Weatherwise-RAM ¿Por qué no hay rayos, relámpagos y truenos (o al menos hay muy pocos) durante las nevadas o las tempestades de nieve? Palabras clave: rayo, descarga eléctrica, nieve, nevada, agua subfundida, cristales de hielo, separación de cargas, convección.
RAM. Un lector de Weatherwise hace esta pregunta a la revista de EE.UU., y he aquí la respuesta traducida al español. Las mismas ideas pueden ser trasladadas a nuestras latitudes, aunque el tema no tiene una solución simple y es mucho más complejo de lo expuesto en la contestación inicial. Se han añadido algunos comentarios y figuras al original.
A las nevadas con presencia de truenos y de rayos se les denomina tormentas de nieve. Sí ocurren, pero raramente y bajo ciertas circunstancias. Especialmente rara es una buena fotografía de un rayo que emana de una nevada, como se muestra en la figura 1, suministrada amablemente por Dave Arnold de Milano, New México. Observe las descargas gemelas a tierra.
Figura 1. Rayo que sigue una trayectoria tortuosa a tierra en Black Mesa cerca de Milan, New México, a las 4:09 P.M., del 28 de febrero de 2010, mientras una nevada se acerca. Fuente: Weatherwise.
Patrick Market y sus dos co-autores desarrollaron y examinaron la climatología de eventos con tormentas de nieve en los Estados Unidos, zona continental, en un artículo de diciembre de 2002 publicado en la revista Weather and Forecasting (págs. 1290-1295). Analizaron los informes trihorarios a partir de 204 estaciones a través de los Estados Unidos desde 1961 hasta 1990. Encontraron apenas 229 informes de truenos que ocurrían simultáneamente con la nieve (los registros de lluvia engelante o el aguanieve no se contaron) en 30 años. De estos informes, dedujeron un total de eventos de 191 tormentas de nieve. Por ejemplo, dos informes consecutivos de tormentas de nieve en la misma estación (muy rara cuando los informes son de tres horas por separado) o estaciones dos o más adyacentes que informaron de tormenta de nieve al mismo tiempo constituyen un solo acontecimiento. (Nota de la RAM. En el trabajo aludido no se utilizaron los datos de las redes de detección de rayos que actualmente se disponen en EE.UU., solo se usaron datos de observaciones en superficie. Ver figuras complementarias del trabajo al final en un Anexo).
La figura 2 muestra la distribución geográfica de estos acontecimientos. La tormenta de nieve requiere de una fuente de humedad, de una atmósfera inestable, de un mecanismo para elevar el aire para formar una tempestad de truenos, y de una troposfera más baja casi enteramente debajo del nivel de congelación (la troposfera superior es siempre lo bastante fría para la nieve). Las tormentas de nieve son absolutamente raras al sur de los 37°N (el límite meridional de Utah, de Colorado, y de Kansas), principalmente porque está demasiado cálido para la nieve durante la mayor parte del tiempo, excepto en elevaciones más altas. El máximo en Utah tiene mucho que ver con flujo ascendente de pendiente a través de las montañas (una fuente de ascenso) y del Great Salt Lake, tan salado que apenas se congela, y puede agregar así calor y humedad de debajo de las masas de aire frío que pasan sobre él, por lo que desestabilizan la atmósfera.
Las tormentas en las Grandes Llanuras se asocian sobre todo a los sistemas de bajas presiones intensas que elevan el aire húmedo e inestable, llevados a menudo hacia el norte desde golfo de México, sobre un frente frío. Si la masa de aire frío está enteramente bajo cero y tiene una pendiente escarpada cerca del borde delantero, la elevación puede ser suficiente para generar rayos en las nevadas. Los Grandes Lagos son otra fuente de tormentas de nieve, particularmente en otoño y al comienzo del invierno, cuando el aire muy frío sobrevuela sobre ellos antes de que el agua superficial se congele. Nueva Inglaterra tiene de vez en cuando tormentas de nieve en conexión con las borrascas costeras que conducen el aire inestable húmedo sobre masas de aire frío firmemente atrincheradas en tierra.
