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Tormenta

Relámpagos de una tormenta eléctrica cerca de Pritzerbe , Alemania. Una tormenta eléctrica , también conocida como tormenta de rayos , es una tormenta caracterizada por la prese...

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Relámpagos de una tormenta eléctrica cerca de Pritzerbe , Alemania.

Una tormenta eléctrica , también conocida como tormenta de rayos , es una tormenta caracterizada por la presencia de relámpagos y truenos . [ 1 ] Las tormentas eléctricas relativamente débiles a veces se denominan chubascos de trueno . [ 2 ] Las tormentas eléctricas ocurren en nubes cumulonimbus . [ 3 ] Por lo general, van acompañadas de fuertes vientos [ 4 ] y a menudo producen fuertes lluvias [ 4 ] y a veces nieve , aguanieve o granizo , [ 4 ] pero algunas tormentas eléctricas pueden producir poca o ninguna precipitación . Las tormentas eléctricas pueden alinearse en una serie o convertirse en una banda de lluvia , conocida como línea de turbonada . Las tormentas eléctricas fuertes o severas incluyen algunos de los fenómenos meteorológicos más peligrosos, incluyendo granizo grande, fuertes vientos y tornados . Algunas de las tormentas eléctricas severas más persistentes, conocidas como supercélulas , rotan como los ciclones. Si bien la mayoría de las tormentas eléctricas se desplazan con la corriente media del viento a través de la capa de la troposfera que ocupan, la cizalladura vertical del viento a veces provoca una desviación en su trayectoria en ángulo recto con respecto a la dirección de la cizalladura del viento.

Las tormentas eléctricas resultan del rápido ascenso de aire cálido y húmedo, a veces a lo largo de un frente . [ 5 ] Sin embargo, se necesita algún tipo de forzamiento nuboso , ya sea un frente, una vaguada de onda corta u otro sistema, para que el aire se acelere rápidamente hacia arriba. A medida que el aire cálido y húmedo se mueve hacia arriba, se enfría, se condensa [ 5 ] y forma una nube cumulonimbus que puede alcanzar alturas de más de 20 kilómetros (12 mi) . Cuando el aire ascendente alcanza su temperatura de punto de rocío , el vapor de agua se condensa en gotas de agua o hielo, reduciendo la presión localmente dentro de la célula de tormenta eléctrica. Cualquier precipitación cae a larga distancia a través de las nubes hacia la superficie terrestre. A medida que las gotas caen, chocan con otras gotas y se hacen más grandes. Las gotas que caen crean una corriente descendente al arrastrar aire frío consigo, y este aire frío se extiende en la superficie terrestre, causando ocasionalmente fuertes vientos que comúnmente se asocian con las tormentas eléctricas. 

Las tormentas eléctricas pueden formarse y desarrollarse en cualquier lugar geográfico, pero con mayor frecuencia en latitudes medias , donde el aire cálido y húmedo de latitudes tropicales choca con el aire más frío de latitudes polares. [ 6 ] Las tormentas eléctricas son responsables del desarrollo y la formación de muchos fenómenos meteorológicos severos, que pueden ser potencialmente peligrosos. Los daños que resultan de las tormentas eléctricas son causados ​​principalmente por vientos descendentes , granizo grande e inundaciones repentinas provocadas por fuertes precipitaciones . Las células de tormenta más fuertes son capaces de producir tornados y trombas marinas .

Hay tres tipos de tormentas eléctricas: monocelulares , multicelulares y supercelulares . [ 7 ] Las tormentas eléctricas supercelulares son las más fuertes y severas. [ 7 ] Los sistemas convectivos de mesoescala formados por una cizalladura vertical del viento favorable dentro de los trópicos y subtrópicos pueden ser responsables del desarrollo de huracanes . Las tormentas eléctricas secas , sin precipitación, pueden causar el brote de incendios forestales debido al calor generado por los rayos nube-tierra que las acompañan. Se utilizan varios medios para estudiar las tormentas eléctricas: radar meteorológico , estaciones meteorológicas y videofotografía. Las civilizaciones antiguas tenían varios mitos sobre las tormentas eléctricas y su desarrollo hasta el siglo XVIII. Más allá de la atmósfera terrestre, también se han observado tormentas eléctricas en los planetas Júpiter , Saturno , Neptuno y, probablemente, Venus .

Ciclo vital

Etapas de la vida de una tormenta eléctrica

El aire caliente tiene una densidad menor que el aire frío, por lo que el aire más caliente asciende y el aire más frío se deposita en la parte inferior. [ 8 ] Las nubes se forman cuando el aire relativamente más cálido, que transporta humedad, asciende dentro del aire más frío. El aire húmedo asciende y, al hacerlo, se enfría y parte del vapor de agua en ese aire ascendente se condensa . [ 9 ] Cuando la humedad se condensa, libera energía conocida como calor latente de condensación, lo que permite que el paquete de aire ascendente se enfríe menos que el aire circundante más frío [ 10 ] continuando el ascenso de la nube. Si hay suficiente inestabilidad en la atmósfera, este proceso continuará el tiempo suficiente para que se formen nubes cumulonimbus y produzcan relámpagos y truenos . Los índices meteorológicos como la energía potencial convectiva disponible (CAPE) y el índice de elevación pueden usarse para ayudar a determinar el desarrollo vertical ascendente potencial de las nubes. [ 11 ] Generalmente, las tormentas eléctricas requieren humedad, una masa de aire inestable y una fuerza de elevación para formarse.

