Figura 1: Imagen en IR de las 12:00Z del 8/Oct/1992 realzada a intervalos de 4║C desde -32║ y disminuyendo. Aparecen los SCM "B" (inferior) y "A" (superior) momentos antes de la fusi≤n.
Durante los dφas 8 y 9 de Octubre de 1992 se desarrollaron dos Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) que afectaron a distintas ßreas del Mediterrßneo espa±ol y francΘs. Sus mayores efectos se dejaron sentir en las Islas Baleares, Comunidad Valenciana y en menor medida en Catalu±a y regi≤n Murciana. En este trabajo se analizarßn, subjetiva y objetivamente, los datos proporcionados por el satΘlite Meteosat y los suministrados por la red de detecci≤n de rayos, en dicho perφodo, para obtener y comparar los ciclos de vida de dichos sistemas. Por ·ltimo se presentarßn algunas conclusiones operativas obtenidas a partir de la utilizaci≤n de estos datos en las labores de vigilancia y predicci≤n a muy corto plazo.
Cada oto±o se producen en el ßrea del Mediterrßneo Occidental fuertes precipitaciones que, en la mayorφa de los casos, estßn asociadas a Sistemas Convectivos de Mesoescala. La aparici≤n de estos fen≤menos estß fuertemente ligada al mar Mediterrßneo que act·a como fuente de calor y humedad. En este trabajo se estudia uno de estos episodios a travΘs de dos tipos de datos:
- Imßgenes IR del satΘlite Meteosat: se analizan cada media hora, desde que aparecen las primeras tormentas que dan lugar al SCM hasta que este se disipa totalmente, obteniΘndose series temporales de distintos parßmetros. En concreto para este estudio se utilizarßn: posici≤n de la zona mßs frφa del sistemas y ßreas nubosas bajo diferentes isotermas, desde -32║C y disminuyendo de 4 en 4 ║C (Figura 1). Es importante, a la hora de comparar estas series temporales con las obtenidas a partir de la red de rayos, tener en cuenta que el Meteosat barre la Penφnsula a las H+20 y H+50 que se corresponden con H+30 y H+00 en el horario de difusi≤n del Meteosat. Por ·ltimo se±alar que los datos son almacenados y procesados en el sistema SAIDAS (versi≤n espa±ola del McIdas: Man-computer Interactive Data Access System. Suomi. 1993).
- Red espa±ola de detecci≤n de rayos: se encuentra operativa desde 1992 y, en el momento de realizaci≤n de este trabajo, estaba formada por 14 sensores repartidos entre la Penφnsula y Baleares. Cada antena o sensor es capaz de discriminar, de entre todas las se±ales electromagnΘticas que les llegan, aquellas que proceden de los rayos nube-tierra. La informaci≤n es enviada a un ordenador localizado en la sede central del INM en Madrid, donde se concentran y procesan todos los datos. El alcance nominal de cada antena es de 370 Km (dentro de este radio se detectan el 90% de los rayos), a partir de esta distancia la eficacia decae hasta aproximadamente el 70% para un radio de 1110Km (alcance mßximo efectivo). La zona mejor cubierta por la red es el Mediterrßneo Occidental y NE de la Penφnsula. Cuando dos ≤ mßs antenas detectan un rayo el ordenador central es capaz de identificarlo y localizarlo, suministrando informaci≤n asociada a cada descarga disponible en el sistema SAIDAS en tiempo real. A partir de la informaci≤n disponible en este trabajo se han calculado series temporales (5, 10, 20, 30 y 60 minutos) de los siguientes parßmetros: n·mero de rayos, polaridad y localizaci≤n geogrßfica.
En lφneas generales la situaci≤n sin≤ptica se caracteriza a las 00Z del 8 de Octubre de 1992 por una DANA en niveles medios al SW de Espa±a. En superficie existe un centro poco profundo de bajas presiones en el norte de Argelia, originando fuertes gradientes de presi≤n y vientos del este sobre las costas espa±olas (Martφn et al., 1994).
Figura 1: Imagen en IR de las 12:00Z del 8/Oct/1992 realzada a intervalos de 4║C
desde -32║ y disminuyendo. Aparecen los SCM "B" (inferior) y "A" (superior)
momentos antes de la fusi≤n.
Figura 2: Rayos negativos y positivos localizados por la red espa±ola de detecci≤n
de rayos desde las 00:00Z del dφa 8 hasta las 12:00Z del dφa 9/Oct/92.
