Se presenta parte del estudio llevado a cabo durante los últimos años sobre la detección de fenómenos severos y se presentan algunos casos en los que unas tormentas generaron vientos superiores a los 100 Km/hora o uno o más tornados. Se analizan algunas características mesoescalares de los diferentes campos que inciden en la peculariedad de los casos presentados y se estudian algunos parámetros derivados del sondeo más próximo. Asimismo, se aportan los datos obtenidos de la inspección de campo llevada a cabo durante las horas posteriores a las situaciones y se apuntan los problemas de la metodología llevada a cabo y algunas soluciones posibles.
Desde las primeras investigaciones de campo rutinarias realizadas por Gayá y Soliño (1993), se han reconocido numerosos fenómenos severos del tipo tornado, reventón o microfrente severo asociado a tormentas. Los estudios de campo se han llevado a cabo siempre que se ha tenido constancia, o simple sospecha, de la existencia de fenómenos severos en cuanto a viento asociado a tormentas. Sin embargo, los trabajos de campo han sido más intensivos y frecuentes en Mallorca, donde la proximidad al terreno afectado ha posibilitado la inmediata presencia antes de que se iniciara cualquier restauración o modificación de los desperfectos ocasionados.
2. Aproximación a una climatología del tiempo severo.
Desde 1989 se ha ido confeccionado una base de datos en los que el viento ha sido el protagonista de severidad (se ha excluido el granizo superior a los 2 cm. de diámetro y la severidad en cuanto al número de descargas eléctricas).
En la figura 1 se muestran los fenómenos severos de los que se ha tenido constancia y de los que se ha podido identificar el agente causante, mediante entrevistas telefónicas o por otras vías indirectas o, en buena parte de los casos, después del correspondiente estudio de campo.
La mayor frecuencia relativa de severidad en Cataluña y Baleares obedece a consideraciones ligadas más los informadores que otro tipo de causa. Sin embargo, A. Soliño y M. Gayá (1993) ya habían apuntado que estas regiones estaban expuestas a la presencia de fenómenos severos.
En la figura 2 se presentan las comarcas de las Islas Baleares que han sido afectadas por los fenómenos severos del tipo tromba, manga o tornado, y en la que, también, se observa una cierta asimetría en cuanto a su localización.
La frecuencia relativa en la zona de Mallorca y Menorca no ha podido ser explicada hasta la fecha, a pesar de que se tienen referencias muy antiguas en cuanto a la presencia de tornados en Maó y Alaior (ver por ejemplo G. Clerghorn (1751) o P. Vila (1923)). Los reventones y frentes severos no se han indicado para mayor claridad debido a que, en estos últimos, las zonas afectadas fueron muy extensas.
En la figura 3, se muestra la distribución estacional de fenómenos severos y de los tornados de Baleares. La gráfica sobre "tormentas" se ha representado el número de días en los que al menos un observatorio (o colaborador) ha registrado tal circunstancia. Los valores se han promediado para el periodo 1989-95. De este modo, se puede ver como la presencia de fenómenos severos está ligada a la de tormenta.
Figura 3: Distribución temporal de los fenómenos severos y tornados frente a la frecuencia de tormenta.
3. Estudio de los datos del radiosondeo de Palma
El sondeo de Palma ha tenido, en el presente estudio, la cualidad de la proximidad a la zona de estudio de campo que se ha llevado a término en las horas posteriores al fénómeno de interés. A pesar de la obvia proximidad geográfica, no está suficientemente claro cuando un sondeo puede entenderse meteorológicamente próximo. H. E. Brooks y C. A. Doswell III (1994) ya apuntan esta dificultad con las condiciones dadas por Darkow hace 25 años. Entre estas condiciones, la proximidad temporal (45 minutos antes o después del fenómeno estudiado) no ha podido cumplirse más que en contadas ocasiones. Incluso en ellas, la sonda ha podido introducirse en la nube y ofrecer una información que dista mucho de ser la ambiental. Los sondeos que se han usado han sido siempre aquellos que representen la masa de aire más que su proximidad en el tiempo. Esta actuación se ha manifestado razonable especialmente debido al hecho de que el sondeo se lanza con cierto tiempo de antelación a la hora que representa. A pesar de ello, los sondeos pueden no haber registrado variaciones ambientales de escala inferior cuyo tiempo de residencia o tránsito haya sido menor que las doce horas intersondeo.
