El Penacho Ibérico o "The Spanish Plume". Parte I

Este trabajo se compone de tres partes. En las dos primeras se presentan, por una parte los aspectos conceptuales y básicos sobre el penacho ibérico, y por otra la situación vivida el 1 de agosto de 2009 por unos aficionados españoles que fueron a “kazar” las tormentas que se generaron ese día en su zona con cámara fotográfica en ristre y que aparecen en el apartado de Fotos del 1 de agosto de 2009: hay dos reportajes fotográficos. Esta situación atmosférica se aproxima a las de tipo de convección ligada al penacho español. Ambos artículos se presentan en la RAM de septiembre de 2009.

La última parte está dedicada a analizar la predicción de dichas tormentas, usando los conceptos presentados aquí y las salidas numéricas de campos previstos. Esto se realizará en la RAM de octubre de 2009, en la segunda parte de este trabajo.

Consideraciones básicas

El “penacho ibérico” es una lengua de aire cálido que se eleva preferentemente desde la meseta de la península ibérica y se desplaza hacia latitudes más altas por delante de una vaguada de niveles altos, que se aproxima por el oeste, y que se mueve hacia el este desde el golfo de Vizcaya.

Su nombre en la bibliografía anglosajona es “The Spanish Plume” o el penacho español (o mejor, Ibérico), que resulta un tanto engañoso. Estrictamente hablando debería denominarse el Penacho Ibérico ya que su origen hay que encontrarlo en las zonas mesetarias de la península Ibérica. En este artículo hablaremos indistintamente de penacho, lengua, cinta transportadora, irrupción canalizada, etc., para referirnos siempre al mismo fenómeno.

En algunas ocasiones la vaguada de niveles altos va acompañada de un frente frío en superficie. Por lo tanto, la masa de aire potencialmente inestable es advectada a modo de cinta transportadora cálida desde latitudes peninsulares hasta zonas de más alta latitud, entrando en juego flujos de niveles altos y de niveles bajos. Este fenómeno es especialmente sensible y significativo por sus efectos en superficie en los meses cálidos por las tormentas que se forman en algunos países del oeste de Europa continental e Islas Británicas.

Aunque el penacho ibérico es una irrupción de aire cálido sobreelevada respecto a niveles superficiales, su dinámica y termodinámica son más complejas pues intervienen masas de aire de diferentes niveles y orígenes a la hora de generar potenciales tormentas adversas. En este sentido, este breve reportaje tratará de desgranar los elementos básicos a diferentes niveles.

Muchos de los textos han sido tomados del portal Satmanu desarrollado por ZAMG. Ver referencias finales. Seguiremos la línea de identificar los precursores o ingredientes para la formación de la cinta cálida o penacho ibérico en niveles inferiores.

Precursores de niveles medios altos

La forma de identificar los precursores, para la formación y desarrollo del penacho ibérico, es buscar durante los meses cálidos la presencia de una vaguada de niveles medios altos en los mapas de 500 ó 300 hPa, así como la intensidad y orientación de eje del chorro en niveles altos en dicha zona. Para ello se analizan dichos mapas y la forma de aproximarse las vaguadas por el oeste de Europa.

Figura 1.- Configuración en niveles medios-altos y chorro que favorecen el desarrollo de la lengua cálida desde la península ibérica. Eje de vaguada en azul, chorro en amarillo, geopotencial en 500 ó 300 hPa en negro. Fuente: Satmanu-ZAMG.

Precursor de niveles bajos

La presencia de una baja al oeste de la península ibérica en niveles inferiores en los meses cálidos favorece la presencia de un flujo de componente sur sobre ella, que a modo de cinta transportadora cálida transporta y advecta aire potencialmente inestable sobre Francia desde España y que llega con facilidad incluso más al norte, alcanzando a Inglaterra.

Previamente, se ha podido desarrollar una baja térmica sobre la península Ibérica debido al fuerte calentamiento solar. Esta baja de origen térmico puede reflejarse hasta en los mapas del nivel de 850 hPa.

Figura 2.- Flujo de niveles bajos dentro de la pluma española. Flecha roja representa la cinta transportadora cálida o la pluma ibérica (Warm Conveyor Belt); la flecha azul: intrusión seca de niveles medios (Dry Intrusión). Área dentro de la línea continua roja: típica zona con valores altos de temperatura potencial del termómetro húmedo, ThetaE o Theta-w, en 850 hPa. Líneas negras: isóbaras en superficie. Los frentes clásicos también son mostrados de forma convencional. Fuente: Satmanu-ZAMG

Los mapas de temperatura potencial del termómetro húmedo, ThetaE, permiten identificar dicha pluma o lengua caracterizada por altos valores de ThetaE en 850 y 1000 hPa. El flujo de aire debe tener componente sur en capas bajas.