Durante las primeras horas del dφa 8 comienzan a desarrollarse dos SCM, el "A" al SW de la isla de Ibiza, que permanece estacionario durante varias horas, y el "B" frente a las costas de Almerφa, que se desplaza lentamente hacia el NE. El SCM caso de estudio es el primero, sistema que evolucion≤ en una zona de buena cobertura de la red de rayos, con un error en la localizaci≤n entre 2 y 4 Km. El satΘlite Meteosat comenz≤ a detectar las primeras tormentas a las 01:30Z del dφa 8, aunque el n·cleo convectivo que origin≤ el SCM "A" no apareci≤ hasta las 03:30Z. La mßxima extensi≤n del ßrea de -32║C fue de 154.000 Km2 a las 14:00Z del dφa 8, con una excentricidad de 0.8 (longitud del eje mayor 154 Km). La temperatura mφnima que alcanz≤ fue del orden de -62║C y la duraci≤n del episodio fue de 30 horas.
En la Figura 2 aparecen reflejados todos los rayos que se detectaron desde las 00:00Z del dφa 8 hasta las 12:00Z del dφa 9. La banda orientada de norte a sur corresponde a los rayos que produjeron los dos SCM, mientras que los que se aprecian en el SW de la Penφnsula estßn asociados a la convecci≤n que produjo el n·cleo frφo de la DANA localizada en esa zona. El n·mero total de rayos fue de 16.122 de los cuales el 91,64% fueron negativos.
Desde la Figura 3 hasta la 11 aparecen las rayos generados solamente por el sistema "A", cada tres horas, desde que apareci≤ frente a las costas de Levante hasta que se disip≤ al penetrar por el SE francΘs. En el recuadro situado en la esquina inferior izquierda de cada figura aparece la imagen en IR realzada de la hora inicial de cada intervalo.
Los primeros rayos (Figura 3) nos indican que es un n·cleo compacto y cuasiestacionario. En la imagen de satΘlite (03:00Z) a·n no se aprecia el n·cleo que dio lugar al sistema que apareci≤ media hora mas tarde. Su cima apenas alcanzaba los -49║C, sin embargo dos horas mas tarde, a las 05:30Z ya alcanzaba temperaturas del orden de -58║C. La actividad elΘctrica estß dominada por los negativos. Ambos tipos de rayos aparecen prßcticamente en la misma zona, ligados a la parte mas activa del sistema. A partir de las 06:00Z (Figura 4) se observa como el n·mero de rayos crece levemente, desplazßndose los positivos hacia la parte estratiforme. El SCM aparece ubicado en la misma zona que en las tres horas anteriores.
En el intervalo de 09:00 a 12:00Z (Figura 5) el crecimiento del n·mero de rayos es significativo. La traza de rayos negativos nos indica que la parte mßs activa del sistema se ha desplazado hacia Ibiza. Por otro lado los positivos presentan dos caracterφsticas importantes: un agrupamiento asociado a la zona convectiva, al sur de Ibiza, y que coincide con el mßximo de negativos y otro agrupamiento asociado a la zona estratiforme que se encuentra al W de la Isla. En las tres horas siguientes (Figura 6) el sistema contin·a su desplazamiento hacia el N. El n·mero de rayos se ha duplicado pero contin·a mostrando iguales caracterφsticas en su distribuci≤n. En este intervalo el sistema absorbe a otro SCM por el sur, realzßndose en la zona de uni≤n, como se ve claramente por el aumento de descargas al sur del sistema. En la imagen de satΘlite no se aprecia un realce ya que se produjo ligeramente despuΘs de las 12:00Z, hora a la que estß tomada la imagen. En la figura 7 (intervalo 15:00 a 18:00Z) el SCM "B" ha sido absorbido completamente por el "A", que aparece con una forma mßs circular y afectando ya a la parte mßs occidental de Mallorca. La actividad elΘctrica disminuye ligeramente.
Figura 3: Rayos: 03:00 a 06:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 03:00Z.
Figura 4: Rayos: 06:00 a 09:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 06:00Z.
Figura 5: Rayos: 09:00 a 12:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 09:00Z.
Figura 6: Rayos: 12:00 a 15:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 12:00Z.
Figura 7: Rayos: 15:00 a 18:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 15:00Z.
Figura 8: Rayos: 18:00 a 21:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 18:00Z.
En el intervalo desde 18:00 hasta 21:00Z (Figura 8) el sistema comienza a fraccionarse en dos n·cleos activos, uno afectando al norte de Mallorca y el otro, a·n no visible en la imagen de satΘlite, desplazßndose hacia la isla de Menorca donde producirφa un tornado. A partir de las 21:00Z (Figura 9) la actividad del sistema comienza a decaer y a perder organizaci≤n. Se observan varios n·cleos que parten del sistema principal y que evolucionan de forma distinta. Al W aparece claramente la parte a que afect≤ a la isla de Menorca y que produjo el tornado.