Figura 2. Número de acontecimientos de tormentas de nieve en cada estación desde 1961 a 1990 basado en las observaciones en intervalos de tres horas. Los contornos se dibujan para tres, seis, y nueve ocurrencias en 30 años. Fuente: Market et alt. (2002)Hidrometeoro es el nombre genérico para cualquier partícula, líquida o sólida, derivadas de la condensación del vapor de agua. Las cargas eléctricas se generan en una nube en desarrollo principalmente cuando diversas clases de hidrometeoros chocan y entonces se separan. Durante la colisión, los hidrometeoros adquieren cargas positivas o negativas netas. Si sus velocidades de caída son diferentes, se separarán y se alejan, y la carga de una muestra tenderá a acumularse entre las partículas que caen más lentamente y de la otra muestra entre las partículas que caen más rápidamente. La descarga ocurre cuando el campo eléctrico entre los centros de carga llega a ser lo bastante grande como para generar una chispa.Los expertos creen que la causa más común del rayo es la interacción y choque de la nieve granulada y de otras partículas del hielo en presencia de agua líquida sometida a subfusión (agua a temperaturas muy negativas), que es muy común en nubes convectivas. La nieve granulada es la palabra técnica para describir una pelotilla de nieve, una pequeña bola blanca de hielo con porciones de aire en ella, que crece de un cristal de nieve que cae a través de una nube de gotitas con temperaturas bajo cero, por lo tanto sometida a subfusión. El cristal de nieve cae con respecto a las gotitas sometidas a subfusión y las recoge cuando ocurren las colisiones. Un poco después, el cristal recoge muchas más gotitas que se congelan inmediatamente en su superficie, se convierte en bola amorfa, ligera irreconocible -una bolita de hielo. Cuando esta nieve choca con los cristalitos de hielo o los fragmentos cristalinos, la transferencia de carga ocurre. La nieve granulada adquiere una carga de un signo y los cristales y los fragmentos adquieren una carga de signo opuesto.El signo de la carga en la nieve depende de la temperatura en la nube y de la cantidad de presente líquido sometido a subfusión. La nieve granulada cae con respecto a las partículas del hielo en la corriente aérea ascendente, y la carga de un signo se acumula así, en lo más bajo en la nube, y la carga de signo opuesto se acumula más arriba en la nube. Observe que todo esto sucede sobre el nivel de congelación, donde la temperatura está por debajo de los 0°C.Aunque el proceso apenas descrito puede ser la manera más probable en la cual las cargas se separan dentro de las nubes tormentosas de verano, no hay ninguna forma de asegurar que el mismo proceso funcione para producir los rayos en las nevadas. Esto sigue siendo un tema para la investigación.La separación de las cargas ocurre sobre todo en las temperaturas de la nube entre los −5 y −30°C, donde el agua sometida a subfusión es elevada por las fuertes corrientes aéreas ascendentes. En verano, cuando la troposfera más baja está absolutamente caliente, esta región está groseramente desde los 4.500 a 9.000 metros (15.000-29.500 pies) en altitud. En las tempestades de nieve, el límite más bajo de la zona de carga está en altitudes mucho más bajas, a veces debajo de 2.000 metros (6.500 pies). Casi todas las tempestades de truenos producen nieve, pero en verano uno tiene que estar en una alta montaña para experimentarla. Toda la precipitación sólida, excepto el granizo, se derrite antes de alcanzar la tierra en las elevaciones más bajas. Es la combinación inusual de una atmósfera cercana o bajo cero a todos los niveles, de aire inestable, de una fuente de la humedad, y de un mecanismo de elevación la que genera rayos en las nevadas en las elevaciones bajas.He observado rayos en nevadas solamente algunas veces en mi vida, y es emocionante. Si usted está directamente debajo de la nube tormentosa, la nieve cae a menudo pesadamente, a una razón de de 3 a 4 pulgadas por hora. En la noche, la reflexión de la luz del rayo en millones de copos de nieve es alarmante y hermosa a la vez.Los lectores pueden estar interesados en un artículo sobre tormentas de nieve de David M. Schultz y R. James Vavrek en la revista Weather, una publicación de la Royal Meteorological Society, Reino Unido, vol. 64, No. 10, octubre de 2009, págs. 274-277.La respuesta ha sido confeccionada por Thomas W. Schlatte, meteorólogo retirado y voluntario de Earth System Research Laboratory la NOAA en Boulder, Colorado y editor de Weatherwise.Fuente: Weatherwise http://www.weatherwise.org/Bibliografía- Market, P.S., C.E. Halcomb, and R.L. Ebert, 2002. A climatology of thundersnow events over the contiguous United States. Wea. Forecasting, 17 , 1290-1295. http://journals.ametsoc.org/doi/full/10.1175/1520-0434%282002%29017%3C1290%3AACOTEO%3E2.0.CO%3B2http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0434%282002%29017%3C1290%3AACOTEO%3E2.0.CO%3B2- David M. Schultz, R. James Vavrek, 2009. An overview of thundersnow. DOI: 10.1002/wea.376. Weather. Special Issue: Special Issue: Hail and Snow. Volume 64, Issue 10, pages 274–277, October 2009http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wea.376/abstractAnexosRAM. Como complemento a lo anterior se puede indicar algunas puntualizaciones.Sobre las inestabilidadesLas condiciones para la generación de rayos o, más general, de descargas eléctricas (nube-nube, nube-tierra), en las nevadas son parecidas a las relativas de la convección de verano o de los meses cálidos, con los siguientes ingredientes básicos:- Inestabilidad- Humedad suficiente- Mecanismos de disparos:
Sinópticos: Vaguada profunda y activa, frente, DANA, borrasca profunda, etc.
Mesoescalares: máximos de vorticidad, descarga muy fría en altura psotfrontal, convección realzada frontal o postfrontal, acoplamientos de chorros en bajos y altos niveles, etc.
Locales: Realce orográfico, convergencia costera, convergencia locales del interior, ascenso pendiente arriba, etc.