Todas las tormentas eléctricas, independientemente de su tipo, pasan por tres etapas: la etapa de desarrollo, la etapa de madurez y la etapa de disipación. [ 12 ] [ 13 ] La tormenta eléctrica promedio tiene un diámetro de 24 km (15 mi) . Dependiendo de las condiciones presentes en la atmósfera, cada una de estas tres etapas dura un promedio de 30 minutos. [ 14 ]  

Etapa de desarrollo

Las tormentas eléctricas suelen desarrollarse a partir de nubes cúmulos congestus .

La primera etapa de una tormenta eléctrica es la etapa de cúmulos o etapa de desarrollo. Durante esta etapa, masas de humedad se elevan hacia la atmósfera. El desencadenante de esta elevación puede ser la radiación solar , donde el calentamiento del suelo produce corrientes térmicas , o donde convergen dos vientos que fuerzan el aire hacia arriba, o donde los vientos soplan sobre terrenos de elevación creciente. [ 15 ] La humedad transportada hacia arriba se enfría en gotas de agua líquida debido a las temperaturas más bajas a gran altitud, que aparecen como imponentes nubes cúmulos. [ 16 ] A medida que el vapor de agua se condensa en líquido, se libera calor latente , que calienta el aire, haciendo que se vuelva menos denso que el aire circundante, más seco. El aire luego continúa ascendiendo en una corriente ascendente a través del proceso de convección . Este proceso crea una zona de baja presión dentro y debajo de la tormenta eléctrica en formación.

Etapa madura

Nube de tormenta con forma de yunque en etapa madura

En la fase madura de una tormenta eléctrica, el aire caliente continúa ascendiendo hasta que alcanza una zona de aire más cálido y no puede subir más. A menudo, esta "tapa" es la tropopausa . El aire se ve obligado a expandirse, lo que le da a la tormenta una característica forma de yunque . La nube resultante se llama cumulonimbo incus . Las gotas de agua se unen formando gotas más grandes y pesadas que se congelan y se convierten en partículas de hielo. Al caer, se derriten y se convierten en lluvia. Si la corriente ascendente es lo suficientemente fuerte, las gotas se mantienen en el aire el tiempo suficiente para crecer tanto que no se derriten por completo, sino que caen como granizo . Mientras persisten las corrientes ascendentes, la lluvia arrastra consigo el aire circundante, creando también corrientes descendentes . La presencia simultánea de una corriente ascendente y una descendente marca la fase madura de la tormenta y produce nubes cumulonimbos. Durante esta fase, puede producirse una considerable turbulencia interna , que se manifiesta como fuertes vientos, relámpagos intensos e incluso tornados . [ 17 ]

Por lo general, si hay poca cizalladura del viento , la tormenta entrará rápidamente en la etapa de disipación y se "extinguirá por la lluvia" [ 13 ] , pero si hay un cambio suficiente en la velocidad o dirección del viento, la corriente descendente se separará de la corriente ascendente y la tormenta puede convertirse en una supercélula , donde la etapa madura puede mantenerse durante varias horas [ 18 ] .

etapa de disipación

Una nube cirrus spissatus se formó a partir de una tormenta eléctrica en disipación.

En la etapa de disipación, la tormenta eléctrica está dominada por la corriente descendente. Si las condiciones atmosféricas no favorecen el desarrollo de supercélulas, esta etapa ocurre con bastante rapidez, aproximadamente entre 20 y 30 minutos después del inicio de la tormenta. La corriente descendente empuja hacia abajo desde la tormenta, golpea el suelo y se extiende. Este fenómeno se conoce como ráfaga descendente . El aire frío transportado al suelo por la corriente descendente corta la entrada de aire a la tormenta, la corriente ascendente desaparece y la tormenta se disipa. Las tormentas eléctricas en una atmósfera prácticamente sin cizalladura vertical del viento se debilitan tan pronto como emiten un límite de salida en todas direcciones, que luego corta rápidamente su entrada de aire relativamente cálido y húmedo, y mata el crecimiento posterior de la tormenta. [ 19 ] La corriente descendente que golpea el suelo crea un límite de salida . Esto puede causar ráfagas descendentes, una condición potencialmente peligrosa para que las aeronaves vuelen a través de ella, ya que se produce un cambio sustancial en la velocidad y dirección del viento, lo que resulta en una disminución de la velocidad del aire y la consiguiente reducción de la sustentación para la aeronave. Cuanto más fuerte sea el límite de salida, mayor será la cizalladura vertical del viento resultante. [ 20 ]

Clasificación

Condiciones favorables para la formación de tormentas eléctricas de distintos tipos y complejos.

Existen cuatro tipos principales de tormentas eléctricas: unicelulares, multicelulares, líneas de turbonada (también llamadas líneas multicelulares) y supercelulares. [ 7 ] El tipo que se forma depende de la inestabilidad y las condiciones relativas del viento en las diferentes capas de la atmósfera (" cizalladura del viento "). Las tormentas unicelulares se forman en entornos con baja cizalladura vertical del viento y duran solo entre 20 y 30 minutos.

Las tormentas organizadas y los cúmulos/líneas de tormentas pueden tener ciclos de vida más largos, ya que se forman en entornos con una cizalladura vertical del viento significativa, normalmente superior a 25 nudos (13 m/s) en los 6 kilómetros (3,7 mi) inferiores de la troposfera , [ 21 ] lo que favorece el desarrollo de corrientes ascendentes más fuertes, así como diversas formas de tiempo severo. La supercélula es la más fuerte de las tormentas, [ 7 ] asociada más comúnmente con granizo grande, vientos fuertes y formación de tornados. Los valores de agua precipitable superiores a 31,8 milímetros (1,25 in) favorecen el desarrollo de complejos de tormentas organizadas. [ 22 ] Aquellos con lluvias fuertes normalmente tienen valores de agua precipitable superiores a 36,9 milímetros (1,45 in) . [ 23 ] Generalmente se requieren valores de CAPE aguas arriba superiores a 800 J/kg para el desarrollo de convección organizada. [ 24 ]    

Célula única

Una tormenta eléctrica de una sola célula sobre Grand Isle, Luisiana.

