La temperatura del agua del mar, las lluvias torrenciales mediterráneas y la “chispa” de los vientos: Algunas ideas conceptuales

RAM

Artículo de septiembre de 2003. Recuparado en agosto de 2009 sin modificaciones.

 


a)


b)

Temperatura del agua del mar en la zona mediterránea estimada pare el 3 de agosto del 2003. Obsérvese las temperaturas relativamente altas en el Mediterráneo occidental, superiores en algunos zonas a los 30 ºC. Fuentes: a) INM. b) CEAMET

Durante estos últimos meses veraniegos del 2003 hemos sido “inundados” por informaciones y datos procedentes de diversos medios de comunicación en los que se anunciaba un otoño caliente, prodigo en “gotas frías” y lluvias torrenciales. Todo esto, unido al calentamiento global de la tierra, hace un cóctel explosivo en manos de ciertas personas dispuestas a llamar más la atención de los espectadores/lectores que de informar verdaderamente de lo que se trae entre manos. La causa: la elevada temperatura del mar Mediterráneo occidental por estas fechas del año.

La sensación que se transmitía era muy simple: como la temperatura es muy elevada, las lluvias otoñales iban a ser torrenciales. Pero ¿qué hay de verdad en todo esto?. ¿Es parte de los culebrones veraniegos de informadores poco informados?

No cabe duda que los mares cálidos son zonas propensas a liberar y generar gran cantidad de humedad, nubosidad y lluvias convectivas e intensas. Basta observar las masas nubosas de la zona intertropical, los sistemas nubosos tropicales asociados a los huracanes y tifones, los sistemas convectivos ligados al monzón, etc.. Las aguas cálidas son, potencialmente, más propensas a liberar gran cantidad de calor y humedad que han almacenado por el calentamiento solar que otras aguas más frías de latitudes superiores.

Básicamente las razones que hacen ser más liviano, o menos denso, el aire de tropical marítimo son varias:

- El agua cálida tropical puede ser evaporada al aire circundante que la sobrevuela, inyectando vapor en dicho aire y haciéndolo menos denso.
- Si el aire más liviano se ve forzado a ascender por un agente externo, el vapor de agua se condensa y libera calor (calor latente de condensación) en su cambio de fase. Esta energía liberada hace aumentar la temperatura del aire, haciéndolo menos denso. De esta forma el aire experimenta un empuje ascendente adicional cuando la condensación tiene lugar en él.

 

a) b)


c) d)

Anomalías de la temperatura del agua del mar estimada a partir de datos de satélites, a una resolución de 50 km, según la escala inferior: anomalías positivas en colores cálidos, negativas en colores fríos, a) Año 2002 b) Año 2001 c) Año 2002 y d) Año 2003 (sin completar). Zonas en blanco están asociadas a hielos marinos. Fuente de la información NOAA/NESDIS

Estos hechos hay que matizarlos, pues para que todo lo anterior ocurra deben existir mecanismos externos que favorezcan y promuevan la elevación y el desarrollo vertical de las masas de aire cálidas y húmedas que descansan cerca de la superficie del mar, a la vez que las desplacen para ser ocupadas por otras masas de aire. En una atmósfera “estable”, dinámicamente, es imposible que se desarrollen espontáneamente focos tormentosos y convectivos de gran desarrollo, los cuales estamos acostumbrados a ver en latitudes bajas. Al mar Mediterráneo le sucede algo parecido, con el agravante de ser un mar cerrado y estar rodeado por grandes cordilleras y accidentes orográficos.

Durante los meses cálidos, el mar se comporta como un gran condensador que almacena energía recibida por el sol. Su lentitud en almacenar y devolver dicha energía lo hace más inerte que la tierra, de forma que en el periodo otoñal, preferentemente, el acumulador marítimo puede devolver de forma virulenta la energía almacenada. Pero el mar, en sí mismo, no tiene la facultad ni la posibilidad de generar grandes desarrollos de masas nubosas. Es el sustrato básico donde se pueden dar dichos desarrollos.

Por otra parte, las perturbaciones de altura, tanto de origen polar como subtropical, pueden barrer las zonas marítimas mediterráneas de forma más clara y eficaz que las ondas del este en las regiones tropicales. A su vez, estos flujos atmosféricos de gran escala inducen perturbaciones de menor escala en niveles bajos al interaccionar con la orografía que rodea en la propia cuenca mediterránea. El resultado de la interacción de mecanismos a gran escala con la orografía y las perturbaciones locales en niveles bajos, más las condiciones medioambientales que genera el propio mar, pueden dar lugar a una mezcla explosiva durante cualquier época del año pero, preferentemente, en otoño.

La equivalencia que se establece entre altas temperaturas del agua del mar y la generación de lluvias torrenciales es muy simplista y trata de reducir un problema muy complejo, como es la estimación de las precipitaciones convectivas a partir solo de la temperatura del agua del mar. Si la cosa fuera tan simple, podríamos afirmar, por ejemplo, que las zonas limítrofes al mar Rojo (mar muy cálido) son propensas a recibir lluvias torrenciales, hecho que no es cierto.

