suelo. 24  De cualquier forma, hay un amplio rango de tamaños de tornados. Los tornados débiles, o los tornados fuertes en fase de disipación, pueden ser sumamente estrechos, a veces apenas con unos cuantos metros de ancho. Una vez se reportó un tornado que tenía una zona de destrucción de solamente 2 m de anchura. Por otro lado, los tornados en cuña pueden tener una zona de destrucción de 1,5 km de ancho, o incluso más. Un tornado que afectó Hallam, Nebraska, el 22 de mayo de 2004, llegó en un punto a medir 4 km de ancho al nivel del suelo.

En términos de longitud de su recorrido, el tornado triestatal de 1925 ( Tri-State Tornado ), que afectó partes de Misuri, Illinois e Indiana  el 18 de marzo de 1925, oficialmente se mantuvo en contacto con el suelo continuamente por 352 km. Muchos tornados que aparentan tener recorridos de 160 km o más en realidad son una familia de tornados formados rápidamente de forma sucesiva; no obstante, no hay pruebas concretas de que esto ocurriera en el caso del Tornado Triestatal.

Apariencia

Los tornados pueden ser de una gran variedad de colores, dependiendo del ambiente en el que se formen. Aquellos que se desarrollan en un entorno seco pueden ser prácticamente invisibles, apenas distinguibles sólo gracias a los desechos en circulación en la base del embudo. Los embudos de condensación que levantan pocos desechos o no los levantan pueden ser grises o blancos. Al viajar por encima de un cuerpo de agua, como lo hacen las trombas marinas, pueden volverse muy blancos o hasta azules. Los embudos que se mueven lentamente, consumiendo grandes cantidades de desechos y tierra, generalmente son más oscuros, tomando el color de los desechos. Por su parte, los tornados en las Grandes Llanuras pueden volverse rojos debido al tinte rojizo de la tierra, y los tornados en zonas montañosas pueden viajar sobre terrenos cubiertos de nieve, volviéndose de un blanco brillante.Fotografía del tornado de Waurika, Oklahoma del 30 de mayo de 1976, tomadas casi al mismo tiempo por dos fotógrafos. En la foto superior, el tornado está iluminado de frente, con el sol detrás de la cámara, por lo que el embudo se ve casi blanco. En la imagen inferior, donde la cámara está viendo hacia la dirección opuesta, el tornado queda iluminado por su parte trasera, con el sol detrás de las nubes, dándole un aspecto oscuro.

Rotación

Los tornados están formados por dos tipos de movimientos verticales del aire: uno anticiclónico con giro horario, formado por el aire frío y seco que desciende disminuyendo su radio y por lo tanto, aumentando su velocidad de giro y haciéndose visible al llegar al suelo (por la nube de polvo, hojas y otros objetos) y otro ascendente, que constituye un área ciclónica, cuyo radio de acción va aumentando en espiral al ir ascendiendo en sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio norte, y en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio sur. Al contrario de lo que sucede con la especie de embudo anticiclónico descendente, a medida que asciende el aire caliente se va ensanchando, con lo que pierde velocidad y, obviamente, energía. Las superceldas y los tornados giran ciclónicamente en simulaciones numéricas incluso cuando el efecto Coriolis es ignorado  Los tornados y mesociclones de bajo nivel deben su rotación a procesos complejos dentro de la supercelda y el medio ambiente. Esta es la fase del tornado que es fácilmente visible, ya que al aumentar su altura y enfriarse, en la columna de aire ascendente se condensa el vapor de agua que contiene formando una nube embudo que aumenta su diámetro al elevarse aunque, en contrapartida, también disminuye su velocidad de giro.

Los tornados y el efecto Coriolis

No obstante lo que se ha indicado, tanto la rotación ascendente hacia la izquierda en el hemisferio norte como la descendente hacia la derecha también en el hemisferio norte, así como la formación de los tornados tipo cuerda y su desplazamiento en su trayectoria superficial se deben al efecto de Coriolis. Ello se debe a la gran dimensión vertical de los tornados, en comparación con su anchura en la superficie: la velocidad de rotación terrestre a los 30° de latitud es de 404 m/s como señala Antonio Gil Olcina. 42 Como resulta lógico, esta velocidad genera un efecto intenso en la superficie, donde la fricción hace girar la columna de aire hacia la derecha (de nuevo en el hemisferio norte) mientras que en altura, dicha velocidad es mucho menor al tener la columna o embudo un diámetro mucho mayor.

Todos los tornados comienzan girando en dirección anticiclónica y están formados por una corriente vertical de aire frío y seco que desciende en forma de una espiral que va disminuyendo su radio de giro al ir bajando, con lo que aumenta considerablemente su velocidad de rotación y da origen en compensación, a una espiral ascendente de aire caliente y seco pero que forma rápidamente una nube embudo al enfriarse rápidamente ese aire girando de manera ciclónica, es decir, antihoraria en el hemisferio norte y horaria en el hemisferio sur (mirando desde arriba). La existencia de dos torbellinos simultáneos girando en sentido opuesto en el mismo punto es lo que explica la asimetría de un tornado: siempre tiene una parte abierta, sin nube de condensación a baja altura (por donde desciende el aire frío y seco) y otra por donde asciende el aire caliente y húmedo que, eventualmente, puede alcanzar la nube formando una nube embudo por el aumento del diámetro de giro. Generalmente, sólo sistemas tan débiles como las trombas terrestres, los “dust devils” (tormentas de arena) y los gustnados pueden rotar anticiclónicamente, y usualmente sólo lo hacen aquellos que se forman en el lado anticiclónico de la corriente descendente del flanco trasero en una supercelda ciclónica. No obstante, en raros casos, los tornados anticiclónicos se forman en asociación con el mesoanticiclón de una supercélula anticiclónica —de la misma forma que un típico tornado ciclónico— o como un tornado acompañante, ya sea como un tornado satélite o asociado con circulaciones anticiclónicas dentro de una supercelda.

Sonido y sismología

Los sonidos producidos por un tornado son provocados por múltiples mecanismos. A lo largo del tiempo se han reportado varios sonidos producidos por tornados, frecuentemente comparados con sonidos familiares para los testigos y generalmente como alguna variación de un estruendo. Sonidos que son reportados con frecuencia incluyen un tren de carga, rápidos o cascadas, un motor a reacción o combinaciones de estos. Muchos tornados no son audibles a gran distancia; la naturaleza y distancia de propagación del sonido depende de las condiciones atmosféricas y la topografía.

