Detección
Definimos un mesociclón como una concentración de vorticidad vertical (normalmente ciclónica) de alrededor de 2 a 10 km de diámetro situada en una tormenta convectiva. La vorticidad vertical asociada con el mesociclón suele ser del orden de 10−2 s−1 o mayor. Cabe señalar que un mesociclón no es un ciclón de mesoescala cualquiera: el término se refiere específicamente a los ciclones en las tormentas convectivas. Los mesociclones se encuentran con frecuencia en las supercélulas, junto a la corriente ascendente y a la corriente descendente trasera. A veces, se forman tornados supercelulares en los mesociclones. El radar doppler detecta los mesociclones persistentes que tienen una extensión vertical significativa como señales de mesociclón.
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Señal fuerte de un mesociclón con giro antihorario en niveles bajos, con un claro par simétrico de señales de velocidad entrante/saliente. La rama entrante muestra distorsión (aliasing). El mesociclón está situado cerca de la esquina suroeste del núcleo de reflectividad en niveles bajos de esta supercélula que se mueve hacia la derecha.
Un mesociclón en niveles bajos es un vórtice de escala de tormenta, normalmente con circulación ciclónica, que está en los niveles bajos de una tormenta y satisface la definición de mesociclón. Para detectar esta estructura, lo normal es usar los dos barridos más bajos del radar. Lógicamente, buscaremos el mesociclón en niveles bajos cerca de la corriente descendente trasera y de la corriente ascendente de las tormentas supercelulares. Recuerde que cualquier tormenta que contenga un mesociclón es una tormenta supercelular.
Para que la rotación en la tormenta convectiva pueda clasificarse como un mesociclón, el vórtice, en general, debe cumplir las siguientes condiciones:
- tener dimensiones correspondientes al tamaño de una tormenta (de 2 a 10 km de diámetro),
- tener una profundidad vertical razonable (~3 km),
- tener suficiente duración (dos o más barridos sucesivos) y
- presentar al menos una velocidad rotacional mínima (~15 m s−1).
Estos son los criterios cuantitativos empleados en el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas (National Severe Storms Laboratory, NSSL) y en el Servicio Meteorológico Nacional ( National Weather Service, NWS) de los Estados Unidos para clasificar un vórtice como un mesociclón.
Use este procedimiento para detectar un mesociclón en niveles bajos.
Reflectividad: PPI/Vista en planta
Siga este procedimiento para determinar la ubicación de la corriente ascendente.
- Aumente el ángulo de elevación del barrido hasta que ya no se registren ecos de más de 50 dBZ.
- Descienda una elevación de barrido.
- Centre el cursor en el lado de la cizalladura respecto del núcleo con ecos de más de 50 dBZ. Nota: esto es para tener en cuenta el corrimiento del eco que ocurre entre los barridos más bajos y más altos debido al movimiento de la tormenta y los fuertes vientos en altura.
- Coloque un punto de referencia.
- Descienda hasta los dos niveles más bajos de la tormenta. El punto de referencia debería indicar el lugar donde debería estar el mesociclón. Ahora cambie a datos de velocidad.
Velocidad: PPI/Vista en planta
- Busque máximos locales de velocidad entrante y saliente próximos entre sí cerca del punto de referencia. Los dos máximos de velocidad deberían estar aproximadamente a la misma distancia del radar. Según la componente de movimiento de la tormenta (acercándose o alejándose del radar), es posible que la rotación no se revele como un par simétrico de señales de velocidad entrante/saliente y, de hecho, estas podrían formar un par muy asimétrico. Incluso sin considerar el movimiento de la tormenta, en un marco de referencia centrado en la tormenta, los mesociclones rara vez se manifiestan como pares de señales de velocidad entrante/saliente totalmente simétricas. Esta asimetría se ilustra más adelante, en el apartado «Ejemplos de mesociclones en niveles bajos».
Posibles dificultades en la detección
- Aliasing: las velocidades radiales observadas que superan la velocidad de Nyquist del radar, cuyo valor, por tanto, está desfasado en media longitud de onda, a menudo muestran píxeles con el signo opuesto. De no detectar esta situación, el pronosticador puede pensar que los datos observados se mueven en la dirección contraria a la que realmente siguen, ocultando las posibles señales de un mesociclón.
