En una entrada anterior de nuestro blog, analizamos de manera breve en qué consistía la inestabilidad atmosférica y qué elementos eran clave para distinguir si el tiempo que observamos era soleado, agradable o estable, o bien desapacible, lluvioso, tormentoso o inestable. Recuperamos esta temática en una segunda parte para analizar con algo más de profundidad otros elementos clave necesarios para observar tiempo lluvioso o tormentoso.

Líneas de convergencia

Una línea de convergencia es un espacio en forma de línea donde el aire converge. Cuando dos masas de aire son empujadas por vientos de diferentes direcciones, estas chocan y se ven forzadas a ascender. Las características de los vientos, la dirección de donde proceden y de la región donde soplan son claves para el análisis del tiempo observado.

En las regiones mediterráneas, es muy común que durante la primavera, verano y otoño soplen brisas costeras, producto de la diferencia de temperaturas entre el mar y la tierra. En la época cálida, la tierra se calienta mucho más que el mar, fomentando una diferencia de temperaturas muy elevada que hace que el aire en contacto con la tierra sea menos denso y se eleve. Cuando el aire se eleva, deja un vacío que debe rellenarse, y para rellenarse, se genera una corriente de aire que va de mar a tierra. De esta manera se genera la brisa costera, que sigue un ciclo diurno.

Cuando la brisa costera avanza tierra adentro, puede encontrarse con vientos que proceden de otra dirección. Al encontrarse estos vientos, el aire se ve forzado a ascender. Si este aire, al ascender, se encuentra con unas condiciones de temperatura y humedad adecuadas, formará nubes y si existen condiciones de inestabilidad en forma de vaguada, DANA, o frente, acompañados por suficiente CAPE, se podrán formar chubascos y/o tormentas.

Ascensos de aire por orografía

La orografía es un factor clave a la hora de analizar la inestabilidad atmosférica. El lector que viva en la montaña o sea un aficionado a ella, sabrá perfectamente que el tiempo en la montaña se puede complicar muy rápidamente. Cuando una masa de aire se encuentra con una cadena montañosa, se ve obligada a pasar por donde puede: por los recovecos libres de espacio que quedan entre montañas, o bien ascendiendo por las laderas. Este ascenso de aire por las laderas de las montañas se conoce como ascenso de aire orográfico.

Si las condiciones atmosféricas lo permiten, el ascenso de aire por la ladera de una montaña facilita la formación de nubes. Para ello, es necesario que el aire, al ascender, alcance su punto de saturación o altura a partir de la cual éste comienza a condensarse (nivel de condensación por ascenso). Al alcanzar este punto, todo depende de las condiciones de temperatura y humedad en altura.

Si la temperatura del aire alrededor del que se va elevando va descendiendo y persisten las condiciones de alta humedad, ocurre algo parecido a lo que @DuncanWingen denomina en el tuit anterior ‘chimenea convectiva’: la formación de una nube de desarrollo vertical por presencia de una montaña. Esta es la expresión clásica de inestabilidad por ascensos de aire orográficos que incluso pueden acabar en la formación de chubascos y tormentas en presencia de un frente, una vaguada o una DANA.

Sin embargo, cuando la temperatura que rodea la masa de aire que asciende no cambia o asciende (inversión térmica), las condiciones de inestabilidad desaparecen, ya que existe una tendencia de la masa de aire a descender. Por este motivo, en invierno, cuando las condiciones son anticiclónicas, se forma inversión térmica, quedando el aire frío estancado en la superficie, ya que es más denso, e impide su ascenso, formando en determinadas ocasiones cascadas de niebla.

Contenido de humedad

El contenido de humedad, combinado con factores de inestabilidad, es fundamental a la hora de analizar si el tiempo será lluvioso o tormentoso. Sin la humedad suficiente, las nubes no se pueden formar ni desarrollarse. El contenido de humedad en la atmósfera consiste en la capacidad que tiene el aire de almacenar agua. Si esta capacidad está a punto de llegar a su tope, significa que el aire o la masa de aire analizada está saturada de humedad. En cambio, si esta capacidad es muy baja, la masa de aire que estamos analizando tiene un contenido muy bajo de humedad.

Existen varias formas de analizar cuál es el contenido de humedad en la atmósfera. Una de estas maneras es mediante la observación en tiempo real de las imágenes de satélite a través del canal de vapor de agua. Este canal de satélite es una manera muy visual de observar las estructuras atmosféricas más comunes y el contenido de vapor de agua que aportan: frentes, borrascas, o DANAs, cuando la circulación se aísla del resto de estructuras.

Para comparar la observación del contenido de humedad mediante imágenes de satélite, se puede utilizar la previsión de la humedad relativa a diferentes niveles de altura. Esta previsión se calcula en los modelos numéricos de previsión del tiempo. Los modelos de previsión numérica del tiempo calculan la humedad relativa a diferentes altitudes, para evaluar el contenido de vapor de agua en la atmósfera. En los modelos numéricos utilizados en Meteoclim, también se calcula esta cantidad.

Conclusiones

Para finalizar, podemos concluir que la combinación de diversos factores de las masas de aire determina cómo de inestable será el tiempo. Es complejo en ocasiones establecer una relación directa entre la inestabilidad atmosférica y su posible manifestación en forma de chubascos o tormentas, ya que aunque se den muchas condiciones favorables, nunca está del todo garantizada su observación. Esto se debe principalmente a los complejos procesos físicos que ocurren dentro de las nubes, conocidos como microfísica.

En particular, cuando se forma una nube de desarrollo vertical, su extensión suele ser mucho más pequeña que, por ejemplo, un frente nuboso con precipitaciones asociadas, con lo que los chubascos o tormentas suelen ser mucho más locales. Puede ocurrir también que el desarrollo de una nube vertical se vea frustrado por las condiciones atmosféricas del momento, o que finalmente se desarrolle una tormenta en un lugar distinto al esperado.

Los procesos de formación de las nubes y en particular, las de desarrollo vertical, son extremadamente complejos de modelizar por el tamaño tan pequeño de las gotitas de agua y hielo del que están formadas las nubes y por ello su predicción es tan compleja. En general, estos son los ingredientes necesarios para observar tiempo inestable:

• Presencia de suficiente energía disponible para formar nubes de desarrollo vertical (CAPE)
• Poca energía de inhibición de nubes de desarrollo vertical (CIN)
• El paso de un frente o bien la presencia de una DANA
• Alto contenido de humedad atmosférica
• Presencia de una línea de convergencia o bien una cadena montañosa

La presencia de uno o más factores de los mencionados incrementa la posibilidad de observar nubes de desarrollo vertical y/o chubascos o tormentas. Estos factores son necesarios para hablar de inestabilidad atmosférica, pero no garantizan que finalmente ocurran estos fenómenos.

Referencias

• Blog Meteoclim: Cómo analizar la inestabilidad atmosférica (I)
• Twitter de Iván Domínguez Fuentes
• Twitter de Duncan Wingen

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 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.

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.

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.

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.

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

• Blog meteoclim: DANAs y gotas frías: ¿qué son exactamente?
• Mapas con frentes de AEMET
• Blog Meteoclim: Meteorología para principiantes (II)
• Blog Meteoclim: Meteorología para principiantes (III)
• Duncan Wingen: Los Secretos de los Cumulonimbos
• Weather.gov