Figura 1. Anßlisis de la situaci≤n del dφa 24/May/93 a las 12 z: a) y b) Anßlisi objetivo del LAM-INM. c) Viento y Lφneas de corrientes en superficie. d) Principales elementos seg·n imßgenes de satΘlite.
Durante el dφa 24 de Mayo de 1993 una parte de la penφnsula IbΘrica se vio afectada por cierta actividad convectiva. Un conjunto de tormentas lleg≤ a organizarse en una estructura lineal afectando, en su momento de mßxima actividad, a la provincia de Guadalajara. Una de las cΘlulas que conformaban el sistema gener≤ un tornado que sacudi≤ a la ciudad de Sigⁿenza entre las 19:30-19:40 UTC. En este trabajo se van a analizar los datos disponibles de teledetecci≤n (satΘlite, radar y rayos) y el papel tan importante que desempe±an en este tipo de acontecimientos. Se estudiarß la utilidad de los modelos conceptuales asociados a los fen≤menos convectivos, su potencial uso para la comprensi≤n de los procesos observados y la necesidad de ser adaptados a los entornos operativos de trabajo en funci≤n de las caracterφsticas de las herramientas empleadas.
La predicci≤n y aparici≤n de la convecci≤n, tipo y fen≤menos asociados, no es un hecho aislado ni en el espacio ni en el tiempo sino mßs bien el resultado de un conjunto de procesos que en cascada se dan en la atm≤sfera, que van desde la propia escala sin≤ptica a la microescala, pasando por la mesoescala. Cada uno de estos procesos deben ser evaluados por los predictores mediante la utilizaci≤n del concepto de ingredientes (Doswell, 1995) que llevan a escena a un determinado tipo de fen≤meno convectivo y son opuestos al desarrollo de otros (asφ, las tormentas eficientes se desarrollan en entornos opuestos a las de tipo severo). Este mismo concepto se puede aplicar a otro tipo de fenomenologφa (lluvias intensas, nevadas, vientos fuertes,etc).
Vamos a ver c≤mo se pueden poner en prßctica las anteriores ideas junto con los modelos conceptuales y teorφas fφsicas bßsicas asociadas a la convecci≤n, tomando como referencia este caso de estudio. En este trabajo vamos a presentar, muy brevemente, las caracterφsticas del tornado, el entorno sin≤ptico y mesoescalar en que se desarrollaron los acontecimientos tomando como base los datos de 12 z (7:30 horas antes del tornado) , para pasar, y prestar la mßxima atenci≤n, al anßlisis de los datos de teledetecci≤n con objeto de estudiar la estructura de las cΘlulas convectivas, tanto en la fase previa a la generaci≤n del tornado como en la fase en la que afect≤ a Sigⁿenza. La relativa cercanφa del sistema convectivo que gener≤ el tornado al radar de Madrid y la disponibilidad de datos volumΘtricos de este sensor, hacen de este caso uno de los primeros que se pueda estudiar con ciertos detalles significativos. Un trabajo mßs amplio se puede encontrar en las referencias bibliogrßficas (Martφn, 1995b).
A ·ltimas horas de la tarde del dφa 24 de Mayo de 1993, un tornado afect≤ a la ciudad de Sigⁿenza. Seg·n informaciones de campo, tomadas por Miguel Gayß (comunicaci≤n personal) el tornado tuvo lugar entre las 19:30 y 19:40 UTC (21:30 y 21:40 hora local), siendo del tipo F1 seg·n escala de Fujita, con un pico de viento mßximo estimado que pudo alcanzar los 170 Km/h, por lo que corresponderφa a un tornado de tipo dΘbil (Fujita, 1973). Su movimiento fue de SSW hacia el NNE, prßcticamente rectilφneo. Las dimensiones de las zonas da±adas abarcaron no menos de 250 m de dißmetro y a lo largo de un corredor de 2-3 Km. El terreno rocoso de las zonas que rodean a la ciudad no permiti≤ obtener otra informaci≤n complementaria muy fiable.