Los vientos del vórtice del tornado y de los turbulentos remolinos constituyentes, así como la interacción de las corrientes de aire con la superficie y los desechos, contribuyen a la creación de sonidos. Las nubes embudo también producen sonidos. Se ha reportado que las nubes embudo y pequeños tornados hacen sonidos como de chiflidos, aullidos, murmullos o zumbidos de innumerables abejas, o electricidad, mientras que también se reporta que muchos tornados producen un ruido sordo grave y continuo, o un sonido irregular.

Ya que muchos tornados son audibles únicamente cuando están muy cerca, el ruido no es una advertencia fiable de un tornado. Además, cualquier viento fuerte, incluso una granizada intensa o el continuo tronar de rayos en una tormenta eléctrica, pueden producir un estruendo similar al de los tornados.

Los tornados también producen marcas infrasónicas inaudibles. A diferencia de las audibles, las marcas inaudibles de los tornados han sido aisladas; debido a la propagación a larga distancia de las ondas sonoras de baja frecuencia, se está intentando desarrollar aparatos para la predicción y detección de tornados que además sirvan para comprender su morfología, dinámica y formación. Los tornados además producen una marca sísmica detectable, y continúan las investigaciones para aislarla y entender su proceso.

Electromagnetismo, rayos y otros efectos

Los tornados emiten en el espectro electromagnético, y se han detectado emisiones de señales radio atmosféricas y de campo eléctrico. También se han observado correlaciones entre tornados y patrones de la actividad de los rayos. Las tormentas tornádicas no contienen más rayos que otras tormentas y algunas celdas tornádicas nunca los producen. Generalmente, la actividad de rayos que van de la nube al suelo ( cloud-to-ground , o CG) decrece cuando un tornado alcanza la superficie y regresa a su nivel normal cuando el tornado se disipa. En muchos casos, tornados y tormentas eléctricas de gran intensidad exhiben un incremento y dominancia anómala de polaridad positiva en las descargas de tipo CG. El electromagnetismo y los rayos tienen poco o nada que ver directamente con aquello que provoca la aparición de tornados (ya que estos son básicamente un fenómeno termodinámico), aunque posiblemente hay conexiones con la tormenta y el ambiente afectando a ambos fenómenos.

En el pasado se ha reportado presencia de luminosidad, y es probable que se deba a confusión en las identificaciones con fuentes luminosas externas como rayos, luces urbanas y destellos de instalaciones eléctricas dañadas, ya que las fuentes internas rara vez son reportadas y no se sabe que hayan sido documentadas. Además de los vientos, los tornados también presentan cambios en variables atmosféricas como temperatura, humedad y presión. Por ejemplo, el 24 de junio de 2003, cerca de  Manchester  (Dakota del Sur), una investigación registró un déficit de presión de 100 mbar. La presión disminuyó gradualmente a medida que el vórtice se acercaba y luego bajó extremadamente rápido a 850 mbar en el centro del violento tornado antes de aumentar rápidamente al alejarse el vórtice, resultando en una gráfica de la presión en forma de «V». Al mismo tiempo, la temperatura tiende a decrecer y el contenido de humedad a aumentar en la vecindad de un tornado.

Ciclo de vida

Esta secuencia de imágenes muestra el nacimiento de un tornado. Primero, se forma el torbellino con aire seco y frío que desciende del borde de la nube en una espiral con sentido horario. Los efectos de este torbellino pueden verse en la nube de polvo en el suelo en las tres imágenes: en la imagen superior, se observa la nube de polvo levantada por la espiral en sentido horario formada por una columna de aire frío, pesado y seco. A su vez, dicho torbellino genera posteriormente una espiral ascendente en sentido antihorario, espiral que da origen al enfriamiento del aire y a la condensación formando el embudo nuboso que se inicia en la imagen intermedia y que se desarrolla finalmente en la imagen inferior, cuando las dos columnas girando en sentido inverso coinciden para constituir la fase más destructiva del tornado. En dicha imagen inferior se sigue viendo la columna de aire descendente, de color claro, formada por polvo y deshechos del suelo, girando en sentido horario y la columna ascendente de color gris oscuro, más cálida y húmeda que, al subir, va haciéndose más ancha (y por lo tanto, disminuyendo su velocidad), hasta que se une a la nube-embudo que baja de la nube mayor por el centro, aprovechando el punto en el suelo con menor presión atmosférica (recordemos que el viento se desplaza de la zona con mayor presión atmosférica en la parte superior de la nube, hacia la parte inferior, donde se enlaza con la columna ascendente. Este tornado, formado cerca de Dimmitt, Texas, fue uno de los tornados violentos mejor observados en la historia.

Relación con la supercelda

Muchos tornados se desarrollan a partir de un tipo de tormentas conocidas como superceldas. Las superceldas contienen mesociclones, que son un área de rotación organizada de aire que se localiza en la atmósfera, de entre 2 a 10 km de ancho. Además de tornados, son comunes en tales tormentas lluvias intensas, rayos, fuertes ráfagas de viento y granizo. Si bien la mayoría de los tornados, particularmente los más fuertes (del EF3 al EF5 según la Escala Fujita-Pearson), se derivan de superceldas, también algunos se pueden formar a partir de otras circulaciones de aire, y por lo tanto son denominados tornados no supercelulares. Este tipo de tornados, no obstante, suelen ser de menor intensidad.

Formación

La mayor parte de los tornados originados en superceldas siguen un ciclo de vida reconocible. Este comienza con el origen de la propia supercelda, que se da cuando una corriente de aire frío y seco desciende desde lo alto de una nube (generalmente, desde la parte de atrás) para compensar el aire cálido que asciende por el frente para ir incrementando las dimensiones de la propia nube.

Al ser más pesado el aire frío, se producen capas de aire inestable donde el aire frío desciende y obliga al aire caliente a ascender, creando la tormenta. Si las diferencias de temperatura son lo suficientemente grandes, el descenso del aire frío se puede dar en forma de remolino, invisible por ser de aire seco: se vuelve visible cuando al llegar al suelo comienza a levantar polvo, hojas y otros objetos. Este aire que desciende, llamado corriente descendente del flanco trasero (RFD, por sus siglas en inglés), acelera al irse acercando al suelo, y arrastra consigo al mesociclón de la supercelda hacia él. Las corrientes ascendentes, por su parte, atraen el aire a su alrededor, aumentando la rotación y convirtiéndose en una columna estrecha, conocida como nube embudo, que va aumentando su diámetro y disminuyendo su velocidad de giro a medida que se eleva.