Especialmente debido al tratamiento sencillo que permiten, el uso de índices ha sido, y sigue siendo, aceptados por la mayoría de predictores. Sin embargo, buena parte de ellos sólo indican las trazas más reseñables o, en no pocas ocasiones, ni tan siquiera eso. Algunos índices están mejor concebidos en sentido físico y su utilización tiene, en la actualidad, no pocas ventajas. La CAPE y la helicidad (y otros índices derivados) van a tratarse aquí. La CAPE en forma gráfica ya había sido extensamente usada, sin embargo la helicidad es un indice relatiamente reciente (Lilly D. K. (1986)).
La helicidad fue definida como H = V.. con . = rot V. Si se introduce el movimiento de la tormenta y se integra para un determinado espesor:
Una supercélula puede identificarse al advertir una persistente asociación entre un movimiento ascendente y de giro. Doswell C. A. y otros (1990), apuntan que no se requiere una CAPE alta y sí una organización adecuada de los vientos en altura.
Aunque una tormenta que se desplace, segregada, hacia la derecha a sido reconocida como potencialmente severa, Doswell advierte que no siempre es así. Este hecho se puso de manifiesto en algún caso considerado aquí, donde sólo se estimó el movimiento de tormentas con las descargas o la precipitación.
4. Frentes de racha.
El descenso del aire arrastrado por la precipitación está siempre presente en cualquier tormenta. La formación de un microfrente de salida puede tener importancia en cuanto a focalizar un nuevo desarrollo convectivo pero, en sí mismo, no es especialmente reseñable si no ha superado cierto umbral que suele estar en torno a los 50 nudos (~ 25 m/s).
La velocidad máxima registrada por las estaciones de la red, o inferida de las mediciones de campo, demostraron la notable severidad de los casos que se presentan.
4.1 Casos de estudio.
En la mañana del día 4 de septiembre de 1994, se desarrolló un sistema convectivo al Oeste de las islas Baleares. Como consecuencia, se produjeron tormentas severas con vientos que produjeron numerosos daños en árboles y mobiliario urbano de, aproximadamente, la mitad occidental de la Isla. Hubo que lamentar la muerte de un navegante (que cayó al mar y no pudo alcanzar su embarcación) y causó importantes desperfectos en un avión que, en pleno vuelo, se adentró en un núcleo convectivo con granizo de gran tamaño. El testimonio de la tripulación fue relevante: el rádar de abordo no dio señal de severidad extrema; la turbulencia y la entrada de aire en cabina hizo peligrar la vida de sus ocupantes; en la aproximación de regreso al aeropuerto pudieron comprobar como un DC10 marcaba la sombra sobre la superficie del mar al incidir la descendencia sobre el avión (por diferente rugosidad de la superficie marina); durante la rodadura, observó como los carrillos y contenedores cruzaban las pistas y observó un pequeño tornado (posiblemente un gustnado) que cruzó la pista de rodadura.
En el aeródromo de Son Bonet se vio otro tornado pequeño que causó daños en los alerones de los Dromadair utilizados en la lucha contra incendios forestales. También fue vista una tromba marina en el canal de Menorca.
Se recogieron otros testimonios de pilotos que realizaban la aproximación al aeropuerto que canceló unos minutos sus operaciones. Asimismo, numerosas embarcaciones fueron arrastradas contra las rocas en todas las costas desde Dragonera hasta Cabrera.
La intensidad de las precipitaciones no han podido verificarse al estar la zona afectada sobre el mar y no disponerse de rádar. Sin embargo, el mapa de isoyetas, realizado con las aportaciones de los colaboradores del INM presentan una distribución que permite realizar una imagen radar integrada en unas pocas horas.
En la figura 4 se observa como la distribución de la precipitación focaliza dos máximos de precipitación, uno sobre el SW de Mallorca y otro, secundario, al SE. Este último se produjo posteriormente al frente que nos ocupa y, probablemente, como consecuencia de una nueva tormenta que indujera aquél.
La figura 5 muestra las isocronas de racha máxima. Se han trazado suponiendo que el frente corrió aproximadamente perpendicular al viento inmediato del sector frío (ver p.ej., R. M. Wakimoto (1982)) . Se han transcrito las rachas máximas de los observatorios de la red automática y las provenientes de sa Canova y del aeropuerto de Son Sant Joan. Asimismo se indican las variaciones de temperatura que hubo respecto del ambiente inmediato.