El ambiente sin≤ptico previo estuvo caracterizado por una situaci≤n de bloqueo que se mantuvo durante varios dφas bajo el influjo de un potente anticicl≤n que se situ≤ sobre el Mediterrßneo, soportado en niveles altos por una potente dorsal orientada de norte a sur y ubicada en la parte mßs occidental de dicho mar. Al NW de Galicia aparecφa una depresi≤n que quedaba bloqueada en su movimiento por el anterior sistema, Figura 1.
Figura 1. Anßlisis de la situaci≤n del dφa 24/May/93 a las 12 z: a) y b)
Anßlisi objetivo del LAM-INM. c) Viento y Lφneas de corrientes en superficie.
d) Principales elementos seg·n imßgenes de satΘlite.
Como consecuencia de este efecto de bloqueo, aparecieron varios elementos significativos sobre la penφnsula: un fuerte contraste tΘrmico en niveles bajos (850 y 1000 mbs) y orientado de norte a sur, una advecci≤n cßlida en la parte oriental de dicha frontera, una zona de mφnimos de estabilidad potencial, que en forma de lengua muy definida, afectando a toda la parte oriental de dicha discontinuidad tΘrmica, dΘbil o nulo forzamiento dinßmico en niveles medios- altos, cizalladura vertical del viento significativa (vientos del S o SE en niveles bajos de 15-20 Kt que pasar a SSW de 55-60 Kt en niveles superiores). Una lφnea de cambio de viento se puede dibujar atravesando la penφnsula de Norte a Sur con una inflexi≤n en la zona Centro que era concordante con los sistemas de alta y baja mesoescalares en dicha zona y con el aumento del gradiente del campo de la THW en superficie (resultados obtenidos del anßlisis objetivo mesoescalar de superficie y no mostrados aquφ).
La Figura 2 nos muestra los sondeos de dos puntos ubicados en la parte occidental (Madrid) y oriental (Zaragoza) de dicha frontera y que nos ponen de manifiesto la diferencia de masas de aire que existe a ambos lados de la frontera (temperatura y , sobre todo , humedad en la vertical) asφ como la cizalladura vertical del viento. Observar la estructura de "cebolla" que presenta el sondeo de Zaragoza debido a la existencia de una capa seca en niveles bajos mientras que el de Madrid delata la presencia de una capa seca en niveles medios-altos que va a sobrevolar las zonas potencialmente mßs inestables.
Figura 2. Sondeos de Madrid y Zaragoza a las 12 z.
Los modelos numΘricos operativos nos suministran el marco general donde se pueden desarrollar ciertos fen≤menos convectivos. Otros elementos mßs sutiles que suelen controlar la convecci≤n no estßn reflejados en las salidas numΘricas operativas con el grado de precisi≤n espacial y temporal deseado de forma que para varias situaciones similares, seg·n los modelos numΘricos, las predicciones, y los fen≤menos meteorol≤gicos correspondientes, suelen ser muy distintas y dispares.
Analizando las imßgenes de satΘlite podφamos observar la presencia de una vaguada m≤vil en altura (imßgenes de WV e IR) que atravesaba la penφnsula en las horas diurnas. Estaba caracterizada por la estructura tφpica y reconocible, con una zona oscura (WV) en su borde trasero, asociada a una entrada relativamente seca en niveles medios-altos. Esta perturbaci≤n no estuvo reflejada en las salidas numΘricas del LAM de niveles altos (ni previstos, ni en los anßlisis objetivos mßs cercano, 12 z del dφa 24 y operativos en aquellos dφas). El panel inferior derecho de la Figura 1 trata de presentar "una imagen compuesta" de los principales elementos sobre la penφnsula. OA denota la onda en altura a la que se hizo alusi≤n con anterioridad
Por otra parte la actividad tormentosa ya existφa antes del medio dφa. Estas tormentas se caracterizaron por la presencia an≤mala de mßs rayos positivos que negativos. Todos ellos estaban asociados a cΘlulas convectivas en sus primeras fases de desarrollo. Ademßs estas estructuras tormentosas estuvieron sobrevoladas por la vaguada en altura, y en particular, coincidiendo con el momento del comienzo de la actividad convectiva por la zona relativamente mßs oscura.
