Identificando elementos nubosos de un Sistema Convectivo de Mesoescala

Francisco Martín León, meteorólogo
Palabras clave: Sistema Convectivo de Mesoescala, SCM, Complejo Convectivo de Mesoescala, CCM, organización, Línea de Turbonada, célula convectiva, torreón, estructura en V y U, ondas gravitatorias, cirros cumulogénitus, penacho convectivo, estría, frente de racha, nubes alimentadoras.

La aplicación JAVA que vamos a utilizar te permitirá averiguar algunos detalles que aparecen en una imagen de satélite de un SCM sobre EEUU. Podría ser uno en nuestras latitudes.

Para trabajar con la aplicación debes tener los plug-ing de JAVA instalados. La página se ha probado con versiones actualizadas de varios navegadores para Windows. Prueba tu JAVA aquí: http://www.java.com/en/download/help/testvm.xml

¿Te animas a hacer un test de tus conocimientos sobre los elementos nubosos ligados a un SCM, Sistema Convectivo de Mesoescala visto por satélite? Como siempre, algunas definiciones, conceptos y un poco de teoría. Después un pequeño test interactivo pondrá a prueba tus conocimientos adquiridos.

Definición de SCM

Ya que se va a tomar como referencia las imágenes de satélite se puede definir un SCM como una estructura organizada (Sistema) de grandes proporciones vista por satélite formado por diferentes elementos o células convectivas (Convectivo) y una gran cobertura de nubosidad cirriforme en su fase de madurez, cuyo ciclo de vida y dimensiones espacio-temporales caen dentro del rango superior de la mesoescala (de Mesoescala) del orden de decena a centena de Km de radio en alguna de sus dimensiones y de horas a más de un día, en algunos casos.

El sistema se organiza de tal manera que sus elementos individuales (células) interaccionan para formar una estructura que es mucho más grande que una célula tormentosa simple y ordinaria, con una cobertura común de nubes altas, (cirros cumulogénitus) dando lugar a sistemas que poseen dimensiones espaciales de decenas a centenas de kms y ciclos de vida que van más allá de varias horas hasta un día (o más).

Podemos afirmar que un SCM es como “un organismo viviente”, con un ciclo de vida característico, donde los elementos individuales (células convectivas) contribuyen a generar y desarrollar un sistema más complejo que la propia estructura individual de cada tormenta que lo forma. El SCM pertenece al “reino” meteorológico de la Mesoescala y se encuentra en el rango superior de esta escala meteorológica, la meso-alfa, que linda con la escala sinóptica.

Lógicamente puede haber otras definiciones que cuantifiquen las extensiones de dichos sistemas utilizando las imágenes de satélite, pero la anterior definición nos puede valer para los objetivos de este artículo. Pasemos a analizar a estas estructuras nubosas y sus elementos.

Tipos de SCM

• Por su tamaño: SCM y CCM

Existen varias definiciones objetivas de SCM, a partir de las imágenes de satélite, en función de la cobertura o extensión, en Km2, de las nubes altas del sistema que poseen temperaturas muy frías (-32ºC, -52ºC, …), que se mantengan al menos 3 horas en las imágenes de satélite infrarrojas, IR. Cuando los criterios de extensión y duración aumentan para la definir a un SCM, pasaríamos a tener los CCM, estructuras de gran tamaño, que por ejemplo pueden superar la extensión de la región de la Comunidad de Murcia. No se va entrar en un baile de cifras, umbrales y criterios en la identificación objetiva ni de SCM ni de CCM. Cualquier lector interesado puede encontrar estos criterios en la bibliografía o en los buscadores de Internet.

Figura 1. Tormentas ordinarias en la Península frente a un gran SCM al suroeste de las Islas Baleares. Comparar el tamaño de uno y otro.

Figura 2. Imagen infrarroja del satélite Meteosat a primeras horas del día 20 de octubre de 1982, durante un episodio de lluvias intensas: la “pantanada” de Tous. Un SCM de grandes dimensiones, llamado Complejo Convectivo de Mesoescala, CCM, generaba intensas y generalizadas precipitaciones. Los topes fríos de los focos tormentosos están realzados en colores según la temperatura. El valor mínimo fue de -59ºC. La situación sinóptica que condicionaba el marco sinóptico era una DANA, Depresión Aislada en Niveles Altos, situada al norte de África. Fuente INM-EUMETSAT.

• Por su forma: lineal y “redondeado”

Los SCM se pueden presentan en un abanico de formas muy amplias. Dos extremos de esta gama son por una parte los de tipo lineal, o elongados, y, por otra parte, los de forma circular o redondeada, y todo ello según su aspecto en las imágenes infrarroja, IR.