El sondeo de las 00UTC (nueve horas antes), presenta una estructura favorable a la convección (figura 6). Con dos capas muy inestables y de cierto espesor (junto a tierra y y entre 800 y 700 Hpa. Una capa seca desde 900 hasta 700 Hpa y una escasa cizalladura en los niveles bajos (no visibles por falta de datos significativos). Sin embargo, en las horas posteriores se estableció un marcado flujo del E que favorecería la organización de la tormenta severa. Una situación similar fue analizada por H. E. Brooks y C. A. Doswell: alto contenido de vapor de agua en la capa inferior, una helicidad consistente para la formación de una supercélula y un movimiento de la tormenta escaso respecto de los vientos existentes en la troposfera media.
La velocidad de propagación de un frente fluido de densidad de corriente, de espesor reducido frente al del medio en el que se mueve, puede formularse a partir de la ecuación
siendo k el número interno de Froude, g la aceleración de la gravedad y .f ,.c las densidades del aire frío y la del cálido. Al introducir los valores observados y considerando que la densidad es homogénea en toda capa frontal, y adoptando el valor de k=0.8, se obtiene un espesor del frente del orden de los 520 metros. Este espesor es del mismo orden que el fue observado por los pilotos de la compañía Spanair que realizaban la aproximación desde el SE y que tuvieron serias dificultades en el control del avión (de la comparación de los sondeos anterior y posterior se advierte un espesor de unos 340 mts.).
La aproximación propuesta por Goff (1975) de la velocidad de propagación V en función de la velocidad máxima observada en perpendicular al frente U, dada por
El caso del día 16 de septiembre de 1995 presenta unas características diferentes al caso anterior. La descarga de aire fue igualmente intesa pero mucho más localizada. Se trató de un macroreventón que afectó a la zona del parque natural de la Albufera de Alcúdia-Muro. Se registró granizo de un tamaño considerable (superior a los 5 centímetros de diámetro) que llegó a cubrir el suelo durante varias horas (en las paredes a barlovento, el nivel alcanzó más de 40 centímetros). El estudio de campo pudo advertir una distribución difluyente de los desperfectos dentro del parque y el área más afectada se situó hacia el SE. Aunque se formó un microfrente, éste se desplazó con vientos muy inferiores y fue visto por el autor a más de 30 kilómetros de distancia como un frente nuboso cuya base se propagaba por debajo de los 400 metros. No hubo que lamentar víctimas pero los daños fueron cuantiosos debido al efecto combinado de viento fuerte y granizo.
En este caso, ningún observatorio registró claramente el paso del frente dada la extensión reducida del reventón. No se ha podido inferir nada en cuanto a velocidades de propagación y sólo se dispone de las mediciones de campo. El sondeo ofrece una CAPE muy elevada y una helicidad apreciable (133 m²/s²), de forma que según Wakimoto (1985), daría una velocidad máxima en el reventón del orden de los 50 m/s. muy superior a la estimada en el trabajo de campo. A "su favor" podría decirse que en la Albufera, los materiales removibles son muy homogéneos y que extructuras más resistentes no pudieron verse afectadas en el interior del parque natural por carecer de ellas. La helicidad absoluta está en el umbral inferior para permitir la existencia de mesociclón (Davies-Jones R.y D. Burgess(1990)).
5. Tornados
Se han contabilizado 13 tornados en Baleares de los que, 11 corresponden a Mallorca y ninguno a Ibiza. En una misma situación se produjeron tres y, en las demás ocasiones, sólo uno. A excepción del de Ferreries-Ciutadella, todos fueron de intensidad débil (F0 o F1). Algunos debieron manifestarse como trombas marinas antes de tocar tierra. En la tabla 1 se presentan algunas características de aquellos que no han sido catalogados como gustnados.
Si se atiende al área de las Islas, la presencia tornádica resulta muy elevada, comparable en número a la de algunas regiones de Estados Unidos. Bien es verdad que los tornados débiles, especialmente los F0, pueden pasar desapercibidos en regiones poco pobladas y que, en nuestra región altamente poblada, es difícil que no se tenga constancia. Sin embargo, la hora de "aparición" tiene una marcada tendencia a ser diurna, por lo que algunas trombas marinas que rocen la costa o "tornados tolvanera" (gustnado) pasan normalmente desapercibidos fuera de las horas de luz.