El radar de Madrid fue un elemento clave para detectar, seguir y evaluar el grado de intensidad y organizaci≤n de la convecci≤n. Recordar brevemente que es un radar de banda C (con una longitud de onda aproximada de 5 cm). La anchura del haz es de 0.96║ y su elevaci≤n mßs baja es de 0.5║, tanto en modo Normal como modo Doppler y situado al sur de la provincia de Madrid. Hay que resaltar que la zona donde ocurrieron los acontecimientos, respecto al radar, es un ßrea donde el efecto de los ecos de tierra no es muy marcado. Tampoco lo es en cuanto al apantallamiento por obstßculos orogrßficos, por lo que la cobertura del sistema es relativamente buena. Vamos a pasar a analizar dichos datos.
En este ambiente de inestabilidad, y utilizando como referencia las imßgenes del Zmaxhor/Zmaxver (la llamaremos ZMAX de ahora en adelante) recomendadas en la vigilancia regional, el radar de Madrid comenz≤ a detectar cΘlulas intensas pero aisladas sin una organizaci≤n definida en sus estructuras verticales, todas ellas al Este de la cobertura radar. Entre las 17:40-17:50 z, tanto el ZMAX y el Echotop muestran la incipiente existencia de ecos organizados en tres lφneas paralelas entre sφ y orientadas de NNE a SSW, muy pr≤ximas al radar.
Sobre la lφnea central y a las 18:20 z, Figura 3, comenzaron a desarrollarse n·cleos convectivos muy intensos caracterizados por valores muy altos de reflectividad en niveles medios (50 dBZ a mßs de 5 Km de altura sobre las 18:20 a las 18:30 z), elevados echotops (del orden de 13 Km) y mostraron cierto grado de organizaci≤n.
Figura 3. Zmax hor/ver del radar de Madrid a las 18:20 z.
Las primeras se±ales potenciales de severidad han aparecido en niveles altos: la convecci≤n es muy profunda e intensa.
A partir de estos momentos los acontecimientos se suceden de forma explosiva,
desde las 18:30 z a las 19 z, presentando las siguientes caracterφsticas:
-Las imßgenes IR muestran un crecimiento muy rßpido y continuado de las ßreas
nubosas ligadas a los topes mßs frφos, Figura 4. La estructura en "V" se
adivina en los momentos en que comienza a tener unas dimensiones apreciables.
-Mediante el radar es posible identificar claramente 4 o 5 n·cleos a lo largo
de la estructura lineal
Figura 4. Evoluci≤n de los topes frios seg·n datos IR e imagen de las 19:30 z.
El interΘs deberφa recaer en detectar su grado de organizaci≤n y la existencia o no de estructuras de tipo severo (multicΘlulas, supercΘlulas,etc), teniendo en cuenta sus modelos conceptuales ligados a la convecci≤n vistas por radar.
A las 18:40 z, el sistema ya tenφa unas dimensiones claramente superiores a la de una simple tormenta. A esta hora las dimensiones del sistema, utilizando las se±ales radar, eran del orden de 10-30 Km en la direcci≤n W-E, de 120-150 Km en direcci≤n NNE-SSW y se detectaban echotops del orden de 13 Km. Se habφa formado y organizado en un Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM, de aquφ en adelante) en forma de lφnea de turbonada, con un desplazamiento hacia el NNE. La zona ligada a la precipitaci≤n estratiforme tambiΘn muestra una expansi≤n en dicha direcci≤n. Los topes de las nubes mßs frφos se expanden con rapidez (dando lugar a la tφpica estructura en "V", ya mencionada), los rayos positivos asociados llegaron a superar incluso a los negativos en ciertos momentos, aunque en tΘrminos absolutos el n·mero total de rayos fue muy bajo.
El hecho de organizarse en lφnea de turbonada nos debe hacer pensar en que existan estructuras de tipo multicelular embebidas en el sistema. Este es el siguiente paso que debemos de confirmar.
