Convección celular mesoescalar: nubes actinoformes

RESUMEN

En este trabajo se analizan las nubes convectivas celulares de poco espesor en la vertical que conforman tres tipos básicos de estructuras: las células abiertas, las células cerradas y, en especial, las nubes actinoformes o actiniformes. Mientras que los dos primeros tipos son relativamente comunes en amplias zonas oceánicas, las otras son más difíciles de ver en las imágenes de satélite. Originariamente se pensaba que estas nubes con sus radios o brazos asociados eran sólo una fase de transición entre las estructuras de células abiertas y cerradas, pero hoy en día se piensa que son nubes independientes, especiales y difíciles de encontrar en los océanos. Nunca se han observado en tierra.

1. INTRODUCCIÓN

Las nubes son uno de los espectáculos gratuitos que nos ofrece la atmósfera. Sólo basta mirar al cielo y muchas veces están ahí para nuestro deleite y disfrute. Sus formas y combinaciones son variadas y múltiples. Han estado adornando los cielos desde que el día es día y la noche es noche. A pesar de todo, fue un aficionado aventajado el que consiguió establecer una clasificación básica y perdurable hace relativamente poco, sólo dos siglos. Fue el inglés Luke Howard el que se atrevió a tan magna tarea y lo consiguió. Todo a partir de sus observaciones metódicas y continuadas desde la superficie de la Tierra. Desde entonces seguimos usando la clasificación de Howard, pero cuando las nubes se observan desde satélite las cosas pueden cambiar ya que sus dimensiones espacio-temporales no están ligadas a las limitaciones obvias de ser observadas desde la superficie terrestre. De esta forma se observa que las nubes van desde varios kilómetros a cientos de kilómetros de tamaño, agrupándose en formas y dimensiones sorprendentes. La llegada de los satélites abrió una nueva ventana y formas de observar y seguir las nubes.

La convección celular de mesoescala

Las más llamativas y estudiadas son las nubes convectivas que, debido a sus corrientes ascendentes y descendentes, pueden ocupar una gran porción en la troposfera llegando incluso a perforar la tropopausa y agruparse en grandes sistemas convectivos de mesoescala, SCM. En el lado opuesto, y dentro de esta categoría, están las nubes convectivas de escaso desarrollo vertical o convección poco profunda de espesores de 2-3 km, pero que ocupan grandes porciones horizontales en los océanos tropicales y subtropicales bajo la influencia de anticiclones o grandes zonas en las descarga posfrontal fría asociada a los frentes de estas características. Mientras que los SCM pueden dar lugar a tiempo severo en superficie y fuertes lluvias, las segundas suelen dar a lo sumo un chubasco pasajero.

Ésas últimas suelen agruparse con formas de células convectivas más o menos hexagonales. Son mayoritariamente de dos tipos, las llamadas células abiertas y células cerradas, dependiendo si el centro de la célula está despejada de nubes o cubierta por ellas, respectivamente. Por el contrario, la zona perimetral está formada por nubes en las primeras y una zona despejada en las segundas. Ver figura 1 como ejemplo. Ambos sistemas se engloban dentro de la convección celular de mesoescala, CCM.

Figura 1. Formaciones de células abiertas, a la izquierda de la imagen, y células cerradas a la derecha en medio del océano tropical. Ver texto para más detalle.

En la figura 2 se pueden ver los modelos conceptuales y mecanismos fundamentales de formación y desarrollo básicos.

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Figura 2. Modelos conceptuales de formación y desarrollo de: a) células abiertas y b) células cerradas. Fuente, Biblioteca de módulos TempoWeb del INM.

Las células abiertas

Las nubes de células abiertas, o simplemente células abiertas, se caracterizan porque tienen espacio libre de nubosidad en su centro por las descendencias de aire, ver figura 2a, estando éste franqueado por tiras nubosas que recuerdan a formas poligonales cuando están bien definidas, mayoritariamente hexagonales, zonas de ascendencias y convergencias en niveles bajos. Las células abiertas se dan preferentemente en zonas oceánicas y en la descarga posfrontal fría, detrás de los frentes fríos de latitudes medias. Ocasionalmente se pueden encontrar células abiertas en el seno de una DANA (Depresión Aislada de Niveles Altos). Muchas veces las células abiertas se ven sobrevoladas por máximos de vorticidad en altura o paquetes de aire frío, digamos a 500 hPa, que favorecen su desarrollo vertical, ganando brillo y realce en las imágenes infrarroja, IR, de los satélites apareciendo, incluso organizadas, y dando lugar a estructuras nubosas en forma de “coma”.