Dinámica de El Penacho Ibérico

La presencia de una vaguada en niveles altos garantiza el forzamiento dinámico para generar corrientes ascendentes a nivel sinóptico que permitan disparar la convección. Los elementos característicos y fundamentales del penacho son los valores elevados de temperatura potencial en capas bajas que sobrevuelan otro estrato menos cálido y algo más húmedo.

Inestabilidad de niveles bajos

La inestabilidad potencial del penacho ibérico se debe fundamentalmente al aire sobreelevado que arranca desde la meseta española y que sobrevuela y es sobrevolado por masas de aire de diferentes características.

Sobre Francia el aire de capas bajas puede tener varios orígenes, ambos generan inestabilidad en capas bajas con el aire mesetario. Por una parte, puede provenir de centro Europa, flechas amarillas en la siguiente figura 3. En estas condiciones se generan tormentas severas en ambiente seco en capas bajas. A su vez, el aire frío penetra desde niveles altos, flecha celeste, aumentando y profundizando más la inestabilidad sobre el aire cálido de capas bajas.

Figura 3.- Flujos relativos a una situación de penacho ibérico sobre impuestos con el mapa de superficie. En este caso los flujos en capas bajas proceden de centro Europa. Ver texto para más detalles.

Inestabilidad condicional y situación de “escopeta cargada”

Otra situación que se puede dar, y ésta es potencialmente peor que la primera, es aquella donde el aire que se cuela por debajo de la lengua cálida es de origen marítimo procedente del océano o del Mediterráneo. En la siguiente figura con flechas naranjas gruesas se muestra aire fresco y húmedo de procedencia atlántica, figura 4. En estas condiciones se pueden generar tormentas muy profundas y severas. Un sondeo vertical de las zonas afectadas delata la estructura de la atmósfera, como se verá más adelante.

Figura 4.- Flujos relativos a una situación de penacho ibérico sobre impuesto con el mapa de superficie. En este caso los flujos en capas bajas tienen procedencia marítimo-oceánico. Ver texto para más detalles.

Descripción de las leyendas de los mapas

Warm and moist mT air Aire mT cálido y húmedo de origen marítimo en capas bajas.

Warm dry air at low levels Aire seco y cálido a niveles bajos

Elevated warm & dry air Aires eco y cálido elevado que parte desde la península ibérica.

Cooler air aloft Aire más fresco de niveles altos

Cooler NW Atlantic Air Aire del Atlántico del NW más fresco

L Centro de baja presión en superficie de tipo dinámico o de tipo térmico como la baja sobre la Península

H Idem pero de alta presión

a. Calentamiento diurno peninsular: masas de aire en niveles bajos

El fuerte calentamiento del aire cerca de la superficie terrestre peninsular durante el verano, causa convergencias y ascensos limitados en capas bajas. Si una vaguada en altura o un frente frío se acercan a la zona por el oeste aparecerán ascensos más generalizados que desplazarán al aire cálido y seco hacia el norte desde la fuente cálida peninsular.

La ausencia de nubosidad en los días precedentes en los meses cálidos conlleva la formación de una baja térmica sobre la península ibérica. Dicha baja genera un flujo ciclónico en capas bajas de tipo mesoescalar sobre la península (fase A, o inicial), que a su vez genera la formación de una zona y líneas de la convergencia sobre la meseta. Esto induce la advección de un aire más fresco y el movimiento descendente a través de las zonas costeras de la península ibérica y de la parte occidental de Francia desde el Golfo de Vizcaya y la advección cálida del aire sobre el interior de la península.

Por lo tanto, en el área al este de la vaguada superficial la advección del aire cálido realza los ascensos dentro del penacho caliente (fase B), acelerando la bajada de la presión superficial.

b. Mecanismos de disparo: vaguada en altura/ frente frío por el oeste

El acercamiento de un frente frío tiene un papel muy importante para el futuro desarrollo de la lengua o pluma de dos maneras:

1. Mientras el frente se acerca al continente por el oeste, el gradiente térmico aumenta y se intensifica. Esto causa, a su vez, la intensificación de los vientos de delante de la vaguada en niveles altos y bajos, por lo tanto intensificando la advección y ascenso del aire cálido dentro del penacho cálido delantero y en la propia cinta transportadora elevada de la meseta ibérica.
2. La vaguada de altura, que puede soportar la presencia de un frente frío en superficie, inyecta aire seco en niveles altos desde detrás el frente, sobrevolando la lengua cálida delantera e introduciendo una desestabilización adicional al aire ya altamente inestable de por si dentro del penacho ibérico, pudiendo disparar la convección profunda.