La organizaci≤n de la convecci≤n en estructuras de tama±o superior a una simple tormenta es un elemento importante a la hora de poder producir fen≤menos significativos en superficie. Es el radar, en estos momentos, la herramienta fundamental para conocer la estructura tridimensional de las cΘlulas y, por ello, nos puede ayudar a reconocer ciertos elementos trazadores e indicadores de posible severidad.
Volviendo a nuestro caso, los valores mßs intensos de reflectividad se observan en niveles medios de la troposfera en todas las cΘlulas como consecuencia de las fuertes corrientes ascendentes que las generan y soportan (>50 dBZ, primer ingrediente de la convecci≤n severa: fuertes corrientes ascendentes). Estas tambiΘn repercuten en los echotops, que eran mßs elevados que el resto de las cΘlulas de alrededor. Estos "murallones" de altas e intensa reflectividad se comportan como verdaderos obstßculos para la se±al del radar generando una zona de sombras detrßs de ellos y seg·n la radial que los une con el radar (el de Madrid es de banda C y por tanto sensible a los procesos de absorci≤n a los fen≤menos convectivos). Estos detalles se pueden ver en el ZMAX de las 19 z, Figura 5. Se ha amplificado el detalle de la lφnea para ponerlo mßs claramente de manifiesto. La zona ligada a la regi≤n de posible lluvia de tipo estratiforme se ve reducida seg·n la radial que une al radar con las distintas cΘlulas-obstßculos.
Figura 5. Detalle del SCM a las 19 z seg·n radar de Madrid: Zmax hor y corte
especφfico.
Un signo de la posible organizaci≤n en cΘlula de tipo severo radica en detectar los posibles elementos que las caracterizan mediante el uso de los modelos conceptuales disponibles: zona balconada, regi≤n de eco dΘbil, fuerte gradiente de reflectividad en niveles bajos, presencia o no de un mesocicl≤n, etc. Para mayor detalle de estos elementos, ver bibliografφa (Lemon,1980; Martφn, 1995a y b).
Aunque el ZMAX es una imagen de vigilancia bastante completa, en ciertos momentos y situaciones es preciso realizar cortes especφficos determinados con objeto de buscar se±ales de una mayor organizaci≤n: regi≤n balconada, regi≤n de eco dΘbil, estructuras en forma de ganchos,etc. La forma recomendada de hacerlo es aquella que tenga en cuenta la direcci≤n de alimentaci≤n de niveles bajos y el flujo de niveles medios-altos. Esto es lo que se ha hecho en la Figura 5, en la que se aprecian parte de los elementos enunciados con anterioridad: zona balconada, echotops elevados, fuertes gradientes de reflectividad, inclinaci≤n vertical de los mßximos de reflectividad en diferentes niveles.
Desgraciadamente parte de otras estructuras tienen unas dimensiones tan peque±as, respecto a la resoluci≤n operativa del radar que no son fßcilmente detectables por nuestro sistema, agudizados por las particularidades especφficas del tratamiento y presentaci≤n de datos: interpolaci≤n de los datos volumΘtricos a un sistema cartesiano de referencia, distancia y tama±o de la traza o estructura a detectar respecto al radar, procesos de absorci≤n de la se±al,etc. Este es el caso de la posible regi≤n de eco dΘbil acotado, ganchos verticales y horizontales,etc.
Todo lo anterior nos lleva a la necesidad de la adaptaci≤n de los modelos conceptuales a los sistemas de teledetecci≤n operativos. En nuestro caso serß difφcil de llegar a ver ciertos elementos de peque±a escala caracterφsticos de las tormentas severas, sin embargo deberßn dejar alguna traza o indicio de su existencia. Como ejemplo de ello es la figura adjunta, Figura 6 a y b, donde se muestra c≤mo una estructura multicelular (o posiblemente supercelular) es presentada por el sistema radar de Madrid del INM. Como podemos observar existen cierta similitudes entre el modelo ideal, Figura 6b, y la estructura que en un momento determinado detecta y presenta nuestro sistema. Quedan reflejados los valores muy intensos y elevados de reflectividad, altos echotops, inclinaci≤n de la cΘlula seg·n el viento rector de niveles medios, la presencia de ciertas se±ales ligadas a la zona balconada. Por contra otras estructuras serßn difφciles de ver: regi≤n de eco dΘbil , estructuras en ganchos en la vertical,etc. Respecto a la inclinaci≤n de la estructura artificial radar hay que se±alar que nuestros sistemas exploran de arriba a abajo de tal forma que la se±al que procese de niveles superiores puede estar tomada dos o tres minutos antes de que se realice el PPI mßs bajo. Si las estructuras se desplazaban hacia el NNE o NE, esto implica que la parte inferior se debi≤ "mover" en tal direcci≤n despuΘs que se tomarßn los datos de niveles medios-altos de forma que en realidad la inclinaci≤n real de la cΘlula debi≤ de ser mayor que la que presentaba el sistema radar en la hora nominal dada.
