Cómo analizar la inestabilidad atmosférica (I)

Existen muchas maneras de expresar que la atmósfera se encuentra en un estado de inestabilidad. Por inestabilidad atmosférica podemos entender de manera intuitiva que existe la posibilidad de que se produzcan chubascos, tormentas u otros fenómenos adversos. Sin embargo, en ocasiones el aire puede presentarse en condiciones de formar nubes de gran desarrollo que al final no acaban por evolucionar hasta ese estado. En esta nueva entrada del blog os queremos enseñar, de la manera más fácil y didáctica posible, cómo analizar, mediante modelos meteorológicos, la inestabilidad atmosférica siguiendo una serie de pasos. ¡Vamos allá!

Presencia de vaguadas o DANAs

La presencia de vaguadas o DANAs durante la primavera, verano y otoño ayuda a que el aire obtenga más facilidad para ascender, condensarse y formar nubes de gran desarrollo. Estas estructuras atmosféricas disparan el desarrollo de nubes. En su seno, se cuela aire frío en altura de origen polar que producen fuerzas de ascenso de las parcelas de aire. Esto se produce por el contraste con las temperaturas elevadas en superficie y las condiciones adecuadas de viento, humedad y temperatura en diferentes alturas. En esta entrada de nuestro blog encontrarás más información sobre estas estructuras meteorológicas.

En esta animación del satélite Meteosat, se puede apreciar un gran sistema de tormentas caracterizado por los tonos blancos. Estas tormentas se formaron en el seno de una DANA el 13/09/2019, la cual se puede apreciar su movimiento en sentido contrario de las agujas del reloj. En la Comunidad Valenciana y en Murcia se registraron precipitaciones históricas, con acumulados de más de 500 m en 48h con consecuencias catastróficas.

En los últimos tiempos, los medios de comunicación se han hecho eco del término DANA, asociándolo siempre a un fenómeno catastrófico que causa “muerte y destrucción” allá por donde pasa. Esto es completamente falso. La DANA o Depresión Aislada en Niveles Altos es un simple término meteorológico para describir una estructura de masas de aire que se ha aislado completamente de la circulación general atmosférica. Es decir, que no todas las DANAs tienen las mismas características y no siempre se producen tormentas fuertes en su presencia. Hacen falta otros muchos factores meteorológicos para conseguir que se produzcan precipitaciones torrenciales como las que provocaron las tormentas asociadas al vídeo mostrado más arriba.

Presencia de frentes, borrascas, bajas

A diferencia de las vaguadas o DANAs, las borrascas son estructuras que según sus características presentan uno o varios frentes bien definidos y además pueden estar acompañadas de viento fuerte en superficie. La mezcla del aire en presencia del frente asociado a una borrasca es también una fuente de inestabilidad que puede traducirse en aguaceros y tormentas, además de posibles rachas de viento fuertes.

Ejemplo de mapa con frentes elaborado por AEMET. La presencia de uno o varios frentes y su acercamiento una fuente de inestabilidad. En función del tipo de frente se producen diversos fenómenos atmosféricos (nubosidad, precipitaciones débiles en presencia de frente cálido y aguaceros y tormentas en presencia del frente frío. En este mapa con frentes se aprecia una baja en superficie con sus frentes asociados en el centro de la figura.

Sin embargo, no siempre es suficiente la presencia de una DANA, vaguada o borrasca para que se produzcan chubascos y tormentas. Es decir, DANA o borrasca no siempre es sinónimo de chubascos y tormentas. Son necesarios varios ingredientes para que la receta meteorológica sea efectiva. Entonces, ¿qué puede decirnos que tenemos la receta completa?.

Variables que nos permiten medir inestabilidad

CAPE

Estas siglas aluden a Convective Available Potential Energy o, traducido al castellano, Energía Potencial Convectiva Disponible y se expresa en J/kg. Se calcula en todos los modelos numéricos de predicción del tiempo. En Meteoclim calculamos esta variable para analizar el grado de potencial de inestabilidad atmosférica. Consiste en la energía disponible que una parcela de aire en ascenso libre puede utilizar para convertirla en convección. La convección es un tipo de transferencia de calor en un fluido que está separado por dos superficies a distinta temperatura. En el caso de la atmósfera, esta transferencia de calor va siempre desde la superficie hasta las capas más elevadas de la troposfera, ya que la superficie terrestre está más caliente que el aire situado por encima.