La velocidad máxima ha sido prevista a partir del sondeo por Snow y Pauley (1984)
como Vmáx. = (CAPE)1/2 (velocidad termodinámica límite). Esta expresión ha sido usada por Wakimoto (1985) en microreventones con buen ajuste con las mediciones que presenta. Sin embargo, las aportaciones de H. Bluestein et al. (1993) y las experimentaciones númericas de B. Fiendler (1993) encuentran serias discrepancias.
| Tornado |
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Velocidad estimada
(Km/h)/ escala Fujita |
Lon
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| Palma Nova- Magalluf |
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| Montuïri-Algaida- Sant Joan |
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| Petra-Ariany |
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| Camp de Mar / Santa Ponça-Valldurgent / s'Estremera |
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12 4.5 |
| Sencelles-Costitx |
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| Ferreries-Ciutadella |
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| S'Alqueria Blanca- Calonge |
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En los casos que se estudian aquí, la velocidad termodinámica límite se ha ajustado relativamente bien. Normalmente por defecto respecto de las estimaciones de campo (ver tabla 1). Una posible explicación radicaría en la "proximidad del sondeo" señalada anteriormente, que pudiera haber sido lanzado en un momento en el que la CAPE no fuera significtivamente alta y se estuviera advectando en un momento posterior. El caso más llamativo se presenta en el tornado de Ferreries- Ciutadella donde, probablemente, la masa de aire a tener en cuenta fuera otra, especialmente en los niveles inferiores de la troposfera. Sólo en dos casos, el tornado de Ferreries-Ciutadella y en el de Algaida-Montuïri-Sant Joan los valores superaron este umbral. Estas consideraciones deben tenerse en cuenta a la hora de disponer de un sondeo para su análisis. El programa de análisis de un sondeo termodinámico debería ser interactivo y disponder la posibilidad de modificar su estructura bajo la hipótesis de un probable cambio de masa de aire.
La mayoría de los mesociclones se forman en un ambiente con una helicidad relativa a la tormenta es superior a 150 m2/s-2 (ver R. Davis-Jones y D. Burgess (1990)). Los valores que se han encontrado en los tornados de Baleares distan mucho de ser comparables. En la figura 7 se presentan los valores de helicidad (NO relativa a la tormenta) junto con las CAPE.
La asunción de ésta podría obtenerse de la traza de la precipitación (dirección del movimiento) o de las descargas eléctricas a tierra (direcció y velocidad del desplazamiento). Sin embargo, ésta última adolece de no pocas dificultades de identificación, especialmente cuando la tormenta no es un núcleo aislado. A pesar de ello, introduciendo estos valores aproximativos y dando un valor orientativo o estimado de 12 kt. a la velocidad, los valores de la helicidad relativa no aportan, en nuestra base de datos, valores significativos. Probablemente debido a que lo que se mide es la capacidad rotacional de la tormenta (posible existencia de mesociclón) y porque, los tornados de estudio pueden ser, en su mayoría, landspouts. Esto es, tornados con las características propias de las trombas, que pueden formarse en ambientes mucho más benignos.
Dado que el área barrida por la hodógrafa (-dos veces) representa la helicidad, una modificación de aquella puede alterar el valor de ésta. De este modo, la topografía puede forzar la presencia de una helicidad significativa y, por tanto, algunas regiones pueden verse afectadas por una potencialidad tornádica mayor en fución de la orografía del entorno. Esta consideración ha sido puesta de manifiesto en algunos estudios con una presencia de tornados semejante a la nuestra (ver, p. ej. J. E. Hales Jr. (1993), Doswell C. A. y otros (1990)).
Reconocer la presencia de una supercélula como la inductora de algún tornado no ha podido realizarse. Sin embargo algunas trazas se ajustan, en algunos casos, al modelo de supercélula, especialmente a las que han tenido una precipitación destacable. Las figuras 8 y 9, muestran dos casos en los que el tornado estuvo ubicado en la región adecuada (a la derecha y atrás). A pesar de ello, los valores de la helicidad no ha sido relevantes al introducir la dirección deducida de la máxima precipitación (o rayos) y otorgar un viento de 12 kts. (estimado).
Conclusiones
La inexistencia de radar en Baleares ha sido un handicap a la hora de verificar la existencia de mesociclón o para el conocimiento de la velocidad de las tormentas y, por ende, de la helicidad relativa. Los registros colaterales no han sido suficientemente útiles. La energía potencial convectiva disponible ha sido, en buena parte de los casos de tornado, una buena herramienta de cotejo con los datos aportados por los estudios de campo. La base de datos debe ser ampliada para disponer de elementos suficientes para inferir modelos adecuados de comportamiento de la severidad en nuestra región. Se advierte que la presencia de tornados en nuestra región es apreciablemente notable y que su estudio debe ampliarse.