Figura 6. a)Lφnea de turbonada y dealles de la cΘlula severa a las 19 z.
b)Necesidad de adaptaci≤n de los modelos conceptuales.
Del estudio detallado de las cΘlulas que formaban parte del SCM, se puede deducir que todas ellas presentaban unas caracterφsticas muy comunes, ya enunciadas con anterioridad; al menos, todas eran de tipo multicelular y potencialmente severas, hecho ya de por si importante. La posibilidad de caracterizar las cΘlulas de tipo supercelular no fue posible por los problemas de resoluci≤n enunciados con anterioridad, pero ademßs serφa necesario encontrar el elemento que las caracteriza: la presencia de un mesocicl≤n en niveles medios. Desgraciadamente la no disponibilidad de vol·menes Doppler nos impide la detecci≤n de alguna se±al asociada a la posible existencia de dicho elemento dentro de las cΘlulas, siempre y cuando dispongamos de dicho vol·menes y el sistema a analizar caiga dentro de la cobertura adecuada.
En la Figura 7, podemos ver como evolucion≤ el sistema hasta las 19:30 z, momentos antes del tornado en Sigⁿenza. Sabemos que es en la fase disipaci≤n, se produce el colapso de alguna de las estructuras multicelulares, cuando el tiempo severo se puede manifestar con toda virulencia en superficie, y en particular la presencia de tornados. Asφ ocurri≤. Sobre las 19:30 z, la cΘlula situada en el flanco mßs al sur y una de las que se habφa mostrado con mßs actividad en el radar, se encontraba cerca de Sigⁿenza. Podemos ver como evolucionaron ciertos elementos significativos: desaparece su organizaci≤n en la vertical, los valores elevados de reflectividad pierden altura y se desploman hacia el suelo. Estos hechos ocurrieron minutos antes de que el tornado apareciera en superficie. Hoy en dφa no podemos anticiparnos, con seguridad suficiente, a esta fase. De nuevo podrφa ser el radar Doppler el que nos pudiera dar alguna se±al de que la estructura mesocicl≤nica perdiera altura, momentos antes de que el tornado se forme en superficie si se tratara de una estructura supercelular.
Figura 7. Colapso de la cΘlula asociada al tornado. Datos de las 19:30 z.
Llama la atenci≤n que mucho antes de la aparici≤n del tornado, el n·mero de rayos positivos fue anormalmente alto respecto a los negativos, muy escasos por cierto. Momentos antes de la aparici≤n del tornado la actividad de rayos decay≤ notoriamente y posteriormente volvi≤ a aparecer con una supremacφa de los negativos sobre los positivos. Para una posible explicaci≤n de estos hechos ver referencias especφficas (MacGorman y otros, 1989, Richard P., 1992, Martφn,1995b).
La predicci≤n a muy corto plazo de la convecci≤n es uno de los mayores retos con los que se enfrentan en la actualidad los predictores. Los modelos numΘricos pueden ofrecernos ciertas ayudas a la hora de simular y manejar los ambientes pre-convectivos en los que se puede formar la convecci≤n. Desgraciadamente esos fen≤menos esta ligados fuertemente a los procesos que ocurren en la capa limite planetaria y son los que peor estßn reproducidos por los modelos numΘricos. Por otra parte, variaciones de 1 ≤ 2 grados en el campo tΘrmico de niveles medios pueden suponer la existencia o no de la inestabilidad suficiente para el desarrollo de la convecci≤n. Elementos como la cizalladura vertical del viento y la estructura vertical de la humedad nos podrφan servir como elementos definitorios del tipo de convecci≤n que se puede desarrollar. Mientras que el primer parßmetro suele estar bien reproducido por los modelos, la humedad es mßs escurridiza.