Figura 5.- Desarrollo del penacho ibérico. Líneas llenas, flujo superficial y de altura; máximo de advección térmica del aire cálido y frío, WA y del CA, respectivamente. Fuente: Satmanu-ZAMG.

Términos usado en estos mapas

Thermal low: Baja térmica

Low level flow: flujo en niveles bajos

Upper level flow: flujo en niveles altos

CA Cold advection: advección fría

Descending air: aire descendente

Ascending air: aire ascendente

WA Warm advection: advección cálida

Thermal convergente line: línea de convergencia térmica

Low: Baja

Los sondeos de “escopeta cargada”

Al igual que en las Grandes Llanuras americanas, en Europa se pueden dar los sondeos de “escopeta cargada”, potencialmente generadores de tormentas severas, si otros ingredientes se dan (cizalladura del viento, mecanismo de disparo, etc.)

El aire fresco y algo húmedo en niveles bajos es sobrevolado por el aire del penacho que es más cálido y seco. El resultado es la presencia de una fuerte inversión en capas bajas dando lugar a un sondeo llamado de escopeta cargada. Se muestra un ejemplo que en 2005 se dio en Inglaterra. Nótese la inversión de niveles bajos, que impide los desarrollos convectivos pero que si se rompe esta tapadera dispararía potencialmente burbujas convectivas con altos valores de CAPE.

Figura 6.- Sondeo “escopeta cargada” en una situación de penacho ibérico. La inversión se sitúa entorno a los 850 hPa. Los valores de CAPE son elevados y la convección muy profunda se puede desarrollar si se rompe la tapadera de la inversión. Fuente: Satmanu-ZAMG.

Los mapas de ThetaE, o Theta-w, en capas bajas

El aire que parte de las zonas altas y medias de la península ibérica se pone en marcha y afecta a amplias zonas de Francia y países más al norte. Los mapas de temperatura del termómetro húmedo en 850 hPa para España y los de 1000 hPa para otros países más llanos permiten identificar la lengua cálida ligada al penacho ibérico, como se muestra en la siguiente figura.

Figura 7.- Mapa de temperatura potencial del termómetro húmedo, ThetaE o Theta-w en niveles bajos en 1000 hPa, para una situación determinada. Fuente: GFS-meteoblue.ch

Las tormentas se forman, a menudo, en las áreas de altos valores de Theta-w en 850 y 1000 hPa, si hay un mecanismo de disparo suficientemente significativo, como una vaguada en niveles medios- altos o sistema frontal frío activo. En este ejemplo la lengua cálida arranca, delante del frente que penetraba por el oeste, desde el centro y este peninsular hasta en sur de Inglaterra pasado por Francia. Nótese que delante del frente frío, donde se apelmazan las isolineas ligadas a la localización del frente, también aparecen altos valores de ThetaE pero en este caso se corresponde con la masa de aire cálido y húmedo que siempre existe delante del propio frente frío.

Figura 8.- Evolución de los elementos dinámicos y térmicos que condicionan el penacho español.

Términos usados en los mapas

• Jet stream: Máximo de viento
• Enhanced ascent: Ascenso realzado
• Original decaying cold front: frente frío original en fase de debilitamiento
• CA Cold Advection: Advección fría
• WA Warm Advection: Advección cálida
• Low: Baja

Mientras que la convección se desarrolla a lo largo del penacho, el movimiento ascendente a menudo se comprime rápidamente en una banda estrecha. Esta banda se convierte rápidamente en un nuevo frente frío, mientras que la vieja zona frontal fría tiende a perder su intensidad. Esto es debido al hundimiento o subsidencia del aire inmediatamente detrás del penacho. Esta característica se puede ver como un incremento de gradiente cada vez mayor de isentrópicas a lo largo del penacho.

En la figura 8 se ilustra este proceso: un frente frío que se acerca por el oeste, pierde gradualmente su intensidad (según lo visto por un gradiente de disminución constante y posterior de isentrópicas), mientras que del área del penacho ibérico el gradiente de ThetaE aumenta y el frente frío parece realmente " saltar” hacia delante.

Este proceso es similar a las líneas de la convergencia no orográficas y a la nubosidad de dorsal de espesores, pues tienen ciclos de vida similares: la línea de convección delantera del viejo frente se convierte en la característica dominante, y lo que queda del viejo frente o se absorben en la línea convectiva o simplemente decae y se debilita.