Una tormenta eléctrica de una sola célula, también conocida como tormenta eléctrica de masa de aire , es una tormenta eléctrica con una sola corriente ascendente principal. Las tormentas eléctricas de una sola célula son las típicas tormentas eléctricas de verano en muchas zonas templadas. También se producen en el aire frío e inestable que suele seguir al paso de un frente frío procedente del mar durante el invierno. Dentro de un grupo de tormentas eléctricas, el término "célula" se refiere a cada corriente ascendente principal independiente. Las células de tormenta eléctrica a veces se forman de forma aislada, ya que la aparición de una tormenta eléctrica puede desarrollar un límite de salida que propicia el desarrollo de nuevas tormentas eléctricas. Estas tormentas rara vez son severas y son el resultado de la inestabilidad atmosférica local; de ahí el término "tormenta eléctrica de masa de aire". Cuando estas tormentas tienen un breve período de tiempo severo asociado, se las conoce como tormenta severa pulsante. Las tormentas severas pulsantes están mal organizadas y ocurren aleatoriamente en el tiempo y el espacio, lo que dificulta su pronóstico. Las tormentas eléctricas de una sola célula normalmente duran entre 20 y 30  minutos. [ 14 ]

Agrupaciones multicelulares

Un grupo de tormentas eléctricas sobre Brasil fotografiadas por el transbordador espacial Challenger.

Este es el tipo más común de desarrollo de tormentas eléctricas. Las tormentas eléctricas maduras se encuentran cerca del centro del cúmulo, mientras que las tormentas eléctricas en disipación existen en su lado de sotavento. Las tormentas multicelulares se forman como cúmulos de tormentas, pero luego pueden evolucionar en una o más líneas de turbonada . Si bien cada célula del cúmulo puede durar solo 20  minutos, el cúmulo en sí puede persistir durante horas. A menudo se originan a partir de corrientes ascendentes convectivas en o cerca de cadenas montañosas y límites meteorológicos lineales, como frentes fríos fuertes o vaguadas de baja presión. Este tipo de tormentas son más fuertes que las tormentas de una sola célula, pero mucho más débiles que las supercélulas. Los peligros asociados con los cúmulos multicelulares incluyen granizo de tamaño moderado, inundaciones repentinas y tornados débiles. [ 14 ]

Línea de turbonada

Una línea de turbonada es una línea alargada de tormentas severas que puede formarse a lo largo o delante de un frente frío . [ 25 ] [ 26 ] A principios del siglo XX, el término se usaba como sinónimo de frente frío . [ 27 ] La línea de turbonada contiene fuertes precipitaciones , granizo , relámpagos frecuentes , fuertes vientos rectos y posiblemente tornados y trombas marinas . [ 28 ] Se puede esperar tiempo severo en forma de fuertes vientos rectos en áreas donde la línea de turbonada misma tiene la forma de un eco de arco , dentro de la porción de la línea que se curva más. [ 29 ] Los tornados se pueden encontrar a lo largo de ondas dentro de un patrón de onda de eco de línea , o LEWP, donde hay áreas de baja presión de mesoescala presentes. [ 30 ] Algunos ecos de arco en verano se llaman derechos y se mueven bastante rápido a través de grandes secciones de territorio. [ 31 ] En el borde posterior del escudo de lluvia asociado con líneas de turbonada maduras, puede formarse una baja de estela , que es un área de baja presión de mesoescala que se forma detrás del sistema de alta presión de mesoescala normalmente presente bajo el dosel de lluvia, que a veces se asocia con una ráfaga de calor . [ 32 ] Este tipo de tormenta también se conoce como "Viento del Lago Pedregoso" ( chino simplificado :石湖风; chino tradicional :石湖風; shi2 hu2 feng1) en el sur de China. [ 33 ]

Supercélulas

Una supercélula que generó un tornado cerca de Stratton, Colorado .

Las superceldas son tormentas grandes, generalmente severas , de estado cuasiestacionario que se forman en un entorno donde la velocidad o dirección del viento varía con la altura (" cizalladura del viento "), y tienen corrientes descendentes y ascendentes separadas (es decir, donde su precipitación asociada no cae a través de la corriente ascendente) con una fuerte corriente ascendente giratoria (un " mesociclón "). Estas tormentas normalmente tienen corrientes ascendentes tan poderosas que la parte superior de la nube de tormenta de la supercelda (o yunque) puede romper la troposfera y alcanzar los niveles inferiores de la estratosfera . Las superceldas pueden tener 24 kilómetros (15 mi) de ancho. Las investigaciones han demostrado que al menos el 90 por ciento de las superceldas causan tiempo severo . [ 18 ] Estas tormentas pueden producir tornados destructivos, granizo extremadamente grande ( 10 centímetros o 4 pulgadas de diámetro), vientos en línea recta que superan los 130 km/h (81 mph) e inundaciones repentinas . De hecho, las investigaciones han demostrado que la mayoría de los tornados se producen a partir de este tipo de tormenta eléctrica. [ 34 ] Las supercélulas son generalmente el tipo de tormenta eléctrica más fuerte. [ 14 ]    