Las células cerradas

Las formaciones de nubes de células cerradas, o células cerradas, son contrarias a las anteriores, ya que se dan con una masa nubosa en su centro, zonas de ascendencias, y zonas despejadas perimetrales a su alrededor, áreas de descendencia, separando dichos elementos nubosos unos de otros y forman una especie de mosaico visto desde satélite, ver figura 2b. Estas nubes suelen formar grandes zonas de estratocúmulos sobre los océanos. Las zonas de sus intersticios pueden no aparecer cuando la resolución de las imágenes de satélite es muy baja, dando lugar, visualmente, a mantos continuos de nubes.

Tanto las células abiertas y cerradas son en origen nubes convectivas formadas por aire ascendente y descendente, limitadas a una capa poco profunda de la troposfera baja por subsidencias generalizadas a gran escala.

Figura 3. Descarga postfrontal fría al oeste de la península Ibérica, donde se muestran y se señalan dos zonas con células abiertas, A, y cerradas, C, en latitudes medias. Imagen MSG del canal visible. Fuente, EUMETSAT-Universidad de Dundee.

2. LAS NUBES ACTINOFORMES

Un tercer tipo de CCM diferente de las anteriores son las nubes que poseen brazos o apariencia radial. Son las nubes actinoformes. Están asociadas también a nubes convectivas celulares poco profundas y su espesor queda restringido a las capas bajas de la atmósfera, generalmente por debajo de los 2-3 km. Fueron observadas por primera vez gracias a los satélites meteorológicos. El primero que lo hizo fue el TIROS V. La primera imagen de este tipo de nubes fue captada en enero de 1963 y publicada en la revista “Monthly Weather Review”, como imagen del mes, ver figura 4.

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Figura 4. Nubes actinoformes o actiniformes. a) Primera imagen tomada de una nube actinoforme por el TIROS V el 28 de abril de 1965, y b) Imagen tomada cerca de la costa oeste de Sudamérica por el sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo del satélite TERRA de la NASA el 30 de septiembre de 2005. Fuente y créditos NASA.

Las nubes actinoformes se han observado sobre el Océano Pacífico, al oeste de Sudamérica, y también se han encontrado sobre otros océanos, al oeste de África y de Australia, en las áreas asociadas a nubes bajas extensas. Aunque estas nubes se suelen dar y acompañar por patrones de células abiertas y cerradas, las nubes actinoformes no se pueden considerar como una fase de transición de unas a otras, como inicialmente se pensó. Son estructuras independientes. Los patrones celulares asociados a una nube actinoforme ocurren generalmente sobre corrientes frescas del océano, aunque se ha sugerido que pueden también desarrollarse en aguas cálidas. No se han visto nunca sobre tierra.

La palabra “aktinos” se refiere a que posee simetría radial. La simetría radial está presente en animales tales como estrellas de mar y anémonas de mar, entre otros animales marinos con ciertas características radiales.

Las dimensiones lineales de estas nubes pueden rondar los 20 km de diámetro aunque se han detectado algunas que llegan a los 300 km. El área cubierta por estas estructuras radiales puede llegar a ser de más de 70.000 km, con formas alargadas, elípticas y circulares, pudiendo presentarse de forma aislada o agrupadas en varias unidades radiales, cuyos ciclos de vida puede durar hasta 72 horas. Medidas radiométricas desde satélite han estimado una altura de hasta 2 km de espesor y que incluso puede llegar a los 3 km. Al igual que sus congéneres de células abiertas y cerradas, estas nubes se desplazan, normalmente con los vientos dominantes en los niveles donde se desarrolla en las zonas marítimas.

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Figura 5. Nubes actinoformes vistas por el satélite geoestacionario europeo MSG-1 correspondientes al 18 de septiembre de 2006 a las 12 UTC frente a las costas del Brasil. a) Imagen del canal visible, VIS0.6, y b) Imagen infrarroja, IR10.8. Fuente EUMETSAT-Universidad de Dundee.