Al descender una columna de aire frío y seco con un giro anticiclónico, es decir, con giro horario (procedente de la parte superior de una nube de desarrollo vertical) hacia el suelo por la mayor densidad del aire frío, comienza a formarse un embudo de condensación (visible por la condensación del aire húmedo al ascender) en sentido contrario (es decir, ciclónico), que viene a compensar la pérdida de masa nubosa que descendió previamente formando la nube pared en rotación. Al ir descendiendo el embudo anticiclónico (RFD) y llegar al suelo, se crea un frente de ráfagas que puede causar daños a una buena distancia del tornado. Usualmente, la nube embudo se convierte en un tornado muy poco después de que la RFD toque el suelo.

Tipos

Tornados verdaderos

Tornado de vórtices múltiples

Un tornado de vórtices múltiples o tornado multivórtice es un tipo de tornado en el cual dos o más columnas de aire en movimiento giran alrededor de un centro común. Las estructuras multivórtices pueden presentarse en casi cualquier circulación de aire, pero se las observa frecuentemente en tornados intensos. Estos vórtices generalmente crean pequeñas áreas que causan mayor daño a lo largo de la trayectoria del tornado principal. Este fenómeno es distinto al tornado satélite, el cual es un tornado más débil que se forma muy cerca de otro tornado más grande y fuerte, contenido dentro del mismo mesociclón. El tornado satélite aparenta «orbitar» alrededor del tornado mayor (de ahí el nombre), asemejándose a un tornado multivórtice. No obstante, el tornado satélite es una circulación distinta, y es mucho más pequeño que el embudo principal.

Tromba marina

La tromba marina o manga de agua es simplemente un tornado que se encuentra sobre el agua. No obstante, los investigadores generalmente distinguen las trombas marinas tornádicas de las no tornádicas. Las trombas marinas no tornádicas son menos fuertes pero mucho más comunes, y son similares en su dinámica a los llamados remolinos de polvo y a las trombas terrestres. Se forman en las bases de nubes cumulus congestus en aguas tropicales y subtropicales. Tienen vientos relativamente débiles, paredes lisas con flujo laminar y generalmente viajan muy lentamente, si es que lo hacen. Comúnmente ocurren en los cayos de la Florida, el Río de la Plata, el Río Paraná y al norte del mar Adriático. En contraste, las trombas marinas tornádicas son literalmente “tornados sobre el agua”. Se forman sobre ella de manera similar a los tornados mesociclónicos, o bien son tornados terrestres que llegan al agua. Ya que se forman a partir de tormentas fuertes y pueden ser mucho más intensas, rápidas y de mayor duración que las trombas no tornádicas, se les considera más peligrosas.

Tromba terrestre

Una tromba terrestre, también llamada tornado no supercelular, tornado o embudo nuboso o, por su nombre en inglés,  landspout , es un tornado que no está asociado con un mesociclón. Su nombre proviene de su denominación como una «tromba marina no tornádica sobre tierra». Las trombas marinas y las terrestres comparten varias características distintivas, incluyendo su relativa debilidad, corta duración y un embudo de condensación liso y de pequeñas dimensiones que con frecuencia no toca el suelo. Estos tornados también crean una distintiva nube laminar de polvo cuando hacen contacto con el suelo, debido a que su mecánica es diferente a la de los tornados mesoformes. Aunque generalmente son más débiles que los tornados clásicos, pueden producir fuertes vientos que igualmente son capaces de causar graves daños.

Circulaciones semejantes a tornados

Gustnado

Un gustnado (término que proviene de  gust front tornado , es decir, «tornado de frente de ráfagas») es un pequeño remolino vertical asociado con un frente de ráfagas o una ráfaga descendente. Ya que técnicamente no están conectados con la base de una nube, existe cierto debate sobre si los gustnados son tornados. Se forman cuando un flujo de aire frío, seco y rápido proveniente de una tormenta se encuentra con una masa de aire caliente, húmedo y estacionario cerca del límite del flujo, resultando en un efecto de “redondeamiento” (ejemplificado a través de una nube en rodillo). Si la cizalladura del viento en los niveles inferiores es lo suficientemente fuerte, la rotación puede volverse horizontal o diagonal y hacer contacto con el suelo. El resultado es un gustnado.

La atmósfera despejada indica estabilidad meteorológica (sin nubes, como puede verse en ambas imágenes). Lo que sucede es que el contacto del aire frío descendente con el suelo muy caliente por la radiación solar genera automáticamente un calentamiento de ese aire frío, con el proceso de convección consiguiente y que suele enfriarse también muy rápidamente al alcanzar cierta altura. Corresponde a esos días de comienzos de primavera en que la temperatura de aire es bastante fría pero la radiación solar es muy intensa. Tanto en la imagen de la izquierda como en el vídeo de la derecha se pueden ver las características de un remolino de polvo: cielos despejados y rotación o giro horario (anticiclónico), es decir, de izquierda a derecha por estar en el hemisferio norte. Dicho tipo de giro es evidente en el caso del vídeo y a pesar de esa evidencia, todavía no se ha comprendido bien el origen y la dinámica de los tornados, que, como sucede con todos los tipos de ciclones, constan de dos columnas de aire, una descendente o subsidente y otra ascendente o convectiva. Y todos los fenómenos ciclónicos tienen la misma estructura y el mismo desarrollo. Las variaciones entre un fenómeno y otro (tornado, gustnado, torbellino de polvo, tromba terrestre, etc.) son cuestiones de diferencias meteorológicas y de la escala de las mismas.

Intensidad y daño

La escala Fujita-Pearson y la llamada Escala Fujita mejorada clasifican a los tornados según el daño causado. La escala mejorada (EF por sus siglas en inglés) fue un perfeccionamiento de la vieja escala Fujita, usando estimaciones de vientos y mejor descripción de los daños; sin embargo, fue diseñada para que un tornado clasificado según la escala Fujita recibiera el mismo rango numérico, y fue implementada comenzando en los Estados Unidos en 2007. Un tornado EF0, el más débil según la escala, posiblemente dañe árboles pero no estructuras, mientras que un tornado EF5, el más fuerte, puede arrancar edificios de sus cimientos dejándolos descubiertos e incluso deformar rascacielos. La similar escala TORRO va de T0 para tornados extremadamente débiles a T11 para los tornados más poderosos que se conocen. Datos obtenidos de un radar de impulsos Doppler, la fotogrametría y los patrones en el suelo (marcas cicloidales) igualmente pueden ser analizados para determinar la intensidad y otorgar un rango.