Tormentas eléctricas severas

En Estados Unidos, una tormenta eléctrica se clasifica como severa si los vientos alcanzan al menos 93 kilómetros por hora (58 mph) , el granizo tiene un diámetro de 25 milímetros (1 pulgada) o más, o si se reportan nubes embudo o tornados . [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] Aunque una nube embudo o un tornado indican una tormenta eléctrica severa, se emite una advertencia de tornado en lugar de una advertencia de tormenta eléctrica severa . Se emite una advertencia de tormenta eléctrica severa si una tormenta eléctrica se vuelve severa o pronto se volverá severa. En Canadá, una tasa de lluvia superior a 50 milímetros (2 pulgadas) en una hora, o 75 milímetros (3 pulgadas) en tres horas, también se utiliza para indicar tormentas eléctricas severas. [ 38 ] Las tormentas eléctricas severas pueden ocurrir a partir de cualquier tipo de célula de tormenta. Sin embargo, las multicélulas , supercélulas y líneas de turbonada representan las formas más comunes de tormentas eléctricas que producen tiempo severo. [ 18 ]    

sistemas convectivos de mesoescala

Un complejo convectivo de mesoescala (MCC) que se desplaza por la región de los Grandes Lagos.

Un sistema convectivo de mesoescala (SCM) es un complejo de tormentas eléctricas que se organiza a una escala mayor que la de las tormentas individuales pero menor que la de los ciclones extratropicales , y normalmente persiste durante varias horas o más. [ 39 ] El patrón general de nubes y precipitación de un sistema convectivo de mesoescala puede ser redondo o lineal, e incluye sistemas meteorológicos como ciclones tropicales , líneas de turbonada , nevadas por efecto lacustre , bajas polares y complejos convectivos de mesoescala (CCM), y generalmente se forman cerca de frentes meteorológicos . La mayoría de los sistemas convectivos de mesoescala se desarrollan durante la noche y continúan su ciclo de vida durante el día siguiente. [ 13 ] Tienden a formarse cuando la temperatura de la superficie varía en más de 5 °C (9 °F) entre el día y la noche. [ 40 ] El tipo que se forma durante la estación cálida sobre tierra se ha observado en América del Norte, Europa y Asia, con un máximo de actividad durante las últimas horas de la tarde y la noche. [ 41 ] [ 42 ]  

Las formas de MCS que se desarrollan en los trópicos se encuentran en uso ya sea en la Zona de Convergencia Intertropical o en las vaguadas monzónicas , generalmente dentro de la estación cálida entre la primavera y el otoño. Los sistemas más intensos se forman sobre tierra que sobre agua. [ 43 ] [ 44 ] Una excepción son las bandas de nieve de efecto lacustre , que se forman debido al aire frío que se mueve a través de cuerpos de agua relativamente cálidos, y ocurren desde el otoño hasta la primavera. [ 45 ] Las bajas polares son una segunda clase especial de MCS. Se forman en latitudes altas durante la estación fría. [ 46 ] Una vez que el MCS principal muere, el desarrollo posterior de tormentas eléctricas puede ocurrir en conexión con su vórtice convectivo de mesoescala (MCV) remanente. [ 47 ] Los sistemas convectivos de mesoescala son importantes para la climatología de las precipitaciones de los Estados Unidos sobre las Grandes Llanuras ya que aportan a la región aproximadamente la mitad de sus precipitaciones anuales de la estación cálida. [ 48 ]

Movimiento

Línea de tormenta eléctrica vista en reflectividad ( dBZ ) en una pantalla de radar indicadora de posición en planta.

Las dos principales formas en que se mueven las tormentas eléctricas son mediante la advección del viento y la propagación a lo largo de los límites de salida hacia fuentes de mayor calor y humedad. Muchas tormentas eléctricas se mueven con la velocidad media del viento a través de la troposfera terrestre , los 8 kilómetros (5,0 millas) más bajos de la atmósfera terrestre . Las tormentas eléctricas más débiles son dirigidas por vientos más cercanos a la superficie terrestre que las tormentas eléctricas más fuertes, ya que las tormentas eléctricas más débiles no son tan altas. Las células y complejos de tormentas eléctricas organizados y de larga duración se mueven en ángulo recto con respecto a la dirección del vector de cizalladura vertical del viento . Si el frente de ráfaga, o borde delantero del límite de salida, se adelanta a la tormenta eléctrica, su movimiento se acelerará en tándem. Esto es más importante en tormentas eléctricas con precipitaciones intensas (HP) que en tormentas eléctricas con precipitaciones escasas (LP). Cuando las tormentas eléctricas se fusionan, lo cual es más probable cuando existen numerosas tormentas eléctricas cerca unas de otras, el movimiento de la tormenta eléctrica más fuerte normalmente determina el movimiento futuro de la célula fusionada. Cuanto más fuerte sea el viento medio, menos probable será que otros procesos influyan en el movimiento de la tormenta. En el radar meteorológico , las tormentas se rastrean utilizando una característica prominente y siguiéndola de un escaneo a otro. [ 18 ] 