SCM lineal: Línea de Turbonada

Cuando el SCM toma una forma elongada y lineal en su escudo nuboso superior visto por satélite y en su fase de madurez, siendo una de sus dimensiones horizontales más prominente que la otra, al SCM se suele llamar Línea de Turbonada, LT. En las imágenes de radar se observa una estructura lineal de precipitaciones más destacada donde las células convectivas muy activas se agrupan claramente en forma de línea, avanzando todas casi en la misma dirección, pero siempre agrupadas en forma de línea.

Figura 3. Imagen radar de la LT a su paso por Cataluña, superior, imagen IR de las 23:30 UTC día 9 junio 2000.

Las LT están asociadas a entornos sinópticos con moderada a fuerte cizalladura y vientos intensos en capas altas que expanden los cirros de origen convectivo y que conforman al SCM en forma de LT. Dependiendo de la forma que el SCM de la cara al viento corriente arriba del sistema y en niveles altos y a la forma de su estructura nubosa “delantera” o corriente arriba, la LT puede tener la forma de “U” o “V”. Este tema se tratará seguidamente en los elementos de los SCM.

SCM circular

Formado por un grupo, racimo o cluster de células que contribuyen a su cubierta cirriforme y continua pero de forma más o menos redondeada. Los SCM circulares son muy típicos de los trópicos donde la cizalladura vertical del viento suele ser débil. También se dan en latitudes medias en las mismas circunstancias, figura 2. Bajo estas condiciones el SCM suele tomar una forma más o menos redondeada fácilmente identificable en las imágenes IR.

Como se comentó anteriormente, entre ambos extremos existe una amplia gama de formas de SCM.

Elementos de los SCM

Para analizar en detalle los elementos característicos de los SCM se recomienda al lector que vea y repase algunos conceptos visuales de los SCM en un artículo de la RAM en las Referencias finales.

Hay que hacer notar que la perspectiva desde satélite (geoestacionario o polar) no permite ver algunos elementos de escala muy pequeña y otros que sólo se observan desde tierra o aviones.

Las referencias que hagamos serán todas desde el punto de vista satelital de un SCM bien desarrollado en su fase madura. Algunos de estos elementos se pueden ver en su fase inicial y disipación. Nos restringimos a la madurez vista por satélite, para no alargar el artículo.