Otros hechos significativos son que la altura y espesor de los focos convectivos de los meses fríos, que en situaciones de nevadas son más bajos que en los meses cálidos, la cantidad de agua subfundida suele ser menor por el frío ambiente tan marcado, los procesos de generación y separación de cargas son menos efectivos, y, en general, la convección suele ser menos organizada y profunda, como se indicó anteriormente. Todo ello genera entornos ambientales con menos tasas de rayos o nula actividad de descargas.La convección es la primera candidata en generar rayos o descargas, entendida ésta como el mecanismo básico que tiene la atmósfera para reducir los desequilibrios de temperatura y humedad existentes en la vertical de la baja troposfera. Aunque la convección es un elemento importante en las nevadas con rayos, puede haberlos sin ella. En otras palabras, puede haber corrientes ascendentes no convectivas asociadas a otros mecanismos donde se potencien las velocidades verticales (región de salida de un jet en su parte izquierda, presencia de otro tipo de inestabilidades como la CSI, Conditional Symmetric Instability, realce orográfico, etc.). En cualquier caso siempre existe algún tipo de inestabilidad para realzar las corrientes verticales que no tiene porque manifestarse en los índices clásico convectivos (CAPE, LI, por poner dos ejemplos)Para más detalles ver sobre este tema, ver los trabajos del grupo ROCS (Research on Convective Snow): http://weather.missouri.edu/ROCS/theses.htmlSobre la red de detecciónHay otro factor externo a la propia descarga de la nevada: la red que la detecta.Las redes suelen medir la intensidad de la descarga nube-nube o del rayo. Las descargas y rayos invernales suelen ser menos intensos que las de los meses cálidos, por la intensidad de los mismos ingredientes que las generan. Un umbral mínimo energético de intensidad del campo eléctrico generado es necesario para que los sensores de la red detecten la descarga o la filtren de forma oportuna. Puede que un observador vea un rayo pero al ser poco intenso no pase los test de detección y éste no sea analizado. Por otra parte, las redes se diseñan para que sean eficientes en la zona de tierra o cerca de ellas. Muchas redes no detectan los rayos o descargas más allá de unas decenas o cientos de km hacia el mar. La eficiencia de la red es otro hecho a tener en cuenta. Por dicho motivo,es muy común observar rayos positivos en la descarga fría invernal en la zona marítimas cercanas a la Península de focos convecticos, mientras que esos mismos focos no "dan" rayos cuando están algo más alejados. Las tormentas de este tipo se debilitan al entrar en tierra y desaparecen, salvo que estén organizadas o lleven asociadas un mecanismo de ascenso de tipo mesoescalar (máximo de vorticidad en altura, frente,etc.) o local (ascenso forzados orográficamente). La red mundial de detección de esféricas, que posee una baja eficiencia de detección, puede marcar la llegada de posibles tormentas de nieve antes que las redes convecionales terrestres. Fuente Universidad de Washington.Durante los meses fríos, la actividad tormentosa en la Península, y alrededores, se concentra, según la red de detección de AEMET, en las zonas marítimas aunque su señal es más débil respecto a los meses cálidos, donde los máximos son muy acusados y se dan en el interior. En la imagen siguiente se muestra el régimen tormentoso de los meses fríos (enero, febrero y marzo, EFM) para el periodo 2000-2009 (Pérez y Zancajo, 2010). Los máximos de la zona cantábrica, marítima e interior, se deben en general a las entradas de norte en la región, algunas de las cuales van acompañadas de granizadas y nevadas en la descarga postfrontal fría. Las nevadas en el interior (Meseta Norte, Sur y zonas altas de montaña) no suelen ir acompañadas, por lo general, de tormentas dando poca o nula señal en el número medio de días con actividad tormentosa en este periodo. Eso no quita que, puntualmente, se den tormentas en nevadas significativas (por ejemplo la del 8 de marzo de 2010 en Cataluña, ver en esta misma RAM de marzo de 2011). La eficiencia de detección de la red decrece al alejarnos porl as zonas marítimas atlánticas y norte de África. Ésta es mejor en las zonas de Francia y del Mediterráneo occidental. Número medio de días de tormentas durante los meses de invierno (EFM) para el periodo 2000-2009. Ver escala adjunta. Fuente: AEMET-AME
Algunas figuras más sobre la climatología de tormentas de nieve en EEUU, 1961-1990
Distribución diurna de las tormentas de nieve. Fuente: Market et alt. (2002)
Idem pero mensual. Fuente: Market et alt. (2002)Intensidad de las tormentas de nieve: el 48 % eran moderada o intensas. Observe que la presencia de rayos puede estar ligada a nevadas ligeras también.Fuente: Market et alt. (2002)Tipos de situaciones atmosféricas con rayos en nevadas en EE.UU.: ciclones, orográficas, costeras, frontal, efecto lago, pendiente arriba y sin clasificar. Fuente: Market et alt. (2002)
Referencias
- Regímenes tormentosos en la Península Ibérica durante la década 2000-2009. Francisco Pérez Puebla y César Zancajo Rodríguez, Boletín AME, Nº 28, abril 2010, pp. 28-35. http://www.ame-web.org/index.php
