Pirocúmulos desde satélite

¿Cómo se distinguen del resto de la convección?
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Artículo de junio de 2006, recuperado en julio de 2012
RAM
Palabras clave. Fuego, VIS, pirocúmulo, nube, ceniza, incendios, MODIS.

Esta imagen fue tomada en Nuevo México y en ella se observa un incendio forestal. La zona activa está marcada con una línea roja poligonal. La foto fue captada por el sensor MODIS del satélite Aqua de la NASA el 4 de mayo de 2006.

En la parte derecha de la imagen se puede ver un conjunto de nubes cumuliforme y en la parte izquierda otra nube convectiva originada por el incendio. El flujo del suroeste extendía las cenizas y los penachos hacia el norte.

Nos preguntábamos: ¿Cómo se diferencian los pirocúmulos del resto de las nubes cumuliformes en la imagen anterior y por qué? Y trasladábamos la pregunta a los diferentes foros de meteorología para su respuesta. Estas fueron diversas, y muchas de ellas concordantes. Veamos algunas de ellas:

Respuestas

”No sé si será la respuesta correcta, ...pero pienso que el humo que forma el pirocúmulo es mucho más oscuro al estar compuesto de cenizas (aparte de otros elementos también). Sin embargo, los cúmulos que se observan a la derecha de la foto no son tan oscuros porque tienen mucha más cantidad de vapor de agua”.

“Una diferencia es que el pirocúmulo siempre tiene un punto de origen, y su forma está determinada por el viento, que lo estira o encoge en función de la intensidad y dirección del mismo. Por otro lado, el color es más oscuro por el contenido en cenizas, aunque en este caso depende mucho del tipo de combustible y su contenido en agua”.

“En esa imagen satélite en concreto, es posible que sí se aprecie una diferencia en la tonalidad del pirocúmulo respecto al cúmulo natural, pero creo que no siempre es así.

Estos pirocúmulos por ejemplo, yo los veo tan blanquitos como cualquier cúmulo normal y corriente:

Sí estoy de acuerdo en lo que se dice anteriormente respecto a su formación y origen.”

“Fijaros en un detalle. En la imagen de satélite se aprecia que en el pirocúmulo, la tonalidad más blanquecina (similar a la de los cúmulos convencionales) se corresponde con la parte más cercana al foco del incendio, algo lógico pues allí la convección es máxima y el torreón nuboso alcanza más altura, formándose más hielo en su parte alta y reflejando ese blanco. Según va formándose el pirocúmulo el viento ha ido dando forma al penacho, arrastrando las cenizas en la horizontal, lo que le proporciona ese color parduzco tan característico”.

“Supongo que se diferenciaran entre otras cosas, por el color gris de las cenizas que puedan llevar y si pudiéramos ver la imagen por el canal infrarrojo, no las detectaría por ser mucho menos frías que un Cu normal”.

Coincido con lo comentado anteriormente en cuanto al tono que adquieren éstos debido a la presencia de humo y cenizas, pero no con lo segundo; los pirocúmulos pueden adquirir enormes desarrollos y, además de parecer en el canal IR y VIS, pueden llegar a aparecer en las de vapor de agua por poder llegar a dar lugar a cumulonimbos y provocar tormentas.

Por otro lado, la estructura de la nube es distinta: las burbujas convectivas pueden ser más intensas por el calor emitido por el incendio, provocando la aparición de estructuras en coliflor con elementos mucho más pequeños (protuberancias nubosas) que en el caso de cúmulos de evolución normales”.

Además de esto, siempre vienen asociados a penachos de humo y su dinámica en la atmósfera, como se ve en la imagen.

Y también, por su brutal desarrollo vertical. Suelen ser unas tormentas con unas dimensiones verticales impresionantes en comparación con la extensión horizontal, fruto de las burbujas convectivas”.

“Pues por el color y por como se van disipando los humos en la dirección del viento, también porque el humo nace de un punto y se abre en forma de V en la dirección del viento”.

Nota de la RAM. Un lector añade esta imagen muy “conceptual” donde se observa la térmica generada por el foco de calor en un día de escasa cizalladura vertical del viento.

Los pirocúmulos

Etimológicamente la palabra pirocúmulo está formada por dos términos. El primero, pir(o) es un prefijo de origen griego y proviene de pyr, pyros (fuego) que se utiliza como prefijo en la formación de algunas palabras relacionadas con el fuego: pirómano, pirocúmulos, pirófagos, piroeléctricos, etc.

La segunda es de origen latino, cumulus, que significa, exceso o lo que sobresale, montón, abultado. Las nubes cumuliformes presentan abultamientos llamativos debido a las corrientes ascendentes intensas que las desarrollan y mantienen.

Estas nubes son una variedad de las de tipo cumuliforme que pueden desarrollarse por encima y a sotavento de porciones de la superficie en las que se produce un incendio. Los fuegos activos generan fuertes corrientes ascendentes en entornos secos o húmedos. Las burbujas del aire al ascender, junto con las cenizas, pueden llegar a condensar grandes cantidades de vapor de agua en el aire. La nubosidad así desarrollada llega a tomar la forma cumuliforme con grandes protuberancia y formas abultadas, que pueden alcanzar diversos grados de desarrollo según la fuente de calor del incendio, de la concentración de vapor de agua medioambiental y el flujo aéreo rector donde esté embebida. En último extremo pueden producir rayos y precipitación al igual que las nubes convectivas generadas de forma natural. También pueden producir nuevos fuegos o extinguir los existentes. En el caso de que el entorno esté extremadamente seco, las burbujas térmicas generadas no llegan a producir una nube propiamente dicha.