• Zona convectiva. Área ligada a las células convectivas que forma al SCM. Las más prominentes que suelen sobresalir en forma de “borbotones compactos” respecto a una zona amplia de tipo estratiforme más o menos uniforme, horizontal y continua, formada por la capa de cirros cumulogénitus. Debajo de dichos borbotones compactos están las corrientes ascendentes que en niveles altos están soportando a dichas células. Algunas de ellas pueden perforar o superar el nivel de la tropopausa. En una aproximación muy grosera se puede pensar que las zonas afectadas por la convección del SCM en superficie están debajo de dichas células, pero es sólo una primera aproximación.
• Zona estratiforme (cirriforme). Zona amplia, más o menos uniforme, y continua conformada por cirros cumulogénitus. La zona estratiforme se expande según el viento en niveles altos corriente abajo. Corriente arriba los cirros pueden tomar la forma de una estructura en V, U o circular, dependiendo de la intensidad del viento en capas altas y del flujo que en contra genera la circulación del propio SCM al diverger en capas altas.
• Torreones u “overshooting tops”. Elementos que sobresalen en forma de chimenea compacta de los propios borbotones convectivos (células convectiva). Suelen ser muy brillantes en el canal visible y pueden generar sombras, incluso alargadas, sobre los elementos nubosos con alturas inferiores, si la geometría de la posición del sol-torreón-nube subyacente es la apropiada (amanecer y atardecer, preferentemente)
• Plumas y penachos. Irrupciones puntuales desde la parte superior de los topes de ciertos focos convectivos y que está formado por una nube cirriforme en forma de penacho o pluma. Pueden salir tanto de las cercanías de las células convectivas como de puntos de la zona estratiforme. Su forma y evolución son parecidas al humo que sale de las chimeneas o incendios de bosque y que, posteriormente, se expande con el viento rector del nivel donde se generan. En algunos SCM se han observado varios penachos de estas características pero también se dan SCM donde no se detectan ninguno.
• Sombras. En las imágenes de los canales visibles, o composiciones de ellos, se pueden observar sombras de estructuras nubosas que sobresalen de otras de niveles más bajos que las primeras. Las sombras suelen generarlas los torreones, las prominencias amplias de las células convectivas más intensas, los penachos o plumas y otras nubes más altas que no pertenezcan al SCM. Realmente no es una estructura nubosa de los SCM pero cuando estos se ven al amanecer o atardecer, las nubes más altas quedan realzadas por sus sombras.
• Cirros saltarines. Cirros que sobresalen de forma esporádica y rápida de los torreones convectivos. Poseen dimensiones espaciales y temporales muy reducidas y sólo son observables desde tierra desde aviones y especialmente con videos time lapse. No se observan desde satélite.
• Ondas gravitatorias. Las fuertes corrientes ascendentes y los cirros ligados a la convección se encuentran al final de sus ascensos con una superficie tapadera o inversión térmica, siendo está, en general, la tropopausa. Al igual que en la superficie de un estanque cuando tiramos una piedra (donde existe dicha superficie estable que separa a dos fluidos, aire-agua) y se generan ondas en la superficie de separación, las fuertes corrientes ascendentes de los focos convectivos impactan con fuerza sobre la tropopausa, u otra tapadera o inversión de niveles inferiores, que le impide su ascenso, alterándola y generando ondas gravitatorias. Estas ondas se trasladan desde la zona generadora por la cubierta cirriforme del SCM. Estas perturbaciones ondulatorias deben ser detectadas con fines aeronáuticos pues suelen llevar ligadas turbulencia. En determinadas condiciones atmosféricas, las ondas convectivas pueden persistir, lejos del SCM que las generó, incluso cuando esté ya ha desaparecido de la zona o se ha disipado. Cuando sólo se percibe una onda solitaria, se le denomina solitón.
• VCM, Vórtice Convectivo de Mesoescala. En determinadas condiciones y en la fase final de un SCM se desarrolla en niveles medios-altos un vórtice ciclónico derivado del SCM. La apariencia más llamativa en las imágenes de satélite, preferentemente IR, es la de un centro de rotación con bandas nubosas rotantes y convergentes en niveles medios. Los VCM pueden ser mecanismos de disparo para otros nuevos focos convectivos.
• Hendidura y bandas convectivas ligadas a VCM. En la fase inicial del desarrollo de un VCM se observa la presencia de una hendidura en alguna parte del SCM que posteriormente, se agranda y evoluciona a un centro de rotación nubosa.
• Estrías cirriformes de SCM. En determinadas ocasiones las estructuras nubosas ligadas a cirros presentan unas estructuras parecidas a “dientes de sierra” más o menos alargadas: son estrías. Las dimensiones de estos dientes pueden muy variadas y llamativas. Se pueden dar en los cirros ligados al chorro polar, subtropical, cirros cumulogénitois, frontales, SCM, etc. Suelen estar ligadas a turbulencia y a inestabilidad en niveles altos.
• Hundimientos convectivos súbitos y periféricos. En los bordes nubosos de ciertos SCM y en niveles superiores se han detectado ocasionalmente y raramente hundimientos súbitos periféricos. No se suelen apreciar en las imágenes de satélite de los canales VIS e IR, pero sí en las de vapor de agua, WV. En dichas imágenes aparecen zonas muy oscuras (secas) alrededor de las nubes convectivas. Suelen estar asociados a descendencias intensas en dichos bordes pero en niveles altos. No son fáciles de detectar.
• Frente de racha. Las descendencias intensas generadas por la propia convección se desploman y divergen en la superficie formando unas corrientes de densidad. Estas bolsas de aire frío y relativamente más secas se expanden en capas bajas y pueden actuar como mecanismo de disparo para la formación de otros focos convectivos. Las nubes de frente de racha, que se forman por dicho mecanismo y que son de tipo convectivo, aparecen en forma de arco brillante en las imágenes VIS o gris tenue en las imágenes IR, siempre y cuando no sean sobrevoladas por otras nubes de niveles superiores a ellas que impidan su visión.
• Nubes alimentadoras. Nubes en capas bajas que alimentan al SCM. Suelen ser nubes bajas y convectivas, agrupadas más o menos en calles que nos indican la dirección de viento del aire cálido y húmedo. En muchas ocasiones no pueden observarse desde satélites al estar cubiertas por otras nubes de niveles superiores, bien del propio SCM o por nubes más altas independientes.

Existen otros elementos nubosos ligados a SCM pero lo dejamos aquí.