Ingredientes básicos para poder generar lluvias torrenciales

Las lluvias torrenciales que se generan en el área mediterránea o en cualquier lugar del mundo se producen por una acumulación de factores e ingredientes que actúan de forma activa y positiva en un lugar determinado y en un instante determinado. La acumulación de estos ingredientes, favorecido por la orografía, son capaces de generar imponentes focos convectivos y tormentosos, bien organizados. Esos ingredientes deben de actuar de forma conjunta y a la par. Son estos:

• Inestabilidad/flotabilidad de la masa de aire.
• Alto contenido de humedad en niveles medios-bajos.
• Mecanismo de disparo de la convección: a gran escala y escala local.

- La inestabilidad

La inestabilidad es un ingrediente básico para que una burbuja o masa de aire ascienda o descienda cuando es sometida, externamente, a un ascenso o descenso forzado. Decimos que existe inestabilidad en la atmósfera cuando al forzar y separar, por un mecanismo externo a ella, a una masa de aire de su estado de equilibrio, ésta lo hace ascendiendo o descendiendo de forma virulenta en función del grado de su flotabilidad respecto al ambiente. Como vemos, la inestabilidad de una masa de aire se derivará a formar núcleos tormentosos cuando ésta es forzada externamente y evoluciona de tal forma que se aleja de su estado de equilibrio muy rápidamente. Podemos tener inestabilidad potencial o latente y no ocurrir nada (basta pensar en un bidón de gasolina a la intemperie y no se produce la ignición espontánea) ya que no existe mecanismo externo que la excite.

Algo así, ocurre cuando tenemos una bola de acero colocada en la parte superior de una parábola o esfera invertida. Teóricamente, si no se le desplaza de su posición de equilibrio, la bola quedará inmóvil sobre él. Un leve desplazamiento hará que la bola se precipite y se aleje rápidamente de su posición inicial (este símil es de tipo mecánico pero sirve para conceptuar lo que queremos explicar).

Una bola en equilibrio sobre un paraboloide invertido puede ser desplazada de su posición inicial al aplicarle una fuerza externa y evolucionar de forma rápida alejándose de su posición inicial: Símil mecánico del concepto de inestabilidad

Cuando se analiza la inestabilidad de la atmósfera nos referimos a la troposfera y, normalmente, en el estrato comprendido entre niveles bajos-superficie y niveles medios. Sin entrar en grandes detalles, podemos decir que la inestabilidad es un concepto tridimensional que se manifiesta al separar a una masa de aire de su posición de equilibrio. Sí está evoluciona rápidamente separándose de dicha posición, mediante ascenso o descensos, decimos que la masa de aire es inestable. Cuando nos referimos a fluidos, podemos hablar de inestabilidad y flotabilidad de forma indistinta, en esta aproximación conceptual. No es admisible, decir que la inestabilidad aumenta porque una masa de aire frío está penetrando en altura. Debemos considerar lo que ocurre en todos los niveles. Puede suceder que un enfriamiento en niveles altos vaya acompañado por otro en niveles inferiores y, así, estabilizar aún más la atmósfera.

En muchas ocasiones se habla de inhibición convectiva, preferentemente en capas bajas. Podemos tener una capa inestable en niveles bajos y “tapaderas” en niveles superiores que inhiben la convección, o lo que es más común una zona estable en niveles inferiores que impide el desplazamiento forzado de potenciales burbujas ascendentes desde dichos niveles. En este sentido, el mecanismo externo que fuerce a la masa de aire a ascender debe realizar un trabajo para vencer a los mecanismos inhibidores. Volviendo al símil mecánico bola de acero-parábola, tendríamos el caso de una bola de acero colocada en el fondo de una parábola que mira hacia arriba (equivalente a una capa estable) pero que posteriormente sus lados cambian de curvatura y pasan a estar orientados hacia abajo (idem pero inestable). Si la fuerza o el trabajo que le comunicamos a la bola llega a superar la altura del trozo de la parábola directa, la bola comenzara después a descender sin necesidad de suministrarle más trabajo.


Modelo conceptual mecánico. La bola se separará indefinidamente de su posición central o inicial, si y solo si existen mecanismos externos (fuerzas) que le lleven a superar la altura “tapadera” o inhibidora. En caso contrario, siempre volverá a su posición inicial .

Los mecanismos de disparo atmosféricos son lo que fuerzan a las masas de aire a separarse de su posición de equilibrio, a vencer las fuerzas que se oponen al ascenso o debilitar las tapaderas o inversiones térmicas. Si dicho mecanismo de disparo no es capaz de vencer a las fuerzas inhibidoras de la convección, ésta no se desarrollará, aún existiendo cierta inestabilidad potencial o latente.