Figura 9: Rayos: 21:00 a 24:00Z (08/Oct/92).Imagen IR de las 21:00Z.
En la imagen de satΘlite se observan dos centros convectivos principales (el de la derecha solamente tiene asociada dos lφneas activas de rayos, una de ellas asociada al tornado), y uno mßs peque±o en el centro, que se desarrollarφa fuertemente en las tres horas siguientes (obsevar la gran la cantidad de rayos que tiene asociado).
Figura 10: Rayos: 00:00 a 03:00Z (09/Oct/92).Imagen IR de las 00:00Z.
Figura 11: Rayos: 03:00 a 06:00Z (09/Oct/92).Imagen IR de las 03:00Z.
En las primeras horas del dφa 9 (Figura 10) la actividad elΘctrica sigue disminuyendo, al igual que la organizaci≤n, y las divisiones se hacen mßs patentes. La parte de la derecha del sistema en la imagen de satΘlite no origin≤ rayos. Se aprecia claramente la relaci≤n de descargas positivas con las partes menos activas en cuanto a movimientos convectivos. En la imagen de satΘlite se observa c≤mo ha crecido el peque±o n·cleo que se mencionaba en el pßrrafo anterior. Finalmente en el perφodo de 03:00 a 06:00Z (Figura 11) el sistema ha perdido su organizaci≤n, las descartas negativas se han reducido considerablemente, aumentando la positivas asociadas a las ßreas menos frφas del sistema. Ambas zonas de rayos estßn completamente separadas. En las horas siguientes la actividad elΘctrica prßcticamente desaparece, tan s≤lo algunos se generan en la zona amplia no convectiva.
En la Tabla 1 se muestra la evoluci≤n cada tres hora del n·mero total y en tanto por ciento de rayos positivos y negativos, asφ como el total suma de las dos tipos de descargas. Como ya se habφa mencionado el apartado anterior, en esta tabla resumen es evidente por un lado la gran superioridad numΘrica de rayos negativos frente a los positivos y, por otro lado, el aumento de rayos positivos frente al n·mero total de rayos cuando empieza a decaer la actividad convectiva del sistema.
| Intervalos | Rayos + | Rayos - | Total -/+ | Rayos -% | Rayos +% |
| 03/06z | 303 | 7 | 310 | 98% | 2% |
| 06/09z | 381 | 38 | 419 | 91% | 9% |
| 09/12z | 1183 | 88 | 1271 | 93% | 7% |
| 12/15z | 2163 | 132 | 2295 | 94% | 6% |
| 15/18z | 1694 | 138 | 1832 | 92% | 8% |
| 18/21z | 2526 | 135 | 2661 | 95% | 5% |
| 21/24z | 1752 | 123 | 1875 | 93% | 7% |
| 00/03z | 885 | 145 | 1030 | 86% | 14% |
| 03/06z | 251 | 58 | 309 | 81% | 19% |
La Figura 12 representa la evoluci≤n de rayos negativos y de positivos frente al tiempo a intervalos de media hora. El ciclo de vida para los dos tipos de rayos es muy similar, salvo para las horas finales en las que se observa c≤mo el n·mero de positivos aumenta, mientras que el de rayos negativos disminuye claramente. En la Figura 13 se muestra el ciclo de vida del SCM "A" a travΘs de la evoluci≤n de las ßreas bajo diferentes isotermas observadas a travΘs de las imßgenes IR del Meteosat. La divisi≤n en tres partes que se ha hecho en las curvas de evoluci≤n, tanto en la Figura 12 como en la 13, se±alan las tres fases que caracterizan el ciclo de vida de un sistema convectivo:
- Desarrollo: la cantidad de rayos, positivos y negativos, aumentan a medida que la nube aumenta su desarrollo vertical y la estructura dipolar alcanza mayor relevancia. En esta fase se produce tambiΘn un aumento de todas las ßreas en general.
- Madurez: caracterizada por mßximos y mφnimos consecutivos en la evoluci≤n del n·mero de rayos, pero ya no existe una clara tendencia hacia el aumento como existφa en la fase anterior. Los aumentos se asocian a distintas reactivaciones del sistema, como la que se produce al superar el sistema la isla de Mallorca. Las ßreas que mas se asemejan a la evoluci≤n descrita parecen ser las que se corresponden con las temperaturas de -48 y -52║C.
