En Meteoclim, nuestros predictores siempre tienen un ojo puesto en el radar, y en nuestro nowcasting, para poder localizar tormentas y sus estructuras. En esta nueva entrada del blog os hablaremos de una estructura especialmente característica para distinguir o prever fenómenos extremos.

El Eco en Gancho y su relación con las Supercélulas

A diferencia de las tormentas ordinarias, las supercélulas se caracterizan por una corriente ascendente giratoria
que recibe el nombre de mesociclón. Típicamente, en las imágenes de reflectividad del radar en la primera elevación el mesociclón se identifica por la presencia de un «eco en forma de gancho» (Hook). Este gancho encierra una región de eco débil donde el aire se eleva en la corriente ascendente.

La presencia de un eco en forma de gancho sugiere una tormenta supercelular. Las supercélulas aumentan las probabilidades de que produzcan uno de los cuatro peligros de la convección severa: vientos dañinos o destructivos, granizo de gran tamaño, precipitación intensa capaz de provocar crecidas repentinas y tornados.

En las imágenes radar de velocidad en la primera elevación, el mesociclón se identifica como una pareja de centros de velocidad de rotación.

Esta estructura de eco, se forma cuando la precipitación desciende desde los niveles altos, detrás de la corriente ascendente principal de la tormenta. A menudo, esto sugiere la existencia de una fuerte corriente ascendente en rotación en la tormenta.

Una sección horizontal en una imagen radar muestra un apéndice en forma de gancho en el flanco derecho, con relación al sentido de desplazamiento. La zona de reflectividad máxima está junto a una zona de ecos débiles, e incluso sin ecos, que corresponde a la zona de ascendencias más fuertes. En sección vertical, las reflectividades también muestran una estructura con forma de gancho, con una zona de ecos débiles (BWER, de sus siglas en inglés) rodeado por dos áreas de ecos fuertes: una de ellas está “colgante”, no llega al suelo, y la segunda está asociada a las precipitaciones más intensas, y a menudo contiene granizo.

Modelo conceptual

Pese a que el eco en forma de gancho es una señal de reflectividad del radar muy investigada, su mecanismo de formación sigue siendo objeto de estudio. En sus investigaciones pioneras, Fujita (1958) formuló la hipótesis de que el eco en forma de gancho se formaba por la advección de la precipitación en torno a la corriente ascendente en rotación de la supercélula, pero los estudios más recientes han mostrado que el mecanismo de formación no es tan simple. Los hidrometeoros caen en relación con el aire que los rodea, de modo que debe existir alguna relación entre el eco en forma de gancho y las cortinas de precipitación descendentes (Byko et al., 2009). Una teoría reciente postula la existencia de un núcleo de reflectividad descendente en la parte trasera de la región de eco débil (Rasmussen et al., 2006). La precipitación descendente ocurre en el lado trasero de la corriente ascendente y podría presentarse como una «extensión» en niveles bajos de una región de eco débil acotada (Les Lemon, comunicación personal, 2010). Está difundida la idea de que la precipitación descendente interactúa con el mesociclón de la tormenta de modo que desciende a lo largo de un arco.

Severidad

Un eco en forma de gancho persistente es representativo de una tormenta severa. Además la evolución temporal de la curvatura del eco también es determinante.

Los barridos del radar con alta resolución temporal muestran que algunos ecos en gancho pueden completar parte o más de una vuelta completa alrededor del mesociclón de niveles bajos, lo cual es indicativo de una rotación en niveles bajos más intensa cerca de una zona de precipitaciones activas.

La consideración de todos estos aspectos ayuda a determinar en términos generales si la señal es significativa. Es una de las pocas señales que pueden llevar directamente a emitir un aviso de tormenta severa, debido a su estrecha relación con las tormentas supercelulares. En general, la información del radar nunca debe usarse de manera aislada y siempre se debe considerar junto con la información sobre el entorno cerca de la tormenta y cualquier otro dato que esté disponible.

Posibles dificultades en la teledetección

La proximidad de otras tormentas cercanas puede afectar a la señal de eco del radar. La lejanía de la tormenta desde el radar puede afectar a la señal de dos maneras. Una es que los píxeles a distancias lejanas cubren más espacio, se pierde resolución y dificulta la detección de estructuras.

La otra forma que puede afectar es que el haz pasa por encima de la señal de los niveles bajos. Si el eco en forma de gancho está en la parte alejada de la tormenta y el haz del radar debe atravesar un núcleo considerable antes de alcanzarlo, la señal puede atenuarse.

Esto impone ciertas limitaciones a la hora de examinar los fenómenos atmosféricos en lugares más alejados del radar. En particular, es posible que no se puedan observar algunas estructuras pequeñas, aunque importantes. Por ejemplo, en la figura anterior (imagen derecha) vemos que el radar ha capturado la tormenta cerca de la estación (en la izquierda) con mucho detalle, especialmente el eco en forma de gancho. La tormenta a la derecha es parecida, pero los píxeles más grandes no nos permiten identificar las estructuras con el mismo grado de precisión.

Errores de identificación

Es fácil equivocarse en la identificación de estas señales, muchas tormentas generan un eco con forma de «cola» o «estela» que se puede interpretar fácilmente como un eco en forma de gancho en desarrollo.

Un error habitual es la posición incorrecta respecto de la tormenta: la manera más sencilla de confirmar si un apéndice de reflectividad puede, en efecto, ser un eco en forma de gancho consiste en fijarse en la posición del eco. El eco en forma de gancho debe estar situado en el mismo lugar que la corriente ascendente y la rotación, normalmente en niveles bajos, o al menos debe estar asociado con la rotación en niveles medios. Las tormentas pueden producir apéndices de reflectividad por muchos motivos, como ocurre, por ejemplo, cuando una tormenta multicelular se halla en proximidad de una línea «de flanqueo» que comprende cúmulos en desarrollo o núcleos de corrientes ascendentes.