Esquema simplificado de una nube de tormenta, por Duncan Wingen. La transferencia de calor por convección dentro de una nube no consiste en una simple corriente vertical ascendente, si no que se suman toda una serie de procesos físicos que provocan que el ascenso del aire y, por tanto, la transferencia de calor, se haga mediante remolinos dentro de la nube

La manifestación más común de este tipo de energía se puede ver en las nubes de desarrollo vertical, tales como los cumulus o cumulonimbus, aunque existe convección atmosférica sin necesidad de que se formen nubes. Es decir, la convección se produce también en ausencia de nubosidad. Cuando esto ocurre, el aire asciende sin que se produzcan procesos de condensación, de manera que esta transferencia de calor se produce a través de corrientes verticales. Estas corrientes verticales se denominan térmicas.

Cuando en el proceso de ascenso de la parcela de aire se produce convección y a la vez se producen fenómenos de condensación, se libera otro tipo de energía, el calor latente contenido en la nube, energía que se emplea para formar la nube, a la vez que ésta asciende, dotándola de un aspecto esponjoso o en forma de coliflor.

Mapa de CAPE previsto por Meteoclim (WRF-4km). Se puede apreciar que enfrente del Golfo de Valencia los valores de CAPE son muy elevados, en torno a los 1500 J/kg. Estos valores se deben a la presencia de un flujo de aire marítimo, muy cálido y húmedo

En general, valores de CAPE menores que 1000 J/kg representan inestabilidad débil, mientras que valores entre 1000-2500 J/kg representan inestabilidad moderada. Valores entre los 2500-4000 J/kg significan fuerte inestabilidad y CAPE por encima de 4000 J/kg indica inestabilidad extrema (fuente: weather.gov).

Estos umbrales pueden resultar ambiguos, pero suelen referirse al grado de organización que pueden llegar a tener las tormentas, si se forman. Con inestabilidad débil, es esperable, con las condiciones adecuadas, la formación de tormentas aisladas y de poca duración. Con inestabilidad moderada, aumenta la posibilidad de formación de tormentas de mayor entidad y con un grado de organización mayor, pudiendo viajar en conjunto. Con inestabilidad elevada o extrema es muy probable la formación de tormentas con un grado de organización muy elevado, viajando en conjunto y con alta probabilidad de fenómenos severos, tales como granizo grande, rachas de viento muy fuertes, abundante aparato eléctrico y, si las condiciones son propicias, formación de tornados.

CIN

El CIN, o Convective Inhibition (en castellano Inhibición Convectiva) consiste en la energía que una parcela de aire ascendente necesita para poder alcanzar la altura a partir de la cual puede ascender de manera libre y sin ningún impedimento. Tiene las mismas unidades que el CAPE y a diferencia de éste, se expresa en valores negativos, además de que puede considerarse como el némesis del CAPE. Si una parcela de aire asciende en los primeros centenares de metros de altura y su temperatura resulta ser menor que la de su entorno, significa que está atravesando una capa de aire que le impide ascender, ya que la diferencia de temperaturas entre la parcela de aire ascendente y el entorno es negativa.

Atlantic Convective Inhibition
El CIN es ampliamente usado para determinar las áreas donde es poco probable que se desarrolle convección. En este mapa, confeccionado por la NOAA Climate Prediction Center se pueden apreciar valores muy negativos de CIN en el Atlántico central.

Si la diferencia de temperaturas entre la parcela de aire y el entorno resulta ser negativa, la burbuja de aire se verá obligada a descender. En este caso, es necesario que se produzcan otros factores físicos que ayuden a la burbuja de aire a ascender y superar esa capa de aire que le impide elevarse. Estos factores físicos son conocidos como mecanismos de disparo, ya que ayudan a disparar la convección, haciendo que dicha burbuja o parcela de aire pueda superar ese tapón de aire que le impide ascender libremente.

En la próxima entrada del blog os desvelaremos más claves sobre parámetros de inestabilidad.

Referencias

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