Pon a prueba tus conocimientos

Tomaremos como referencia un SCM que se desarrolló el 8 de agosto de 2010 sobre Nebraska (podría haber sido un SCM que en las cercanías de España, afortunada o desafortunadamente, se desarrolla). La ventaja de tomar este SCM, ver referencia final, es que se disponen a la vez de las imágenes de los satélites geoestacionario y polar del SCM en la misma proyección. En el caso del satélite polar, la resolución espacial es mejor que la del geoestacionario y, por lo tanto, se ven detalles nubosos más claramente. He aquí su señal en el canal visible:

Imagen del canal visible del 8 de agosto de 2010 a las 23:58 UTC. El SCM ocupa una porción importante de la imagen. Observar si hay sombras, torreones, cirros semitransparentes, etc. Otro sistema tormentoso se encuentra en la parte derecha superior, pero es de dimensiones más pequeñas. Fuente: CIMSS/Uni. Wisconsin

Seguidamente se presenta la imagen IR, infrarroja, de un SCM. Recuerde que en una imagen infrarroja representa las temperaturas (de brillo), Tb, de los topes nubosos: los topes nubosos muy altos (convección profunda y cirros) serán más fríos, y coloreados o realzados si se desea según la escala adjunta, parte superior. Por el contrario, cuanto más bajo esté el tope de la nube, más cálida será.

Imagen IR realzada según la Tb de la superficie emisora o tope nuboso. Los topes más frío/altos son los reprensados en violeta-negro-rojo, ver escala adjunta superior. Los cirros semitransparentes dejan pasar “calor” desde la superficie terrestre y aparece más cálidos (blanquecinos). Fuente: CIMSS/Uni. Wisconsin.

La imagen que se va a analizar está realzada y se ha generado combinado los canales infrarrojo y visible. En la nueva imagen que se abra en tu navegador, al pulsar en el pie de figura, deberás mover y pulsar el ratón sobre la zona donde tú creas que está la respuesta a la pregunta en texto que te hace la aplicación. En un momento determinado aparecerá una ventana auxiliar y complementaria explicativa. Puede haber otras zonas “correctas”, pero debes señalar las más significativas. Tienes varios intentos.

Debes descubrir:

• Torreones convectivos
• Sombras de las células convectivas
• Sombras de los cirros cumulogénitus
• Sombras no convectivas
• Zona estratiforme del SCM
• Cirros semitransparentes
• Frente de racha
• Posibles ondas gravitatorias (no muy bien definidas)
• Posible hendidura en cirros cumulogénitus
• Estructura en “U”
• Estructura en “V”

Imagen realzada combinada de IR y VIS, de un SCM de la fecha y hora señalada en la figura. Nubes altas/topes fríos en azul oscuro, nubes más bajas en blanco/tonalidades blanquecinas, tierra en tonalidad verdosa, sombras en negro y azul oscuro. Pulsa aquí para tu examen.

Pulsa aquí para detalles 1
Pulsa aquí para destalles 2
Pulsa aquí para detalles 3

Fuente: CIMSS/Uni. Wisconsin.

Traducción de algunos textos de la interfaz

Algunos textos están en inglés, los que hacen las preguntas, y otros textos complementarios en español aparece las palabras en texto La traducción básica es:

Please wait while the images are being read … Por favor, espere mientras las imágenes son cargadas….
Questions appear here ……answer by clicking here mouse button on the feature in the picture
Las cuestiones aparecen aquí ……. responda pulsando el ratón allí sobre la característica en la imagen
Click on (texto en español de la estructura a identificar) Pulse sobre (texto en español)
Now try to find (texto) Ahora trate de encontrarlo
That`s not it. Try again. No lo es. Traté de nuevo.
No try again to locate the (texto) No traté de nuevo para localizar el/la ….
Nope… look again for the (texto) No … busquelo de nuevo
You didn`t find the (texto), try again No encontró el/la …., tratelo de nuevo
One more try ….. Una vez más …….
Here is where (texto) is located. Click to continue Aquí está donde (texto) se localizó. Pulse para continuar
Excelent !!!… here is the complete outline; click to continue ¡Excelente! aquí está el contorno, pulse para continuar

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La aplicación interactiva usada en esta página fue desarrollada por Tom Whittaker, Univ. de Wisconsin-Madison.

Fuente y figuras: CIMSS- Universidad de Wisconsin.
http://cimss.ssec.wisc.edu/goes/blog/

Referencias.

Criterios de Maddox para identificar SCM en la imágenes IR

RAM

http://www.tiempo.com/ram/6915/desde-las-tormentas-ordinarias-a-los-grandes-sistemas-tormentosos-organizados-una-visin-desde-la-estacin-espacial-internacional/

Fuente: Imágenes CIMSS/Univ. Wisconsin