Los tornados varían en intensidad sin importar su forma, tamaño y localización, aunque los tornados fuertes generalmente son más grandes que los débiles. La relación con la longitud de su recorrido y duración también varía, aunque los tornados con mayor recorrido tienden a ser más fuertes. En el caso de tornados violentos, solo presentan gran intensidad en una porción del recorrido, buena parte de esta intensidad proviniendo de subvórtices.

En los Estados Unidos, el 80% de los tornados son clasificados como EF0 y EF1 (de T0 a T3). Cuanto mayor sea la intensidad de un rango, menor es su tasa de incidencia, pues menos de 1% son tornados violentos (EF4, T8 o más fuerte). Fuera del  Tornado Alley , y de Norteamérica en general, los tornados violentos son extremadamente raros. Aparentemente esto se debe más que nada al menor número de tornados en general que hay fuera de dicha región, ya que las investigaciones muestran que la distribución de los tornados según su intensidad es bastante similar a nivel mundial. Unos cuantos tornados de importancia ocurren cada año en Europa, áreas del centro-sur de Asia, porciones del sureste de Sudamérica y el sur de África.

Climatología

En los Estados Unidos se presentan más tornados que en cualquier otro país: unas cuatro veces más que los que se estima que se forman en toda Europa, sin incluir trombas marinas. Esto se debe principalmente a la geografía única del continente americano. América del Norte es relativamente grande y se extiende desde la zona intertropical hasta las áreas árticas, y no cuenta con una cadena montañosa importante que vaya de este a oeste y que bloquee el flujo de aire entre estas dos zonas. En las latitudes centrales, donde ocurren la mayor parte de los tornados, las Montañas Rocosas bloquean la humedad y el flujo atmosférico, permitiendo que exista aire más seco en los niveles intermedios de la tropósfera, y causando la formación de un área con presión baja al este de dichas montañas. Un incremento en el flujo de aire desde las Rocosas propicia la formación de una línea seca cuando el flujo es fuerte en los niveles superiores, mientras el golfo de México, al este, proporciona abundante humedad en los niveles bajos de la atmósfera. Esta topografía única provoca muchas colisiones de aire cálido con aire frío, que son las condiciones que crean tormentas fuertes y duraderas. Una gran parte de estos tornados se forman en dicha área del centro de los Estados Unidos entre las Rocosas y el golfo, conocida como  Tornado Alley  («callejón de los tornados»). Esta área abarca también partes de Canadá, principalmente en Ontario y las praderas canadienses, aunque el sudeste de Quebec, el interior de Columbia Británica y el occidente de Nuevo Brunswick también son propensos a tornados. En ocasiones también se presentan tornados fuertes en el noreste de México. En promedio, en los Estados Unidos ocurren unos 1200 tornados por año.

Fuera de USA, los Países Bajos presentan el mayor número de tornados por área de cualquier país al registrarse allí más de 20 tornados, lo que equivale a 0,00048 tornados por km² anualmente, seguidos por el Reino Unido que presenta anualmente unos 33, es decir, 0,00013 por km, mientras que en Argentina, se registran unos 30 por año, a lo que va 0,0009 por km, mayormente en la zona de llanuras comprendida por el área central y norte de la provincia de Buenos Aires, Córdoba, Santa Fe, Entre Ríos, Santiago del Estero, Chaco  y  Formosa, habiéndose registrado por ejemplo trombas marinas en la localidad de Mar del Tuyú. En números absolutos, sin importar la extensión territorial2; de cualquier forma, la mayoría son pequeños y causan muy poco daño, el Reino Unido experimenta más tornados que cualquier país europeo, a la vez que Argentina representa la mayor cantidad de tornados que cualquier país latinoamericano, el segundo en América (detrás de Estados Unidos), y también del mundo incluyendo trombas marinas, en Argentina como también en el Reino Unido. Actividad de los tornados en los Estados Unidos. Las zonas más oscuras denotan el área comúnmente conocida como  Tornado Alley .

Los tornados matan un promedio de 179 personas por año en Bangladés, por mucho la mayor cantidad dentro de un país en el mundo. Esto se debe a su elevada densidad de población, deficiente calidad de las construcciones, carencia de conocimientos acerca de medidas de seguridad para combatir a los tornados y otros factores. Otros países del mundo que cuentan con tornados frecuentemente incluyen a Argentina, Sudáfrica, en Brasil en la frontera con Argentina, Australia y Nueva Zelanda, así como porciones de Europa y Asia.

Los tornados son más frecuentes durante la primavera y menos durante el invierno Ya que la primavera y el otoño son periodos de transición (de clima cálido a frío y viceversa) hay más posibilidades de que el aire frío se encuentre con aire cálido, lo que provoca que durante esas estaciones se experimenten picos de actividad. No obstante, las condiciones adecuadas para su formación se pueden presentar en cualquier época del año. Los tornados también pueden generarse a partir del ojo de los ciclones tropicales que tocan tierra, 77 lo cual suele suceder en el otoño y a fines del verano.

La incidencia de los tornados depende altamente de la hora del día, debido a la radiación solar. A nivel mundial, la mayoría de los tornados ocurren durante la tarde, entre las 3:00 p. m. y las 7:00 p. m. del tiempo local, siendo el punto más alto a las 5:00 p. m.. Sin embargo, los tornados destructivos pueden ocurrir a cualquier hora del día. El tornado de Gainesville de 1936, uno de los tornados más devastadores de la historia, ocurrió a las 8:30 a. m. tiempo local.

Asociación con el clima

Existen zonas como el mar Mediterráneo que aumenta a su vez el volumen de humedad en la atmósfera. El incremento de humedad puede provocar un crecimiento en la aparición de tornados, particularmente durante la temporada fría.

Algunas evidencias sugieren que el fenómeno de Oscilación del Sur de El Niño (ENSO, por sus siglas en inglés) se encuentra ligeramente relacionado con cambios en la actividad de los tornados; esto varía según la temporada y la región así como dependiendo de si el fenómeno ENSO corresponde al de El Niño o La Niña.

Los cambios climáticos pueden afectar a los tornados a través de teleconexiones como sucede cuando cambia una corriente en chorro y otros patrones climáticos de importancia. Aunque es posible que el calentamiento global pueda afectar la actividad de los tornados, tal efecto aún no puede ser identificable debido a su complejidad, a la naturaleza de las tormentas y a cuestiones relacionadas con la calidad de las bases de datos. Además, cualquier efecto variaría según la región.

Predicción

Mapas probabilísticos del Storm Prediction Center durante el auge de la oleada de tornados del 6 al 8 de abril de 2006. El primer mapa indica el riesgo de clima extremo en general (incluyendo granizo fuerte, vientos peligrosos y tornados), mientras que el segundo mapa específicamente muestra el porcentaje de probabilidad de que un tornado se forme a no más de 40 km de cualquier punto dentro del área encerrada. El área rayada en el mapa inferior indica un riesgo de 10% o más de que un tornado F2 o más fuerte se forme a 40 km de cualquier punto del área señalada.