Por estos motivos los datos de teledetecci≤n son fundamentales para la anticipaci≤n, seguimiento y caracterizaci≤n de la convecci≤n cuando esperemos que se vaya a desarrollar. En este trabajo se ha descrito el papel de cada uno en las diferentes fases del desarrollo de la convecci≤n: ambientes pre- convectivo y durante su desarrollo.
Es especialmente significativo el papel de las imßgenes de vapor de agua a la hora de evaluar cualitativamente el entorno donde se van a desarrollar las tormentas: ambiente relativamente seco en niveles medios-altos y el aumento de inestabilidad como consecuencia de la entrada de aire con baja temperatura potencial sobre zonas donde el calentamiento diurno es muy significativo.
Se ha enfatizado el papel de los modelos conceptuales a la hora de poder interpretar la gran cantidad de datos con los que tiene que trabajar el predictor, en particular cuando la convecci≤n comienza a desarrollarse mediante el reconocimiento de cierto grado de organizaci≤n tanto a nivel meso-alfa (SCM) y meso-beta o menor (estructura tridimensional de las tormentas de tipo multicelular o supercelular). Es fundamental la necesidad de que, en ciertos casos, estos modelos ideales deben de ser adaptados a las herramientas operativas que dispongamos, como ha sido el caso de las estructuras severas observadas por el radar.
Se ha recalcado varios hechos fundamentales que pueden repercutir en de las labores diarias como conclusiones operativas:
-El tipo de convecci≤n que se puede producir va a depender de un conjunto de elementos que act·an en diferentes escalas y que se acoplan de tal forma que tales ingredientes van a favorecer la aparici≤n de unos y entorpecer la de otros.
-Los modelos conceptuales y las teorφas bßsicas ligadas a la convecci≤n son muy ·tiles para comprender los fen≤menos que tiene lugar en la atm≤sfera.
-La importancia de ciertas herramientas de uso diario (modelos numΘricos, datos de teledetecci≤n,etc) en las labores de predicci≤n y seguimiento de ciertos fen≤menos dependen de la fase en que nos encontremos con relaci≤n a dicho fen≤meno: su predicci≤n, detecci≤n, seguimiento, evaluaci≤n de su impacto social,etc. Este caso nos pone de manifiesto cual podφa haber sido el peso de cada uno de las herramientas hoy en dφa disponibles, en las distintas fases del desarrollo de la convecci≤n.
No hay que olvidar que este tipo de situaciones no se presentan, a un mismo predictor, con mucha frecuencia en su vida operativa, de forma que el grado o agilidad subjetiva de poner todos los elementos del puzzle en concordancia para explicar y evaluar lo que ocurre en la atm≤sfera es una tarea que puede resultar difφcil. Ademßs, y teniendo en cuenta que el espectro de los fen≤menos convectivos es uno de los mayores que existen en la atm≤sfera, es necesario objetivizar estos procesos: normalizaci≤n de mΘtodos y toma de decisiones, el reconocimiento objetivo de estructuras, la evaluaci≤n objetiva de ciertas trazas del severidad, etc,. Este es uno de los retos que se le presenta a la comunidad meteorol≤gica en los a±os venideros.
-Fujita , T. T., 1973: Tornadoes around the World. Weatherwise 26, 56-62, 78- 83.
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-Martφn F. y Riosalido R., 1995a: Modelos conceptuales de tormentas visto por radar. M≤dulos de ense±anza asistida por ordenador (TEMPO) . STAP. INM
-Martφn F, De Estebßn L y Riosalido R., 1995b: Estudio del Tornado de Sigⁿenza. Anßlisis de los ingredientes para la formaci≤n de tormentas severas. Nota TΘcnica del S.T.A.P. N║. 24, Madrid, INM.
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