- Disipaci≤n: disminuci≤n clara de rayos negativos, mientras que los positivos aumentan. La evoluci≤n de los rayos negativos se parece mßs a la curva asociada a temperaturas mßs frφas, mientras que los positivos parecen relacionarse mejor con las mßs cßlidas.
Figura 12.- Ciclo de vida elΘctrico del SCM "A": distribuci≤n de rayos negativos y
positivos a intervalos de 30 minutos. Debido a la gran cantidad de rayos negativos
frente a los positivos las escalas son distintas.
Figura 13.- Ciclo de vida a travΘs de las imßgenes de satΘlite:se calcula a partir
de la evoluci≤n de las ßreas bajo diferentes isotermas.
Los coeficientes de correlaci≤n entre los rayos positivos y negativos con respecto a las ßreas bajo todas las isotermas con las que hemos trabajado se muestran en la Figura 14. Se observa que los rayos negativos tienden a correlacionarse mejor con temperaturas mßs frφas mientras que los positivos es hacia las mßs cßlidas, sin embargo ambos tienen el mßximo para la temperatura de -48║C. Hay que se±alar que los rayos negativos no tienen porquΘ estar asociados a temperaturas muy frφas del orden de -56 ≤ -60║C ya que estas estßn fuertemente influidas por los overshooting que no tienen continuidad temporal, con mßximos y mφnimos aleatorios. Por otro lado serφa necesario ser capaces de separar los rayos positivos asociados a la zona convectiva de los asociados a la zona estratiforme, ya que los primeros podrφan estar mejor correlacionados con temperaturas mßs frφas mientras que los segundos lo estarφan con temperaturas mßs cßlidas.
Figura 14: Coeficientes de correlaci≤n entre las ßreas bajo diferentes isotermas
y el n·mero de rayos + y -.
Figura 15: Evoluci≤n temporal del n·mero de rayos + y -. Las curvas estßn
suavizadas con el procedimiento de media m≤vil de dos puntos y
normalizada con respecto al valor mßximo.
En la Figura 15 aparecen los ciclos de vida suavizados de los dos tipos de rayos, se observa c≤mo, para este caso, a un mßximo de rayos negativos le sigue un mßximo en el n·mero de rayos positivos. Esta caracterφstica se observaba tambiΘn en la inclinaci≤n de los mßximos hacia las ßreas mßs cßlidas en la Figura 13 (Θsta caracterφstica se repite tambiΘn en todos los SCM estudiados en el STAP a travΘs de imßgenes de satΘlite).
En cuanto a la distribuci≤n espacial de los rayos (Figura 16), el mßximo de negativos se sit·a en las zonas de mßxima actividad (observar el mßximo encima de Mallorca cuando el sistema se reactiva). TambiΘn se observa como los positivos tienen mßximos secundarios en las zonas donde el sistema se estß disipando (Catalu±a y sur de Francia). En la Figura 17 se aprecia como el centro de rayos negativos se encuentra muy cercano a los topes mßs frφos de la nube, mientras que los positivos se alejan, sobre todo en las horas finales.
Figura 16: Distribuci≤n espacial de los rayos en celdillas de 0.2 x 0.2 grados.
Figura 17: Trayectorias del centro de rayos + y - y del n·cleo frφo.
Es la primera vez que se hace en el INM un estudio comparado de los ciclos de vida elΘctrico y a travΘs de satΘlite por lo que las conclusiones que se exponen son provisionales:
1.- Los SCM son uno de los principales generadores de rayos en el ßrea del
Mediterrßneo.
2.- La frecuencia de los rayos negativos se correlaciona mejor con las ßreas
mßs frφas de un SCM, ambos asociados a las zonas de mßxima actividad convectiva
del sistema..
3.- La frecuencia de rayos positivos se correlaciona mejor con las ßreas mßs
cßlidas..
4.- Existe un desfase temporal entre los mßximos de rayos negativos y de
positivos, al igual que existe un desfase entre los mßximos de ßreas mas frφas
y mßs cßlidas..
5.- Las trayectorias del centro de rayos negativos y de los topes mßs frφos del
sistema son muy similares..
6.- La red de detecci≤n de rayos es una de las herramientas mßs potentes de las
que dispone el INM para la vigilancia de las SCM. Tiene la ventaja frente a las
imßgenes de satΘlite de que nos suministra informaci≤n continua y en tiempo
real de la evoluci≤n de los sistemas mientras que las imßgenes se reciben cada
media hora.
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