El pronóstico del tiempo es llevado a cabo regionalmente por muchas agencias nacionales e internacionales. En la mayor parte, ellas también se encargan de la predicción de las condiciones que propician el desarrollo de los tornados.

En Australia, numerosas advertencias de tormentas son proporcionadas por el Bureau of Meteorology («Agencia de Meteorología») de dicha nación. El país se encuentra en proceso de actualizarse para usar sistemas de radares de impulsos Doppler, habiendo alcanzado su primera meta de instalar seis radares nuevos en julio de 2006.

Por otro lado, en el Reino Unido la TORRO ( Tornado and Storm Research Organisation , u Organización para la Investigación de Tornados y Tormentas) lleva a cabo predicciones experimentales. La Met Office provee pronósticos oficiales para este país, mientras que en el resto de Europa el proyecto ESTOFEX ( European Storm Forecast Experiment , o Experimento Europeo de Predicción de Tormentas) proporciona pronósticos del tiempo acerca de la probabilidad de que haya mal clima, y el ESSL ( European Severe Storms Laboratory , o Laboratorio europeo de tormentas graves) conserva una base de datos de los eventos.

Igualmente, en los Estados Unidos las predicciones climáticas generalizadas son realizadas por el Storm Prediction Center (Centro de Predicción de Tormentas), con sede en Norman, Oklahoma. En este centro se realizan predicciones probabilísticas y categóricas para los próximos tres días en relación al clima extremo, incluyendo tornados. También hay un pronóstico más general que abarca el periodo del cuarto al octavo día. Justo antes del momento en que se espera que se presente una amenaza climática grave, como un tornado, el SPC envía varias alertas referentes al fenómeno, en colaboración con las oficinas locales del Servicio Meteorológico Nacional de ese país.

A su vez, en Japón la predicción y el estudio de los tornados están a cargo de la Agencia Meteorológica de Japón, mientras que en Canad á  las alertas y los pronósticos climáticos, incluyendo los de los tornados, son proporcionados por siete oficinas regionales del Servicio Meteorológico de Canadá, una subdivisión de Environment Canada.

Detección

Rigurosos intentos para poder advertir los tornados comenzaron en los Estados Unidos a mediados del siglo XX. Antes de los años 1950, el único método para detectar un tornado era que alguien lo viera. Generalmente, la noticia de un tornado no llegaría a una estación climática local hasta después de la tormenta. No obstante, con el advenimiento del radar meteorológico, las zonas cercanas a las estaciones climáticas tendrían avisos con tiempo del mal clima. Los primeros avisos públicos de tornados aparecieron en 1950 y las primeras alertas de tornados, en 1952. En 1953 se confirmó que los ecos en cadena se encuentran asociados con los tornados. Al reconocer estos patrones, los meteorólogos, estando a varios kilómetros de distancia, pudieron detectar tormentas que probablemente producirían tornados.

Radar

Hoy en día, la mayoría de los países desarrollados cuentan con una red de radares meteorológicos, siendo todavía este el principal método de detección de posibles tornados. En los Estados Unidos y algunos otros países se utilizan estaciones con radares de impulsos Doppler. Estos aparatos miden la velocidad y dirección radial (si se están acercando o alejando del radar) de los vientos de una tormenta, y así pueden detectar evidencias de rotación en tormentas que están a más de 150 km de distancia. Cuando las tormentas están lejos de un radar, sólo las partes altas de la tormenta son observadas y las importantes áreas bajas no son registradas. La resolución de los datos también decrece en razón de la distancia entre la tormenta y el radar. Algunas condiciones meteorológicas que llevan a la tornadogénesis no son detectables de inmediato a través de radar y en ocasiones el desarrollo de tornados puede ocurrir más rápidamente de lo que un radar puede completar un escaneo y enviar la información. Además, la mayoría de las regiones pobladas de la Tierra ahora son visibles desde el Satélite Geoestacionario Operacional Ambiental (GOES, por sus siglas en inglés), el cual ayuda en el pronóstico de tormentas tornádicas. Una secuencia de radar de Doppler on Wheels de un eco en cadena y un mesociclón asociado en el condado de Goshen, Wyoming el 5 de junio de 2009. Los mesociclones fuertes aparecen como áreas adyacentes de amarillo y azul (en otros radares, rojo brillante y verde brillante), y generalmente indican la existencia de un tornado o su inminente aparición.

Localización de tormentas

A mediados de la década de 1970, el Servicio Meteorológico Nacional de Estados Unidos (NWS) incrementó sus esfuerzos para entrenar individuos que avistaran tormentas e identificaran sus características principales, como fuerte granizo, vientos devastadores y tornados, así como el daño que causan. El programa fue llamado Skywarn, y los que participaron en él fueron asistentes de sheriff locales, policías estatales, bomberos, conductores de ambulancias, operadores de radio, trabajadores de protección civil, cazadores de tormentas y ciudadanos comunes. Cuando se espera mal clima, las estaciones climáticas locales solicitan que estos localizadores de tormentas hagan las búsquedas necesarias y reporten cualquier tornado inmediatamente, para que la oficina pueda enviar un aviso oportuno a la población.

Por lo general los localizadores son entrenados por el NWS en representación de sus respectivas organizaciones, y les reportan a ellas. Las organizaciones activan sistemas públicos de alarma como sirenas y el Emergency Alert System, y dirigen su reporte al NWS. Hay más de 230.000 localizadores climáticos entrenados a través del Skywarn en los Estados Unidos.

En Canadá, una red similar de localizadores voluntarios del clima, llamada Canwarn, ayuda a localizar el mal clima, contando con más de 1000 voluntarios. En Europa, varias naciones se encuentran organizando redes de localizadores bajo el auspicio de Skywarn Europe, y la Tornado and Storm Research Organisation (TORRO) ha mantenido una red de localizadores en el Reino Unido desde 1974.

Los localizadores de tormentas son necesarios porque los sistemas de radar como el NEXRAD no pueden detectar un tornado, sólo indicaciones que sugieren su presencia. Los radares pueden dar un aviso antes de que haya evidencia visual de un tornado, pero la información de un observador puede ratificar la amenaza o determinar que la llegada de un tornado no es inminente. 103 La habilidad de un localizador para ver lo que un radar no puede es especialmente importante al aumentar la distancia desde el sitio del radar, porque la señal del radar, al viajar en línea recta, va aumentando progresivamente su altitud respecto al suelo al irse alejando del radar debido a la curvatura de la Tierra, además de que la señal también se dispersa.