Tormenta eléctrica que se intensifica

Una tormenta de retroceso, comúnmente denominada tormenta de entrenamiento , es una tormenta en la que se produce un nuevo desarrollo en el lado de barlovento (generalmente el lado oeste o suroeste en el hemisferio norte ), de tal manera que la tormenta parece permanecer estacionaria o propagarse en dirección contraria. Aunque la tormenta a menudo aparece estacionaria en el radar, o incluso moviéndose contra el viento, esto es una ilusión. La tormenta es en realidad una tormenta multicelular con células nuevas y más vigorosas que se forman en el lado de barlovento, reemplazando a las células más antiguas que continúan desplazándose a favor del viento. [ 49 ] [ 50 ] Cuando esto sucede, es posible que se produzcan inundaciones catastróficas. En Rapid City, Dakota del Sur , en 1972, una alineación inusual de vientos en varios niveles de la atmósfera se combinó para producir un conjunto continuo de células de entrenamiento que dejaron caer una enorme cantidad de lluvia sobre la misma área, lo que resultó en devastadoras inundaciones repentinas . [ 51 ] Un evento similar ocurrió en Boscastle , Inglaterra, el 16 de agosto de 2004, [ 52 ] y sobre Chennai el 1 de diciembre de 2015. [ 53 ]

Peligros

Cada año, muchas personas mueren o resultan gravemente heridas por tormentas eléctricas severas a pesar de las advertencias previas . Si bien las tormentas eléctricas severas son más comunes en primavera y verano, pueden ocurrir prácticamente en cualquier época del año.

Rayos de nube a tierra

Un rayo de retorno, un rayo que cae de la nube a tierra durante una tormenta eléctrica.

Los rayos nube-tierra ocurren con frecuencia durante las tormentas eléctricas y representan numerosos peligros para los paisajes y las poblaciones. Uno de los peligros más significativos que pueden causar los rayos son los incendios forestales que pueden provocar. [ 54 ] En un régimen de tormentas eléctricas de baja precipitación (LP), donde hay poca lluvia, esta no puede evitar que se inicien incendios cuando la vegetación está seca, ya que los rayos producen una cantidad concentrada de calor extremo. [ 55 ] Ocasionalmente se producen daños directos causados ​​por rayos. [ 56 ] En áreas con alta frecuencia de rayos nube-tierra, como Florida, los rayos causan varias muertes al año, principalmente a personas que trabajan al aire libre. [ 57 ]

Lluvia ácida

La lluvia ácida también es un riesgo frecuente producido por las tormentas eléctricas. El agua destilada tiene un pH neutro de 7. La lluvia "limpia" o no contaminada tiene un pH ligeramente ácido de aproximadamente 5,2, porque el dióxido de carbono y el agua en el aire reaccionan para formar ácido carbónico , un ácido débil (pH 5,6 en agua destilada), pero la lluvia no contaminada también contiene otros químicos. [ 58 ] El óxido nítrico presente durante los fenómenos de tormenta eléctrica, [ 59 ] causado por la oxidación del nitrógeno atmosférico, puede resultar en la producción de lluvia ácida, si el óxido nítrico forma compuestos con las moléculas de agua en la precipitación, creando así lluvia ácida. La lluvia ácida puede dañar infraestructuras que contienen calcita u otros compuestos químicos sólidos. En los ecosistemas, la lluvia ácida puede disolver los tejidos vegetales de la vegetación y aumentar el proceso de acidificación en cuerpos de agua y en el suelo , lo que resulta en la muerte de organismos marinos y terrestres. [ 60 ]

Granizo

Granizada en Bogotá , Colombia

Cualquier tormenta eléctrica que produzca granizo que llegue al suelo se conoce como granizada. [ 61 ] Las nubes de tormenta capaces de producir granizo a veces se ven con coloración verde. El granizo es más común en las cordilleras porque las montañas fuerzan los vientos horizontales hacia arriba (conocido como elevación orográfica ), intensificando así las corrientes ascendentes dentro de las tormentas eléctricas y aumentando la probabilidad de granizo. [ 62 ]

El granizo puede causar daños graves, especialmente a automóviles , aeronaves, tragaluces, estructuras con techos de vidrio, ganado y, sobre todo, a los cultivos de los agricultores . [ 63 ] El granizo es uno de los peligros más importantes de las tormentas eléctricas para las aeronaves. Cuando los granizos superan los 13 milímetros (0,5 pulgadas) de diámetro, los aviones pueden sufrir daños graves en cuestión de segundos. [ 64 ] El granizo que se acumula en el suelo también puede ser peligroso para las aeronaves que aterrizan. 

El trigo, el maíz, la soja y el tabaco son los cultivos más sensibles a los daños causados ​​por el granizo. [ 65 ] El granizo es uno de los peligros más costosos de Canadá. [ 66 ]

Las tormentas de granizo han sido la causa de eventos costosos y mortales a lo largo de la historia. Uno de los primeros incidentes registrados ocurrió alrededor del siglo IX en Roopkund , Uttarakhand, India. [ 67 ] El granizo más grande en términos de circunferencia y longitud máximas jamás registrado en los Estados Unidos cayó en 2003 en Aurora, Nebraska , Estados Unidos. [ 68 ]

Una de las regiones más comunes para el granizo grande es el norte montañoso de la India, que reportó una de las cifras más altas de muertes relacionadas con el granizo registradas en 1888. [ 65 ] China también experimenta tormentas de granizo importantes. [ 69 ] En Europa, Croacia experimenta ocurrencias frecuentes de granizo. [ 70 ]

En Norteamérica, el granizo es más común en la zona donde confluyen Colorado , Nebraska y Wyoming , conocida como el "Corredor del Granizo". [ 71 ] El granizo en esta región se produce entre los meses de marzo y octubre durante las horas de la tarde y la noche, con la mayor parte de los casos entre mayo y septiembre. Cheyenne, Wyoming , es la ciudad más propensa al granizo de Norteamérica, con un promedio de nueve a diez tormentas de granizo por temporada. [ 63 ] En Sudamérica, las zonas propensas al granizo son ciudades como Bogotá, Colombia.

Tornados y trombas marinas

En junio de 2007, la ciudad de Elie, Manitoba, fue azotada por un tornado F5 .