En todos estos casos, el mecanismo de disparo de la convección, que eleva y obliga a la masa de aire a ascender, es el calor y la temperatura alcanzada por la capa que está inmediatamente por encima del propio fuego o foco térmico. Este elemento “elevador o disparador” no lo posee, ni actúa en los cúmulos de alrededor que se han originado de forma natural. Por este motivo los pirocúmulos pueden alcanzar alturas mayores que el resto de las nubes convectivas de su entorno.

La base de los pirocúmulos así formados puede ser difícil de distinguir ya que suele quedar enmascarada por el humo, cenizas, etc., del propio incendio. Su desarrollo vertical depende del grado de la inestabilidad atmosférica y de la intensidad del fuego.

Como puede observarse en la anterior imagen la base de un pirocúmulo se confunde a veces con las cenizas y los humos del incendio. La nube blanca formada aparece más arriba y si la cizalladura del viento es la apropiada, se aleja del foco emisor, que es fijo. De cualquier manera la propia nube siempre lleva materiales propios del incendio, dando tonalidades menos blanquecinas de lo que debería. En los atardeceres y amaneceres las partículas en suspensión pueden dar tonalidades visuales amarillo-rojizas.

Alguno de los hechos comentados con anterioridad se pueden observar parcialmente desde satélite.

Una visión desde satélites

Nos focalizaremos en la imagen de cabecera para analizar cómo se ven los pirocúmulos desde satélites.

La imagen en falso color es diurna y en su generación intervienen los canales o sensores del espectro visible (0,5-0,8 um), VIS. La zona contorneada en rojo es el área detectada objetivamente por el sensor MODIS utilizando otros canales y algoritmos o técnicas específicas para detectar focos de calor.

En los canales VIS La capacidad reflectora de las superficies depende de varios factores:

• Del grado de iluminación solar de la escena
• De las características intrínsecas de las partículas que conforman las superficies reflectoras.

La iluminación solar es dependiente de la latitud, de la fecha o época del año y de la hora en que se tomó la imagen. En este caso estamos en mayo sobre latitudes medias septentrionales y, posiblemente, pasado el medio día por las sombras que aparecen junto a las nubes. La escena está muy bien iluminada.

La capacidad reflectora de las superficies iluminadas

Las superficies iluminadas por la luz solar tienen un albedo o capacidad reflectora intrínseca dada. Esta propiedad de reflejar la luz solar depende de la longitud de onda incidente. El sol emite como si fuera un cuerpo negro a 6000 ºK. Para esa temperatura el máximo de emisión energética se encentra alrededor de las longitudes de onda de 0.5 um, para la cual los seres humanos son sensibles a la luz reflejada por los objetos. Además, dentro de esa zona del espectro las nubes y la nieve reflejan mucho, por eso aparecen en blanco en las imágenes VIS desde satélite. Dentro de las estructuras nubosas el ranking en el poder reflector está ocupado por las nubes:

• Formadas por gotitas de agua, frente a las de cristalitos de hielo
• Las que posean mayor concentración de dichas partículas, o sea, las más espesas frente a las finas

De esta forma los cumulonimbus que no han desarrollado su capa de cirros son los que más brillan ya que están formados por gotitas de agua subfundida y son muy espesas. Los cirros finos reflejan menos por estar formado por cristalitos de hielo. Ver tabla adjunta para más detalles.

Las materias orgánicas quemadas en los incendios y suspendidas en el aire reflejan poco, como puede apreciarse en la imagen superior. Las cenizas suelen ser una mezcla de partículas quemadas de aspecto grisáceo que tienen poco poder reflector. Cuando sobre vuelan superficies que reflejan mucho se ven contaminadas por la luz reflejada de abajo y las zonas sobrevoladas por cenizas se observan con aspecto sucio y difuminado. Las cenizas y material de la quema ingresan en la nube convectiva preferentemente desde abajo, mezclándose con el vapor de agua que potencialmente se ha desarrollado por las corrientes verticales. La porción de la nube que queda en la parte más activa se observa de color blanco, formada principalmente por gotitas de agua subfundida. Los torreones que sobresalen en esa y otras zonas producen sombras que se observan en la porción de la nube inferior.

Los fuegos remanentes y zonas incendiadas cercanas, siguen produciendo cenizas que se incorporan a la nube corriente a bajo del flujo del suroeste. El pirocúmulo se extiende desde el lugar donde se originó (que es más o menos fijo) con el flujo del suroeste y alcanza alturas superiores que las nubes blancas convectivas de la derecha. La sombra que da el pirocúmulo sobre tierra es mayor que el resto de las sombras, indicativo de que la nube es más alta.

Las zonas arboladas aparecen más oscuras, de color verdoso, como corresponde a superficies poco reflectoras. La zona quemada parece ocupar un área cercana a un río, por la distribución arbórea y al aspecto del terreno.

Las propias cenizas dan señal sólo corriente abajo del flujo pero parecen ocupar un nivel inferior a los topes del pirocúmulo. Están regidas en su desplazamiento por un flujo de sur-suroeste, diferente a la orientación del tope de la nube analizada. Se observa cierto aspecto ondulatorio generado posiblemente por los accidentes orográficos cercanos. Este material refleja poco y las zonas más espesas de estas “nubes de cenizas” se ven más grisáceas. Las escasas sombras que se están produciendo debajo de ellas denotan su baja altura.

En estas breves notas hemos tratado de analizar y diferenciar a dos tipos de nubes convectivas de diferente naturaleza: los pirocúmulos y otros cúmulos de origen natural. Para ello hemos tomado como referencia una imagen de alta resolución del MODIS sobre EEUU que se muestra en cabecera.