Las condiciones sinópticas veraniegas en los meses cálidos del 2003 han propiciado altas anomalías térmicas terrestres y marítimas sobre Europa y el Mediterráneo.
Anomalías de temperaturas respecto a los valores climatológicos del mes de junio del 2003. Imagen de la CPC-NOAA.

- Humedad

De la misma forma, si no existe suficiente humedad en una amplia capa atmosférica los focos convectivos que se desarrollen, por la existencia de inestabilidad y mecanismo de disparo, serán poco “eficientes” en la generación de lluvias. Los entornos medioambientales secos tienden a evaporar la poca precipitación que se pueda generar en las nubes convectivas. De esta forma, las lluvias torrenciales se ven favorecidas por la presencia de humedad en una amplia capa atmosférica. En este sentido un mar cálido sí favorece entornos atmosféricos húmedos y cálidos.

- El forzamiento externo o mecanismo de disparo: la chispa del viento

Siguiendo con los símiles mecánicos ( o el de un bidón de gasolina), tenemos que la convección se desencadenará de forma significativa si existe una fuerza externa o mecanismo de disparo que sea capaz de mover a la bola más allá del nivel donde la propia bola pueda moverse sola. En la atmósfera los mecanismos de disparo pueden ser los sistemas frontales ligados a borrascas, vaguadas muy activas, depresiones aisladas en niveles altos, etc. que se acerquen a la zona inestable. Estos sistemas de gran escala, generan flujos locales de origen orográfico que son los que a fin de cuentas vencen a los factores inhibidores y llevan a las masas de aire a niveles tales que ellas mismas evolucionan sin necesidad de forzamiento externo, gracias a su flotabilidad: se ha disparado la convección.

Todo junto

En meteorología, la suma/resta de factores o ingredientes para genera lluvias torrenciales no es acumulativa: la presencia de uno o dos ingredientes con la ausencia del tercero no genera lluvias intensas, aun siendo uno o los dos restantes muy intensos.

Si en matemáticas, 2+3-4+1 siempre es 2, un número positivo, la suma de ingredientes atmosféricos con sus contribuciones positivas y negativas no tienen por qué dar forzosamente convección. En otras palabras, la existencia de inestabilidad frente a la ausencia de humedad o un mecanismo de disparo puede , no sólo no dar lluvias torrenciales, sino inhibir la convección potencial. Es fundamental que los tres ingredientes estén en el mismo lugar, en el mismo instante y actuando favorablemente.

En este sentido, podemos tener un substrato húmedo y cálido en capas bajas, soportado por el mar Mediterráneo en la época otoñal, pero la ausencia de los otros dos ingredientes puede inhibir la convección. Lo que nos asegura las masas de aguas mediterráneas cálidas es justamente ese sustrato aéreo húmedo y cálido que puede responder positivamente a la presencia de perturbaciones sinópticas y locales que hacen que todos los ingredientes actúen de forma sinergéticamente positiva, reforzándose mutuamente.

La presencia de temperaturas anormalmente altas en las aguas costeras próximas a la península no es condición necesaria y suficiente para que haya lluvias torrenciales. La mal traída y mal usada “gota fría” no es más ni menos que una de las perturbaciones que, a nivel sinóptico (llamada DANA en términos técnicos como acrónimo de Depresión Aislada en Nivelas Altos) pueden actuar como director de orquesta para poner en funcionamiento coordinado a los factores que pueden desencadenar lluvias torrenciales. Existen otro tipo de perturbaciones sinópticas y mesoscaleres que pueden hacer coincidir a dichos elementos y generar lluvias torrenciales y persistentes.

Por lo tanto, la presencia de aguas más cálidas de lo normal en el Mediterráneo es un importante factor más que puede contribuir a la presencia de lluvias, torrenciales y persistentes. Si las perturbaciones asociadas al frente polar o de tipo subtropical quedan por encima de nuestras latitudes, las aguas del Mediterráneo se irán enfriando camino del invierno sin producir las esperadas lluvias otoñales. Si por el contrario, la actividad de las perturbaciones troposféricas (borrascas, vaguada, DANAS, anticiclones centroeuropeos que generan flujos de este de largo recorrido marítimo, etc..) es marcada sobre nuestras latitudes, tendremos un otoño “movido”.

El mar Mediterráneo puede proporcionar unas condiciones singulares cuando su temperatura es elevada (acumulador de energía): puede ser un suministrador de la humedad suficiente como para generar condiciones de inestabilidad (si otros factores en niveles medios y altos se dan), es una fuente de humedad para desarrollar y mantener tormentas intensas y profundas, puede generar un sustrato húmedo en capas bajas para que la precipitación sea en forma líquida, preferentemente, y que llegue al suelo.

La orografía circundante al propio mar condiciona, parcialmente, el dónde, cuánto y cuándo puede llover, gracias a las circulaciones locales generadas orográficamente. Basta que existen perturbaciones sinópticas bien definidas para que dispare la convección y libere de forma violenta la energía almacenada en dicho mar.

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