Un tornado es una columna de aire violenta y giratoria en contacto con la superficie terrestre y una nube cumulonimbus (también conocida como nube de tormenta) o, en raras ocasiones, con la base de una nube cúmulo . Los tornados varían en tamaño, pero suelen tener la forma de un embudo de condensación visible , cuyo extremo estrecho toca la tierra y a menudo está rodeado por una nube de escombros y polvo . [ 72 ] La mayoría de los tornados tienen velocidades de viento entre 40 y 110 mph (64 y 177 km/h) , miden aproximadamente 75 metros (246 pies) de ancho y recorren varios kilómetros (unas pocas millas) antes de disiparse. Algunos alcanzan velocidades de viento superiores a 300 mph (480 km/h) , se extienden a lo largo de más de 1600 metros (1 milla) y permanecen en tierra durante más de 100 kilómetros (decenas de millas). [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]       

La escala Fujita y la escala Fujita mejorada clasifican los tornados según los daños que causan. Un tornado EF0, la categoría más débil, daña los árboles pero no causa daños significativos a las estructuras. Un tornado EF5, la categoría más fuerte, arranca edificios de sus cimientos y puede deformar grandes rascacielos. La escala TORRO, similar , abarca desde T0 para tornados extremadamente débiles hasta T11 para los tornados más potentes conocidos. [ 76 ] También se pueden analizar datos de radar Doppler , fotogrametría y patrones de remolinos terrestres (marcas cicloidales) para determinar la intensidad y asignar una clasificación. [ 77 ]

Un remolino de agua cerca de Tailandia

Las trombas marinas tienen características similares a las de los tornados, caracterizadas por una corriente de viento en espiral con forma de embudo que se forma sobre cuerpos de agua y se conecta con grandes nubes cumulonimbus. Generalmente, las trombas marinas se clasifican como formas de tornados, o más específicamente, como tornados no supercelulares que se desarrollan sobre grandes cuerpos de agua. [ 78 ] Estas columnas de aire en espiral se desarrollan con frecuencia en áreas tropicales cercanas al ecuador , pero son menos comunes en áreas de alta latitud . [ 79 ]

Inundación repentina

Una inundación repentina provocada por una fuerte tormenta eléctrica.

Las inundaciones repentinas son procesos en los que un paisaje, especialmente un entorno urbano, se ve afectado por inundaciones rápidas. [ 80 ] Estas inundaciones ocurren más rápidamente y son más localizadas que las inundaciones estacionales de ríos o las inundaciones de área [ 81 ] y con frecuencia (aunque no siempre) se asocian con lluvias intensas. [ 82 ] Las inundaciones repentinas pueden ocurrir con frecuencia en tormentas eléctricas de movimiento lento y generalmente son causadas por la fuerte precipitación líquida que las acompaña. Son más comunes en regiones áridas y en entornos urbanos densamente poblados, donde hay poca vegetación y cuerpos de agua que absorban y contengan el exceso de agua. Pueden ser peligrosas para la infraestructura pequeña, como puentes y edificios de construcción débil. Las plantas y los cultivos en áreas agrícolas pueden ser destruidos y devastados por la fuerza del agua embravecida. Los automóviles estacionados en áreas afectadas también pueden ser desplazados. Asimismo, puede producirse erosión del suelo , lo que aumenta el riesgo de deslizamientos de tierra .

ráfaga descendente

Árboles arrancados de raíz o desplazados por la fuerza de una ráfaga de viento descendente en el noroeste del condado de Monroe, Wisconsin.

Los vientos descendentes pueden producir numerosos peligros en paisajes afectados por tormentas eléctricas. Generalmente son muy potentes y a menudo se confunden con vientos producidos por tornados, [ 83 ] debido a la concentración de fuerza ejercida por su característica horizontal. Los vientos descendentes pueden ser peligrosos para infraestructuras y edificios inestables, incompletos o de construcción débil. Los cultivos agrícolas y otras plantas en entornos cercanos pueden ser arrancados y dañados. Las aeronaves en despegue o aterrizaje pueden estrellarse. [ 13 ] [ 83 ] Los automóviles pueden ser desplazados por la fuerza ejercida por los vientos descendentes. Los vientos descendentes se forman generalmente en áreas donde los sistemas de aire de alta presión de corrientes descendentes comienzan a descender y desplazar las masas de aire que se encuentran debajo, debido a su mayor densidad. Cuando estas corrientes descendentes alcanzan la superficie, se extienden y se convierten en vientos horizontales destructivos. [ 13 ]

Asma por tormenta eléctrica

El asma inducida por tormentas eléctricas es el desencadenamiento de un ataque de asma por condiciones ambientales causadas directamente por una tormenta eléctrica local. Durante una tormenta eléctrica, los granos de polen pueden absorber humedad y luego fragmentarse en partículas mucho más pequeñas, las cuales se dispersan fácilmente por el viento. Si bien los granos de polen más grandes suelen ser filtrados por los vellos nasales, los fragmentos de polen más pequeños pueden atravesarlos y entrar en los pulmones, desencadenando el ataque de asma. [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]

precauciones de seguridad

La mayoría de las tormentas eléctricas van y vienen sin mayores incidentes; sin embargo, cualquier tormenta eléctrica puede volverse severa y, por definición, todas las tormentas eléctricas presentan el peligro de rayos . [ 88 ] La preparación y la seguridad ante tormentas eléctricas se refieren a tomar medidas antes, durante y después de una tormenta eléctrica para minimizar lesiones y daños.