Evidencia visual

Los localizadores de tormentas son entrenados para discernir si una tormenta vista a cierta distancia es o no una supercelda. Generalmente miran su parte trasera, la principal región de corrientes ascendentes y flujo de entrada. Debajo de la corriente ascendente hay una base sin lluvia, y en el siguiente paso de la tornadogénesis se forma una nube pared en rotación. La gran mayoría de los tornados intensos ocurren con una nube pared detrás de una supercelda.

La evidencia de que se trata de una supercelda proviene de la forma y la estructura de la tormenta, y otras características de las cumulonimbus como pueden ser una vigorosa columna de corrientes ascendentes, una cima emergente sobre la base de la nube que persiste largo tiempo, una base firme y una apariencia de sacacorchos. Bajo la tormenta y más cerca de donde la mayoría de los tornados se encuentran, evidencias de una supercelda y de la posibilidad de un tornado incluyen bandas de entrada (particularmente curvas), la fuerza del flujo de entrada, la temperatura y humedad del aire que entra, cómo es la proporción del aire que entra y del que sale de la tormenta, y cuán lejos están el núcleo de precipitación del flanco delantero y la nube pared uno del otro. La tornadogénesis es más probable en la interfase de la corriente ascendente y de la corriente descendente del flanco trasero, y requiere un balance entre el flujo de entrada y el de salida.

Las nubes pared que rotan, mismas que generan tornados, generalmente preceden a estos entre cinco y treinta minutos. Las nubes pared en rotación son la manifestación visual de un mesociclón. A menos que se dé a un nivel bajo, la tornadogénesis es altamente improbable a no ser que ocurra una corriente descendente del flanco trasero, que generalmente es evidenciada visiblemente por la evaporación de una nube adyacente a la esquina de una nube pared. Un tornado generalmente ocurre cuando pasa esto o poco tiempo después; primero, una nube embudo baja a la superficie y en casi todos los casos, para cuando va a mitad de camino, un remolino superficial ya se ha desarrollado, lo que significa que un tornado está en el suelo antes de que la condensación conecte la circulación de la superficie con la tormenta. Los tornados también pueden ocurrir sin nubes pared, bajo líneas de flanqueo. Los localizadores observan todas las partes de una tormenta, así como la base de la nube y la superficie.

Récords

El tornado más extremo del que se tiene registro fue el Tornado Tri-Estatal ( Tornado triestatal ), que atravesó partes de Misuri, Illinois  e  Indiana el 18 de marzo de 1925. Posiblemente hubiera sido clasificado como un tornado F5, aunque los tornados no eran clasificados en esa época. Mantiene los récords por haber recorrido la mayor distancia (352 km), la mayor duración (unas 3,5 horas) y la mayor velocidad de desplazamiento hacia el frente para un tornado de importancia (117 km/h) en todo el mundo. Además, es el tornado más mortífero en la historia de los Estados Unidos (695 muertos). También fue en su momento el segundo tornado más costoso de la historia, pero ya ha sido superado por muchos otros sin normalizar. Cuando los costos son normalizados según la riqueza y la inflación, sigue siendo hoy en día el tercer tornado más costoso. El tornado más mortífero a nivel mundial fue el tornado de Daulatpur-Saturia en Bangladés el 26 de abril de 1989, que mató aproximadamente a 1300 personas ([tornadoproject.com/alltorns/bangladesh.html]). Bangladés ha tenido al menos 19 tornados en su historia que han matado a más de 100 personas, lo que representa al menos la mitad del total en el resto del mundo.

La mayoría de los récords establecidos para oleadas de tornados corresponden al llamado  Super Outbreak  (Súper Oleada), que afectó una gran parte del centro de los Estados Unidos y una pequeña zona del sur de Ontario en Canadá entre el 3 y el 4 de abril de 1974. No sólo presentó esta oleada la increíble cantidad de 148 tornados en únicamente 18 horas, sino que también varios de ellos eran violentos; siete eran de intensidad F5 y veintitrés eran F4. Esta oleada llegó a tener dieciséis tornados en la superficie al mismo tiempo en su punto más fuerte. Más de 300 personas, posiblemente hasta 330, murieron a causa de los tornados de esta oleada.

Aunque es casi imposible medir directamente la velocidad del viento del tornado más violento (los anemómetros convencionales serían destruidos por los fuertes vientos), algunos tornados han sido escaneados por unidades móviles de radares Doppler, que pueden proporcionar un estimado certero de la velocidad de los vientos de un tornado. La mayor velocidad medida en un tornado, que es igualmente la mayor velocidad de un viento jamás medida en el planeta, es de 484 ± 32 km/h en el tornado F5 de Moore, Oklahoma. Aunque la medición fue tomada a unos 30 m sobre la superficie, demuestra el poder que tienen los tornados más fuertes.

Fuera de los Estados Unidos también se han dado importantes oleadas de tornados. Otras zonas muy activas en materia de clima extremo han registrado eventos significativos de tornados, como Europa del Norte y el centro y sur de Sudamérica. Una de las oleadas de tornados más importantes a nivel mundial es el “Trágico Martes 13”, denominado así por los meteorólogos y aficionados de Argentina, a la oleada de tornados más importante de la que se tenga registro fuera de los Estados Unidos; durante la noche del 13 de abril de 1993 fueron registrados en la provincia de Buenos Aires, Argentina, alrededor de trescientos tornados con intensidades entre F0 y F3. Otra oleada de tornados significativa fue la llamada “Oleada de tornados de la URSS” de 1984, en la que se registró un tornado de categoría F5 en Ivanovo, Rusia (en ese entonces parte de la Unión Soviética).

Las tormentas que producen tornados pueden presentar intensas corrientes ascendentes, a veces sobrepasando los 240 km/h. Los desechos que levanta un tornado pueden llegar hasta la tormenta principal y ser arrastrados una gran distancia. Un tornado que afectó a Great Bend, Kansas en noviembre de 1915 fue un caso extremo, donde una «lluvia de desechos» ocurrió a 130 km del pueblo, un saco de harina fue hallado a 177 km y un cheque cancelado del Banco de Great Bend fue encontrado en un campo a las fueras de Palmyra, Nebraska 491 km al noreste. Las trombas marinas y tornados han sido utilizados como una posible explicación para ocasiones en que han llovido peces y otros animales.