Otro error que se puede cometer es por elevación de barrido incorrecta: el eco en forma de gancho es fundamentalmente una señal de niveles bajos, de modo que no se debería detectar únicamente en elevaciones altas.

Casos en nuestro país

Y os estaréis preguntando… ¿Se han llegado a detectar estas estructuras en España? ¿Los cambios que está experimentando nuestra atmósfera hace que las supercélulas sean más proclives en estas latitudes?

Las respuestas las tendréis en una de nuestras próximas entradas. Continuará…

Referencias

• Señales de radar características de tiempo convectivo severo. (módulos COMET)
• Observación meteorológica. Paquete de Instrucción Básica para Meteorólogos de la OMM. Agencia Estatal de Meteorología (AEMet)
• El radar meteorológico ¿Cómo funciona?

¿Qué es el radar meteorológico?

El radar meteorológico es un instrumento de grandes dimensiones que consta de una torre de entre 5 y 10 metros de altura en la cual hay acoplada una cúpula esférica cubierta de color blanco. Dentro de esta cúpula se encuentran varios elementos (antena, conmutador, emisor, receptor,…) que conforman el propio radar.

El propio circuito de funcionamiento del radar permite conocer de forma estimada la distribución e intensidad de las precipitaciones, ya sean en forma sólida (nieve o granizo) o en forma líquida (lluvia). Esto es fundamental para la monitorización y vigilancia meteorológica, sobre todo en las situaciones más delicadas, tales como tormentas muy intensas o situaciones de lluvias torrenciales, en las cuales existen bandas de lluvia muy intensa y estacionaria, es decir, cuando se acumula mucha cantidad de precipitación en muy poco tiempo en un mismo lugar.

¿Cómo funciona el radar meteorológico?

El principio de funcionamiento del radar meteorológico se basa en disparar haces de radiación de tipo microondas. Estos haces o pulsos de radiación se emiten en forma de varios lóbulos que viajan a través del aire. Cuando el pulso encuentra un obstáculo, parte de la radiación emitida se dispersa en todas direcciones (scattering) y parte de ella se refleja en todas direcciones. La parte de radiación que se refleja y viaja en dirección al radar es la señal final que recibe.

El proceso anterior se repite siguiendo un recorrido. Dicho recorrido consiste en realizar varios pulsos de radiación situando en primer lugar la antena del radar a un determinado ángulo de elevación. Una vez fijado el ángulo de elevación de la antena, ésta comienza a girar sobre sí misma. A medida que la antena gira sobre sí misma, se van lanzando pulsos de radiación. Una vez la antena ha finalizado el recorrido, se procede a realizar el mismo procedimiento elevando la antena un determinado ángulo y así seguido para un determinado número de ángulos de elevación. Así se obtiene el denominado volumen polar de datos de radar: un conjunto de datos de radar tanto en superficie como en altura.

El resultado de todo este proceso se denomina escaneo del espacio y tarda aproximadamente 10 minutos en completarse. Los pulsos de radiación emitidos tienen la particularidad de que es necesario que sean muy energéticos, ya que la gran mayoría de la energía emitida se pierde y sólo se recibe señal de una muy pequeña parte de ésta.

En cada escaneo del espacio se obtiene una imagen que debe procesarse para poder utilizarse de forma operativa. Este procesamiento de imagen incluye varias correcciones, entre ellas, la eliminación de la señal espúrea producida por la orografía, es decir, la eliminación de señal falsa (no correspondiente a precipitación) originada por las cadenas de montañas. De todo el proceso explicado anteriormente se genera una imagen que muestra el campo de la reflectividad del radar. La reflectividad es la magnitud que mide la contribución de energía electromagnética en dirección al radar de cada una de las gotitas de agua.

Traducir el radar

Probablemente el punto anterior haya generado algo de confusión. Si el radar sólo mide la reflectividad, ¿cómo se mide toda la lluvia que cae? ¿El radar meteorológico no mide lluvia?

La respuesta a la última pregunta es no. El radar meteorológico no mide la lluvia de forma directa. Este instrumento hace una medida indirecta de la intensidad de precipitación. La intensidad de precipitación es la cantidad de precipitación que se produce durante un intervalo de tiempo determinado. Cuando el haz del radar (pulso electromagnético) interacciona con las gotitas de lluvia, nieve o granizo, parte de la radiación emitida se refleja en dirección al radar. Cuanto más grandes son las gotitas de agua, mayor radiación (o señal) recibe el radar.

A través de diversas aproximaciones matemáticas, se puede estimar una relación que traduce la señal del radar meteorológico (reflectividad) a intensidad de precipitación. Esta relación matemática se conoce como relación Z-R.

Algunos problemas del radar meteorológico

El radar meteorológico es un instrumento muy delicado y necesita un mantenimiento especial muy costoso. En Meteoclim, hemos desarrollado algoritmos que tratan la mayoría de problemas de señal del radar, además de un sistema de predicción del movimiento de la reflectividad, denominado nowcasting de radar. A pesar de que el mantenimiento ayuda mucho a reducir errores, pueden surgir otros problemas que afectan a su buen funcionamiento. En nuestra entrada La propagación anómala del radar encontrarás los posibles problemas que suele tener el radar meteorológico. ¡Échale un vistazo!

Referencias

• Meteoglosario de AEMET: radar meteorológico
• Meteoglosario de AEMET: reflectividad radar
• Para saber más sobre el radar meteorológico: Trabajo de Fin de Máster de Iván Domínguez
• Centre de Recerca Aplicada en Hidrometeorologia