En la figura 5a podemos observar la señal brillante que deja las nubes de este tipo en el canal visible, por su poder reflector, formadas por gotitas de agua. Al ser topes bajos, las temperaturas de brillo de los topes nubosos son bajos, de ahí el tono grisáceo en la imagen infrarroja de la figura 5b.

Teoría sobre su formación

Las teorías originales consideraban las nubes actinoformes como nubes de transición entre células abiertas y cerradas, pero evidencias observacionales con los satélites MISR y GOES mostraron que esa teoría no era cierta. Estas nubes son una tercera clase de CCM. El autor de la imagen del mes de la revista Monthly Weather Review apuntaba unas ideas sobre su formación:

- Suelen formarse en las zonas marítimas tropicales y subtropicales.

- Siempre hay una inversión presente. Las nubes actinoformes se suelen formar en la rama descendente de la circulación ecuatorial de Hadley.

- Su tamaño suele oscilar entre los 200 y 320 km de diámetro.

- La observación de sus brazos radiales tiene tendencia a girar en sentido de las agujas del reloj hacia afuera en el hemisferio norte y viceversa en el hemisferio sur. Esta curvatura se debe a la fuerza de Coriolis. Otras nubes del mismo tipo no tienen rotaciones aparentes.

Figura 6. Nubes actinoformes vistas por el satélite geoestacionario europeo MSG-1 correspondiente al 17 de noviembre de 2006 a las 12 UTC en medio del Atlántico Sur. Imagen del canal visible, VIS0.6. Fuente EUMETSAT-Universidad de Dundee.

Tal es el grado de conocimiento, o desconocimiento, que se han realizado y se realizarán campañas para entender la dinámica de éstas y otras nubes tropicales y subtropicales. La ubicación de estas estructuras en sitios con ausencia de datos hace más difícil su estudio.

Figura 7. Nube actinoforme fotografiada por una astronauta el 7 de agosto de 1991 a las 08 UTC, cuando sobrevolaba Canarias. Fuentes y créditos Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center.

En nuestras latitudes estas nubes son muy raras, pero ocasionalmente se ven, como muestra la figura 7 donde un manto de células cerradas es eliminado por la incidencia del flujo del NE sobre las islas Canarias. Un sistema actinoforme se observa al norte del Archipiélago.

3. CONCLUSIONES

La llegada de los satélites meteorológicos abrió un portal de inagotable fuente de datos al observar agrupaciones de sistemas nubosos imposibles de imaginar desde la superficie de la tierra. Existen complejas estructuras nubosas marinas que siguen llamando la atención de los investigadores por sus formas y evolución como son las estructuras CCM y, en particular, las nubes actinoformes. Estas nubes poseen brazos o sistemas parecidos a radios. Aunque el tiempo que las genera en superficie no es adverso, no se les debe prestar menos atención que otras, siendo fundamental los estudios en la generación y mantenimiento de estas estructuras para seguir profundizando en la dinámica de la atmósfera, océano y los balances netos de radiación que recibe y refleja la tierra en zonas tropicales y subtropicales. Queda mucho por entender cómo y por qué se desarrollan estas nubes. En la bibliografía adjunta puedes encontrar más información.

BIBLIOGRAFÍA

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-Houze, R. A., Jr., 1993: Cloud Dynamics. Academic Press, 573 pp.

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- ——, G. Vali, K. Comstock, R. Wood, M. C. van Zanten,

P. H. Austin, C. S. Bretherton, and D. H. Lenschow,2004: Pockets of open cells (POCs) and drizzle in marine stratocumulus. Bull. Amer. Meteor. Soc.,

Imágenes referenciadas en el texto

Picture of the month, Monthly Weather Review, January 1963.

Picture of the month, Monthly Weather Review, April 1965.

MÁS EN LA RED:

Mesoscale Cloud Anomaly Observed 17-18 June 1997

http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/swirl/actinae2.htmhttp://cimss.ssec.wisc.edu/goes/misc/970617.htmlhttp://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/swirl/actinae2.htm

Animaciones

http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/swirl/swirl.fli