Teniendo en cuenta que los frentes de racha y reventones afectan a un área de mayores dimensiones que los tornados y que su frecuencia debe ser mayor que la detectada y expuesta aquí, la ubicación de los rádares doppler no permite su uso cuando ya se han formado. Su espesor es del orden (o inferior) a la altitud del rádar.
Parece importante destacar que la mayoría de aeropuertos en cuanto a tráfico se hallan en las proximidades de la costa mediterránea y que, durante el final de verano y otoño, los avisos de fenómenos severos asociados a tormentas pueden ser fundamentales en todos los movimientos de aeronaves. Además, la proximidad a las grandes ciudades a las que sirven, recomendaría un rádar específico para esta tarea (Doswell C.A.(1996).
Referencias
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Brooks H. E. y C. A. Doswell III (1994). On the environments of tornadic and nontornadic mesocyclones. Weather and Forcasting 9, 606-618.
Bluestein H. B. , James G. LaDue y otros (1993). Doppler-Radar measurements of maximum wind speed in tornadoes: a comparison with the thermodynamic speed limit. 17th Conference on Severe Local Storms.St. Louis, Missouri Ame. Met. Soc.
Clerghorn G. 1751. An essay on the epidemical diseases in Minorca. Londres.
Davies-Jones R. y D. Burgess (1990). Test of helicity as a tornado forecast parameter. 16th Conference on severe local storms, Kananaskis Park, Alberta, Canada. American Met. Soc., 588-592.
Doswell C. A,(1996). Comunicación personal.
Doswell C. A. , A. R. Moller y R. Przybylinski (1990). A unified set of conceptual models for variations on the superdell theme.16th Conference on severe local storms, Kananaskis Park, Alberta, Canada. American Met. Soc., 588-592.
Fiendler B. (1993). A gross violation of the thermodinamic speed limit in a numerical simulation of a tornado vortex. 17th Conference on Severe Local Storms. St. Louis, Missouri. Am. Met. Soc.
Gayá, M. y A. Soliño (1992). Caps de fibló (trombas y tornados). Unas observaciones recientes. III Simposio de predición. INM. Madrid. Diciembre 1992.
Hales, J. E. (1993). Topographically induced helicity enhancement and its role in the Los Angeles Basin tornado maximum. 17th Conference on Severe Local Storms. St. Louis, Missouri. Am. Met. Soc.
Lilly, D.K. (1986). The structure, energetics, and propagation of rotating convective storms. Part II: Helicity and storm stabilization. J. Atmos. Sci. 43 126-140.
Soliño A. y Gayà M. (1992). La escala Fujita. Medida indirecta de velocidad en tornados: descripción y utilización en el reconocimiente de campo.III Simposio de predición. INM. Madrid. Diciembre 1992.
Vila P. 1923. Le climat de Minorque. París (?).
Wakimoto R. M. (1982). The life cycle of thunderstorm gust fronts as viewed with doppler radar and rawinsonde data. Mon. Wea. Rev. 110, 1060-1082.
Wakimoto R. M. (1985). Forecasting dry microburst activity over theHigh Plains. Monthly Wea. Rev. 113, 1131-1143.
Agradecimientos
Se desea agradecer, muy especialmente, a todas las personas que nos han permitido reconstruir los acontecimientos cuando hemos realizado las mediciones de campo. Igualmente, deseamos reconocer los numerosos avisos que nos han facilitado las diferentes oficinas del I.N.M, especialmente del C.M.T. de Baleares, y muy concretamente a A. Carreres y S. Oliver de la O.M.A. de Menorca, L. Sánchez y J.V. Gayá de la O.M.A. de Palma y a A. Genovard y J. Bosch del GPV. A J.A. Guijarro y a M.A. Heredia por sus constantes apoyos en temas informáticos y en el uso de herramientas McIdas. A E. Tudurí por la ayuda prestada en la obtención de la información de los radiosondeos. A A. Jansá por su estímulo en el estudio sobre el tema de tornados. A Climent Ramis, de la Universitat de les Illes Balears, y a Charles Doswell III por sus comentarios que nos ha permitido iluminar con su experiencia un tema todavía desconocido en España.