Preparación

La preparación se refiere a las precauciones que deben tomarse antes de una tormenta eléctrica. Parte de la preparación consiste en estar listos en general (ya que una tormenta eléctrica puede ocurrir en cualquier momento del día o del año). [ 89 ] Por ejemplo, preparar un plan de emergencia familiar puede ahorrar un tiempo valioso si una tormenta surge de forma rápida e inesperada. [ 90 ] Preparar la casa retirando ramas y árboles muertos o podridos, que pueden ser derribados por vientos fuertes, también puede reducir significativamente el riesgo de daños a la propiedad y lesiones personales. [ 91 ]

El Servicio Meteorológico Nacional (NWS) de los Estados Unidos recomienda varias precauciones que las personas deben tomar si es probable que ocurran tormentas eléctricas: [ 89 ]

  • Conozca los nombres de los condados, ciudades y pueblos locales, ya que así es como se describen las advertencias. [ 89 ]
  • Monitorea los pronósticos y las condiciones meteorológicas y averigua si es probable que haya tormentas eléctricas en la zona. [ 92 ]
  • Esté atento a las señales naturales de una tormenta que se aproxima.
  • Cancelar o reprogramar eventos al aire libre (para evitar quedar atrapado al aire libre cuando llegue una tormenta). [ 92 ]
  • Actúa con anticipación para que tengas tiempo de llegar a un lugar seguro. [ 92 ]
  • Refúgiese en un edificio sólido o en un vehículo metálico con techo rígido antes de que llegue el mal tiempo. [ 92 ]
  • Si oyes truenos , ponte a salvo inmediatamente. [ 92 ]
  • Evite las zonas abiertas como cimas de colinas, campos y playas, y no se encuentre cerca de los objetos más altos de la zona cuando haya tormentas eléctricas. [ 89 ] [ 92 ]
  • No se refugie bajo árboles altos o aislados durante tormentas eléctricas. [ 92 ]
  • Si estás en el bosque, mantén la mayor distancia posible entre tú y los árboles durante las tormentas eléctricas. [ 92 ]
  • Si están en grupo, dispérense para aumentar las posibilidades de que haya sobrevivientes que puedan acudir en ayuda de cualquier víctima de un rayo . [ 92 ]

Seguridad

Si bien la seguridad y la preparación a menudo se superponen, la "seguridad ante tormentas eléctricas" generalmente se refiere a lo que las personas deben hacer durante y después de una tormenta. La Cruz Roja Americana recomienda que las personas sigan estas precauciones si una tormenta es inminente o está en curso: [ 88 ]

  • Actúe inmediatamente al oír truenos. Cualquiera que esté lo suficientemente cerca de la tormenta como para oír truenos puede ser alcanzado por un rayo. [ 91 ]
  • Evite los aparatos eléctricos, incluidos los teléfonos con cable. [ 88 ] Los teléfonos inalámbricos y sin cable son seguros para usar durante una tormenta eléctrica. [ 91 ]
  • Cierre y manténgase alejado de ventanas y puertas, ya que el vidrio puede convertirse en un peligro grave con vientos fuertes. [ 88 ]
  • No se bañe ni se duche, ya que las tuberías conducen electricidad.
  • Si va conduciendo, salga de la carretera de forma segura, encienda las luces de emergencia y estacione. Permanezca dentro del vehículo y evite tocar metal. [ 88 ]

El NWS dejó de recomendar la "posición de cuclillas para protegerse de los rayos" en 2008, ya que no proporciona un nivel significativo de protección y no reduce significativamente el riesgo de morir o resultar herido por un rayo cercano. [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]

Sucesos frecuentes

Nube de pared giratoria en Oklahoma

Thunderstorms occur throughout the world, even in the polar regions, with the greatest frequency in tropical rainforest areas, where they may occur nearly daily. At any given time, approximately 2,000 thunderstorms are occurring on Earth.[95]Kampala and Tororo in Uganda have each been mentioned as the most thunderous places on Earth,[96] a claim also made for Singapore and Bogor on the Indonesian island of Java. Other cities known for frequent storm activity include Darwin, Caracas, Manila and Mumbai. Thunderstorms are associated with the various monsoon seasons around the globe, and they populate the rainbands of tropical cyclones.[97] In temperate regions, they are most frequent in spring and summer, although they can occur along or ahead of cold fronts at any time of year.[98] They may also occur within a cooler air mass following the passage of a cold front over a relatively warmer body of water. Thunderstorms are rare in polar regions because of cold surface temperatures.

Some of the most powerful thunderstorms over the United States occur in the Midwest and the Southern states. These storms can produce large hail and powerful tornadoes. Thunderstorms are relatively uncommon along much of the West Coast of the United States,[99] but they occur with greater frequency in the inland areas, particularly the Sacramento and San Joaquin Valleys of California. In spring and summer, they occur nearly daily in certain areas of the Rocky Mountains as part of the North American Monsoon regime. In the Northeast, storms take on similar characteristics and patterns as the Midwest, but with less frequency and severity. During the summer, air-mass thunderstorms are an almost daily occurrence over central and southern parts of Florida.