Seguridad

A pesar de que los tornados pueden atacar en cualquier instante, existen precauciones y medidas preventivas que la gente puede adoptar para aumentar sus posibilidades de sobrevivir a un tornado. Autoridades como el Storm Prediction Center aconsejan contar con un plan contra tornados. Tras ser emitida una alerta de tornado, se debe buscar refugio en un sótano o en una habitación localizada en la parte más interna de una casa resistente ya que esto aumenta en gran medida las posibilidades de sobrevivir. 111 En áreas propensas a tornados, muchos edificios cuentan con refugios especiales para tormentas. Estas habitaciones subterráneas han ayudado a salvar miles de vidas.

Algunos países cuentan con agencias meteorológicas que proporcionan predicciones de tornados e incrementan el nivel de alerta para un posible tornado (de la misma forma que lo hacen los avisos y alertas de tornados en Estados Unidos y Canadá). Las estaciones climatológicas de radio también proporcionan alarmas cuando se libera una advertencia por clima extremo para su área local, aunque este tipo de estaciones de radio se encuentran generalmente sólo en los Estados Unidos.

A menos que el tornado esté a gran distancia y sea visible, los meteorólogos aconsejan a los conductores que estacionen sus vehículos fuera del camino (para no bloquear al tráfico de emergencia), y buscar un refugio seguro. Si no hay uno en las cercanías, colocarse en lo profundo de una zanja es la siguiente mejor opción.

Mitos e ideas equivocadas

Uno de los mitos más persistentes asociados con tornados consiste en que abrir las ventanas reducirá el daño causado por el tornado. Aunque existe un marcado descenso en la presión atmosférica en el interior de un tornado fuerte, es improbable que la disminución de presión fuera suficiente para causar que el inmueble explote. Algunas investigaciones muestran que abrir las ventanas puede en realidad incrementar la gravedad de los daños del tornado. Sin importar la validez de esta teoría de la explosión, es mejor invertir el tiempo buscando refugio y no abriendo ventanas. Un tornado violento, de cualquier forma, puede destruir una casa sin importar si sus ventanas están abiertas o cerradas.

Otra creencia común es que los pasos elevados en una autopista son un refugio adecuado para protegerse de los tornados. Por el contrario, un paso elevado es un lugar peligroso para refugiarse. En la oleada de tornados de Oklahoma de 1999 del 3 de mayo de 1999, tres pasos elevados de autopistas fueron golpeados por tornados, y en cada una de esas tres localizaciones hubo una muerte, junto con muchos heridos de gravedad. Se cree que el área debajo de los pasos elevados causa un efecto de túnel de viento, en donde se incrementa la velocidad del viento del tornado y de los desechos que acarrea que pasan por ahí. En comparación, durante la misma oleada de tornados, más de 2000 hogares fueron completamente destruidos, con otros 7000 dañados, y aun así solamente unas pocas docenas de personas murieron en sus hogares.

Una vieja creencia es que la esquina de un sótano que esté más cerca del sudoeste proporciona la mayor protección durante un tornado. El lugar más seguro, en realidad, es el extremo o esquina de una habitación subterránea opuesto a la dirección en que se mueve el tornado (generalmente la esquina noreste), o una habitación que no sea subterránea pero que esté lo más internamente posible en su inmueble. Refugiarse debajo de una mesa resistente, en un sótano o debajo de una escalera incrementa las posibilidades de sobrevivir aún más.

Finalmente, hay áreas donde la gente cree estar protegida de los tornados, ya sea por un río, colina o montaña de gran tamaño, o incluso por fuerzas sobrenaturales. Se ha sabido de tornados que han cruzado grandes ríos, escalado montañas y afectado valles. Como regla general, no hay área que esté “a salvo” de los tornados, aunque hay áreas que son más susceptibles que otras, aunque es la excepción en lugares rodeados de montañas.

Investigación

La meteorología es una ciencia relativamente joven y aún más el estudio de los tornados. Aunque han sido estudiados desde el siglo XIX y con mayor énfasis desde mediados del siglo XX, todavía hay aspectos de ellos que son un misterio. Los científicos tienen una idea bastante precisa del desarrollo de tormentas y mesociclones, y de las condiciones meteorológicas que conducen a su formación; no obstante, el paso de supercelda (u otros procesos formativos) a tornadogénesis y la diferenciación de mesociclones tornádicos y no tornádicos son aspectos que todavía no se comprenden del todo y son el enfoque de gran parte de las investigaciones.

También están siendo estudiados los mesociclones en los niveles bajos de la atmósfera y el ensanchamiento de la vorticidad en los niveles bajos que se convierte en el tornado, principalmente cuáles son los procesos y cuál es la relación del medio y la tormenta convectiva. Se ha observado a tornados intensos formándose simultáneamente con un mesociclón arriba (en lugar de la sucesiva mesociclogénesis) y a algunos tornados intensos que han ocurrido sin un mesociclón en los niveles medios. En particular, el papel de las corrientes descendentes, principalmente la corriente descendente del flanco trasero, y el papel de los límites baroclínicos, son importantes temas de estudio.

Predecir con fiabilidad la intensidad de un tornado y su longevidad continúa siendo un problema, así como los detalles concernientes a las características de un tornado durante su ciclo de vida y tornadolisis. Otros temas de investigación de trascendencia son los tornados asociados con mesovórtices dentro de estructuras de tormenta lineares y dentro de ciclones tropicales.

Los científicos aún desconocen los mecanismos exactos a través de los cuales se forman la mayoría de los tornados, y ocasionalmente algunos todavía aparecen sin una alerta de tornado previa. Los análisis de las observaciones a partir de instrumentos tanto estacionarios como móviles, superficiales y aéreos, y remotos e  in situ , generan nuevas ideas y perfeccionan las nociones existentes. La utilización de modelos matemáticos también proporciona mayor entendimiento ya que las nuevas observaciones y descubrimientos son integrados a nuestro entendimiento físico y después puestos a prueba a través de simulaciones de computadora que validan las nuevas nociones al mismo tiempo que producen descubrimientos teóricos completamente nuevos, muchos de los cuales serían de otra forma casi indeducibles. Igualmente, el desarrollo de nuevas formas de observación y la instalación de redes de observación espaciales y temporales más finas han ayudado a tener un mayor entendimiento y mejores predicciones.

Programas de investigación, incluyendo proyectos de estudio como el proyecto VOTEX, el despliegue del TOTO, el Doppler On Wheels (DOW) y docenas de programas más, esperan contestar muchas de las interrogantes que todavía invaden a los meteorólogos. Universidades, agencias gubernamentales como el National Severe Storms Laboratory, meteorólogos del sector privado y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica son algunas de las organizaciones en investigación activa, mismas que cuentan con varias fuentes proveedoras de fondos, tanto privadas como públicas, destacando en este sentido la National Science Foundation.