Estabilidad

La inestabilidad pronunciada en los niveles bajos y medios se observa claramente en los sondeos. A menudo hay una tapadera o inversión del aire cálido cerca de nivel de 850 hPa. Esta tapadera retrasa la iniciación de la convección basada o que parte de superficie. Por lo tanto, se almacena la energía potencial disponible convectiva (CAPE) hasta que sea libera por la advección termal o el movimiento ascendente mediante un mecanismo de disparo adecuado. El disparo es a menudo explosivo, y puede dar lugar a tormentas severas.

El enfriamiento en niveles altos, delante de la vaguada en niveles altos y el calentamiento de debajo debido a la advección cálida y a la insolación solar desestabiliza más todavía a la atmósfera.

La cantidad de inestabilidad potencial aumenta notablemente cuando el aire húmedo bajo es limitado por un aire perceptiblemente más seco en los niveles medios (hPa 400-600).

La intrusión del aire seco de niveles altos de detrás puede apoyar la convección explosiva una vez que se inicia la convección.

El viento vira a menudo considerablemente con la altura, lo que significa un flujo sur-sureste húmedo en los niveles bajos, y un flujo constante o cada vez más del sur suroeste en el centro y en los niveles superiores.

Consideraciones generales

El penacho ibérico es un caso geográficamente específico de convección, en el cual los cumulonimbos intensos y Sistemas Convectivos de Mesoescala se forman sobre la meseta española y la Europa occidental. Hay también una conexión cercana entre el penacho ibérico y las líneas de convergencias no-orográficas y, especialmente, entre el penacho ibérico y la nubosidad de dorsal de espesores, que muestran una estructura doblemente similar (es decir una banda convectiva intensa de nubes que precede a una banda de nubosidad de frente frío visualmente menos intensa. Es interesante analizar en los mapas:

• Índice de la estabilidad en superficies isobáricas: Los valores de índice de Showalter por debajo de 3 unidades se esperan.
• Temperatura potencial equivalente en 850 hPa: Lengua con elevados valores de ThetaE; la convección profunda se desarrolla en el área de valores máximos.
• Parámetro frontal térmico (TFP): TFP se asocia al frente frío que gradualmente se debilita, y al nuevo desarrollo delantero potencial delante del frente frío original.

Conceptualmente y en la fase inicial se dispone de una distribución sinóptica de estos tres elementos.

Índices de estabilidad sobre superficies isobáricas

04 Julio de 2005, 00.00 UTC – Imagen Meteosat 8 IR10.8; Amarillo, índice de Showalter.

Temperatura potencial equivalente en 850 hPa

04 Julio de 2005, 00.00 UTC – Imagen Meteosat 8 IR10.8; azul, temperatura potencial en 850 hPa.

Parámetro frontal térmico, Thermal Front Parameter (TFP)

04 Julio de 2005, 00.00 UTC – Imagen Meteosat 8 IR10.8; Azul, parámetro frontal térmico. Zonas de crecimiento y decrecimiento de dicho parámetro y resituación de frente frío.

El penacho ibérico y su relación con las tormentas en países de Europa occidental.

Referencias

• McCallum, E. and Waters, A. J., 1993: Severe thunderstorms over south-east England, 20/21 July 1992: Satellite and radar perspective of a mesoscale convective system. Weather, 48, pp. 198-208.
• Browning, K. A., and Hill, F. F., 1984: Structure and evolution of a mesoscale convective system near the British Isles. Quart. J. Roy. Met. Soc, 110, pp. 897-913.
• Webb, J. D. C. and Pike, W. S., 1998: Thunderstorms and hail on 7 June 1996: An early season 'Spanish plume' event. Weather, 53, pp. 234-241.
• Morris, R. M., 1986: The Spanish Plume - testing the forecaster's nerve. Meteorol. Mag., 115, 349-357.
• Young, M. V., 1995: Severe thunderstorms over south-east England on 24 June 1994: A forecasting perspective. Weather, 50, pp. 250-256.
• van Delden, A., 1998: The synoptic setting of a thundery low and associated prefrontal squall line in western Europe. Meteorology and Atmospheric Physics, Vienna, Austria. Vol. 65, no. 1-2, pp. 113-131.

Referencias de texto y figuras: SatManu-ZAMG

http://www.zamg.ac.at/docu/Manual/SatManu/main.htm?/docu/Manual/SatManu/CMs/SPl/backgr.htm

Parte II. Caso de estudio: http://www.tiempo.com/ram/6370/el-penacho-ibrico-caso-de-estudio-del-1-de-agosto-de-2009/