Energy

How thunderstorms launch particle beams into space

Si se conoce la cantidad de agua que se condensa y posteriormente precipita de una nube, se puede calcular la energía total de una tormenta eléctrica. En una tormenta eléctrica típica, se elevan aproximadamente 5 × 10⁸ kg de vapor de agua, y la cantidad de energía liberada cuando este se condensa es de 10¹⁵ julios . Esto es del mismo orden de magnitud que la energía liberada dentro de un ciclón tropical, y más energía que la liberada durante la explosión de la bomba atómica en Hiroshima, Japón, en 1945. [ 100 ]

Los resultados del Monitor de Estallidos de Rayos Gamma Fermi muestran que los rayos gamma y las partículas de antimateria ( positrones ) pueden generarse en tormentas eléctricas intensas. [ 101 ] Se sugiere que los positrones de antimateria se forman en destellos de rayos gamma terrestres (TGF). Los TGF son breves estallidos que ocurren dentro de las tormentas eléctricas y están asociados con los relámpagos. Los flujos de positrones y electrones chocan a mayor altura en la atmósfera para generar más rayos gamma. [ 102 ] Se estima que alrededor de 500 TGF ocurren cada día en todo el mundo, pero en su mayoría pasan desapercibidos.

Estudios

Tormenta de verano en la campiña polaca del siglo XIX – cuadro de Jozef Chelmonski , 1896, 107 cm (42,1 pulgadas) x 163 cm (64,1 pulgadas), Museo Nacional de Cracovia.

En tiempos más recientes, las tormentas eléctricas han adquirido el papel de curiosidad científica. Cada primavera, los cazadores de tormentas se dirigen a las Grandes Llanuras de los Estados Unidos y las praderas canadienses para explorar los aspectos científicos de las tormentas y los tornados mediante el uso de grabaciones de video. [ 103 ] Los pulsos de radio producidos por los rayos cósmicos se están utilizando para estudiar cómo se desarrollan las cargas eléctricas dentro de las tormentas eléctricas. [ 104 ] Proyectos meteorológicos más organizados como VORTEX2 utilizan una variedad de sensores, como el Doppler on Wheels , vehículos con estaciones meteorológicas automatizadas montadas , globos meteorológicos y aeronaves no tripuladas para investigar tormentas eléctricas que se espera que produzcan clima severo. [ 105 ] Los rayos se detectan de forma remota utilizando sensores que detectan descargas de rayos nube-tierra con  una precisión del 95 por ciento en la detección y dentro de 250 metros (820 pies) de su punto de origen. [ 106 ] 

Mitología y religión

Las tormentas eléctricas influyeron notablemente en muchas civilizaciones antiguas. Los griegos creían que eran batallas libradas por Zeus , quien lanzaba rayos forjados por Hefesto . Algunas tribus indígenas americanas asociaban las tormentas eléctricas con el Pájaro del Trueno , al que consideraban un sirviente del Gran Espíritu . Los nórdicos creían que las tormentas eléctricas ocurrían cuando Thor iba a luchar contra los Jötnar , siendo el trueno y el relámpago el efecto de sus golpes con el martillo Mjölnir . El hinduismo reconoce a Indra como el dios de la lluvia y las tormentas eléctricas. La doctrina cristiana acepta que las tormentas violentas son obra de Dios. Estas ideas seguían vigentes hasta bien entrado el siglo XVIII. [ 107 ]

Martín Lutero estaba dando un paseo cuando comenzó una tormenta eléctrica, lo que lo llevó a orar a Dios para ser salvado y prometer hacerse monje. [ 108 ]

Fuera de la Tierra

Se han detectado tormentas eléctricas en Júpiter, evidenciadas por destellos de relámpagos , y están asociadas con nubes donde el agua puede existir tanto en estado líquido como en estado sólido, lo que sugiere un mecanismo similar al de la Tierra. (El agua es una molécula polar que puede transportar carga, por lo que es capaz de crear la separación de carga necesaria para producir relámpagos). [ 109 ] Estas descargas eléctricas pueden ser hasta mil veces más potentes que los relámpagos en la Tierra. [ 110 ] Las nubes de agua pueden formar tormentas eléctricas impulsadas por el calor que asciende desde el interior. [ 111 ] Las nubes de Venus también podrían ser capaces de producir relámpagos ; algunas observaciones sugieren que la tasa de relámpagos es al menos la mitad que en la Tierra. [ 112 ]

Véase también

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Lecturas adicionales

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  • Davies, JM y RH Johns, 1993: Algunos parámetros de viento e inestabilidad asociados con tornados fuertes y violentos. Parte I: Helicidad y magnitudes de cizalladura media. El tornado: su estructura, dinámica, predicción y peligros (C. Church et al., Eds.), Monografía geofísica 79, Unión Geofísica Americana, 573–582.
  • David, CL 1973: Un objetivo de estimar la probabilidad de tormentas severas . Preimpresión de la octava conferencia sobre tormentas locales severas. Denver , Colorado, Sociedad Meteorológica Estadounidense , 223–225.
  • Doswell, CA III; Baker, DV; Liles, CA (2002). "Reconocimiento de factores negativos para el potencial de clima severo: un estudio de caso" . Pronóstico del tiempo . 17 : 937–954 . doi : 10.1175/1520-0434(2002)017 < 0937:ronmff > 2.0.co ; 2 .
  • Doswell, CA, III, SJ Weiss y RH Johns (1993): Pronóstico de tornados: una revisión. El tornado: su estructura, dinámica, predicción y peligros (C. Church et al., Eds) , Monografía geofísica n.° 79, Unión Geofísica Americana, 557–571.
  • Johns, RH, JM Davies y PW Leftwich, 1993: Algunos parámetros de viento e inestabilidad asociados con tornados fuertes y violentos. Parte II: Variaciones en las combinaciones de parámetros de viento e inestabilidad. El tornado: su estructura, dinámica, predicción y peligros, Geophys. Mongr. , n.° 79, Unión Geofísica Americana, 583–590.
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  • Anatomía de una tormenta eléctrica. Archivado el 18 de febrero de 2006 en Wayback Machine.
  • Revista electrónica de meteorología de tormentas severas
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