Épocas de Tornados

Los tornados se producen generalmente en la zona de transición entre las masas de aire polar y tropical, entre los 20° y 50° de latitud, a ambos lados del ecuador, siendo poco frecuentes en latitudes mayores de 60:, donde el aire no contiene la humedad y la temperatura necesaria para la formación de este fenómeno y en la región ecuatorial, donde la atmosfera  no tiene la inestabilidad necesaria para desarrollar una tormenta severa de tal magnitud.

. Los símbolos meteorológicos

En 1870 surgieron los primeros símbolos del tiempo en la información meteorológica elaborada en EEUU. Con el paso de los años, la comunidad meteorológica internacional fue adoptando símbolos estándar. En televisión, el uso de iconos se generalizó, formando hoy en día parte del imaginario popular.

Uno de los elementos que más ayuda a acercar la Meteorología al gran público es la variada simbología e iconografía utilizada en la información meteorológica. Desde los inicios de los espacios del tiempo de televisión –en España comenzaron en octubre de 1956, coincidiendo con el inicio de las emisiones de TVE–  los símbolos e iconos utilizados en los mapas del tiempo se han convertido en el principal código identificativo del tiempo meteorológico , a lo que han contribuido en los últimos años las aplicaciones del tiempo de los móviles, al margen del resto de información –gráfica y no gráfica– hoy en día disponible.

Cuando en la segunda mitad del siglo XIX comenzó a transmitirse información meteorológica a través del telégrafo, empezaron a introducirse, progresivamente, los primero símbolos para representar algunos fenómenos meteorológicos.  El símbolo de la tormenta eléctrica (el característico rayo) fue de los primeros en utilizarse, en la década de 1870 . En aquel momento, el Departamento de Guerra de los EEUU era el encargado de confeccionar los primeros mapas meteorológicos con las observaciones disponibles en el vasto territorio estadounidense (la mayoría de ellas localizadas en observatorios y estaciones de la costa este).

En 1872, se creó un primer comité cuya misión fue establecer unos símbolos estandarizados para representar distintos tipos de condiciones meteorológicas actuales (tiempo presente) , y esos estándares se empezaron a adoptar en distintos países.

Aquellos símbolos de uso internacional fueron los primeros de una larga lista de ellos que se fueron incorporando a la cada vez más abundante información gráfica meteorológica. Desde aquella época hasta la actualidad, primero la OMI (Organización Meteorológica Internacional) y posteriormente la OMM (Organización Meteorológica Mundial), a través de distintas comisiones técnicas de trabajo, han ido estableciendo centenares de símbolos, empleados hoy en día en los mapas con datos SYNOP y otros muchos productos gráficos, tanto de análisis como de predicción meteorológica.

La manera de representar los distintos tipos de frentes, por ejemplo, está estandarizada.  El frente frío, de trazo grueso, color azul y con sus característicos triángulos, se representa así en todo el mundo , con independencia de que el mapa donde aparezca lo haya confeccionado el Servicio Meteorológico de Australia, Marruecos o Perú.

Aciertos y errores de los iconos del tiempo

Con la llegada de la información meteorológica a la televisión, en un primer momento los meteorólogos encargados de presentar el tiempo fueron mostrando a los telespectadores parte de esa simbología que se había ido adoptando por parte de la comunidad meteorológica internacional, pero el nuevo medio permitía licencias que fueron rápidamente imponiéndose.  La incorporación de iconos  para representar el tiempo soleado, nuboso, con lluvia, nieve…, ventoso, con tormentas o niebla,  fue ganando protagonismo en los espacios del tiempo, frente a los símbolos oficiales, más sintéticos y menos vistosos en el medio televisivo.

Cada televisión comenzó a usar sus grafismos, sin que en este caso se buscaran unos estándares. El resultado de este proceso evolutivo ha sido un  totum revolutum , donde encontramos un poco de todo, desde iconos que ilustran bien el estado atmosférico o fenómeno que representan, hasta otros menos afortunados, que introducen confusión y generan unas ideas preconcebidas en la población, que, a posteriori, resultan difíciles de cambiar.

Los errores más frecuentes en la iconografía

El uso de la iconografía conlleva algunos problemas de fondo . Quizás el más importante sea representar con un solo icono un resumen del estado de la atmósfera durante 24 h, lo que muchos días es imposible. También nos topamos con el problema del determinismo, ya que el icono nos está indicando (pensando en tiempo previsto) de forma categórica cómo será meteorológicamente una jornada venidera en un determinado lugar, descartando la posibilidad de que puede haber otro tipo de tiempo, con la probabilidad de ocurrencia que corresponda.

Al margen de lo anterior, no faltan tampoco los iconos que introducen errores de bulto.  El más común de todos ellos es la representación de las gotas de lluvia con forma de lágrima , cuando, en realidad, las citadas gotas en su caída  son aproximadamente esféricas . Lo cierto es que esa forma lacrimal de representar la lluvia ya forma parte del imaginario popular. Otro fallo, que en este caso es más fácil de corregir, es la representación de la nieve con la estrellita correspondiente, pero con 8 puntas en lugar de las 6 que, en rigor, ha de tener, dada la estructura hexagonal que adoptan los cristales de hielo que forman el blanco elemento.En realidad, las gotas de lluvia no tienen forma de lágrima y el granizo debería representarse trazando los rebotes en el suelo.

El modelo de icono con una nube y el hidrometeoro correspondiente debajo, no permite, por ejemplo, representar un icono fácilmente identificable del granizo.  En este caso, los rebotes de los granizos en el suelo son una de sus señas de identidad y es recomendable trabajar sobre esa idea para mejorar el diseño de ese icono en particular.

Los intervalos nubosos y las nubes y claros también generan conflicto en la iconografía empleada para ilustrar ambos estados atmosféricos , ya que se emplea indistintamente la nube tapando parcialmente el sol. El problema en este caso es que si el tiempo previsto para mañana en un lugar son los citados intervalos nubosos, esa predicción lo que está indicando es que a lo largo de esa jornada habrá momentos con los cielos poco nubosos o despejados (azules) y otros en que esté nublado, con la mayor parte del cielo cubierto de nubes. El icono en cuestión transmite la idea de que todo el día va a estar soleado, con presencia de algunas nubes que, ocasionalmente, pueden tapar el sol, pero ese tipo de tiempo no coincidirá en muchos casos con el pronosticado.