Mesociclón ciclónico con aliasing de la velocidad entrante (azul oscuro).
- Desplazamiento rápido de los mesociclones: cuando una tormenta avanza rápidamente o el flujo predominante es fuerte, la señal del mesociclón puede ser difícil de reconocer debido a la frecuente asimetría del par de señales de velocidad entrante/saliente. Pueden darse casos en los que la señal entera es saliente (cuando la tormenta se aleja rápidamente del radar) o entrante (cuando se acerca rápidamente al radar). Por ejemplo, la señal puede componerse de velocidades salientes muy fuertes próximas a velocidades salientes menores.
- Datos de velocidad deficientes: la confianza en los píxeles disminuye, especialmente en los valores extremos; el algoritmo de desambiguación para radares que funcionan con técnicas de frecuencia de repetición de pulso dual puede crear erróneamente píxeles «calientes». La comprobación de la continuidad espacial y temporal permite identificar la mayoría de los datos de velocidad así contaminados.
Mesociclón ciclónico en niveles medios con píxeles poco realistas naranja/rojos correspondientes a datos «deficientes». Puede subir y bajar de elevación o ir hacia delante y hacia atrás en el tiempo para ver si estos píxeles «calientes» aparecen y desaparecen de repente, una clara indicación de que no son de origen físico.
- Degradación de la resolución
- Por aumento en la distancia: el muestreo del radar se degrada debido al ensanchamiento del haz, que suaviza cada vez más los gradientes de velocidad pronunciados en el mesociclón.
- Por disminución del tamaño del mesociclón: el muestreo radar del mesociclón se degrada por la misma razón expuesta en el punto anterior; las «minisupercélulas» con pequeños mesociclones son particularmente propensas a este tipo de problema de muestreo («relleno parcial de haz»).
- Tiempo de muestreo del radar: los mesociclones pueden durar alrededor de 20 minutos y ser capturados en un único barrido del radar, que tarda 10 minutos en hacerse.
- Altura del haz: cuando la tormenta está muy lejos del radar, aumenta la probabilidad de que el haz del radar pase por encima de el mesociclón en niveles bajos (además de los problemas de anchura del haz mencionados anteriormente).
Ejemplos de mesociclones en niveles bajos
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Mesociclón con rotación antihoraria en niveles bajos muy claro y compacto, asociado a una supercélula que se mueve hacia la derecha al oeste de Oklahoma City el 24 de abril de 2006. Cuando el entorno de la tormenta es propicio para la formación de tornados, esta señal indica una probabilidad significativa de tornadogénesis.
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Señal de velocidad en la elevación más baja que nuestra el mesociclón de niveles bajos con rotación antihoraria de una supercélula que avanza rápidamente hacia el nordeste (norte de Oklahoma City, 3 de mayo de 1999). Debido al rápido corrimiento de la señal, la rama entrante muestra valores muy débiles, mientras que la rama saliente está muy distorsionada.
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Mesociclón compacto en niveles bajos con rotación antihoraria en una supercélula al norte de Oklahoma City el 3 de mayo de 1999. Observe que el centro de la circulación está situado en la «cola« del extremo suroeste del núcleo principal de reflectividad en niveles bajos.
Estructuras semejantes a los mesociclones en niveles bajos
- Datos de velocidad deficientes: la mayoría de los radares doppler australianos usan dos frecuencias de repetición de pulso con el objeto de aumentar su velocidad de Nyquist. Debido a ello, los datos de velocidad pueden verse afectados por el algoritmo de desambiguación (unfolding), que a veces produce valores extremos que son falsos. Este ejemplo muestra una transición abrupta de píxeles azul claro a valores rojos, lo cual implica una aceleración demasiado grande en una distancia muy pequeña para que pueda ser una situación real. Además, los datos de reflectividad también sugieren que la célula no parece ser severa.
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Píxeles de velocidad corruptos que no indican rotación: suba y baje y vaya hacia delante y hacia atrás para confirmar que esta estructura carece de continuidad, tanto espacial como temporal.
- Solo cizalladura: la velocidad rotacional es inferior a la velocidad mínima requerida según el nomograma de clasificación de los mesociclones (~15 m s−1).
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Una tormenta en fase de intensificación presenta una circulación ciclónica con velocidad rotacional insuficiente para la clasificación de mesociclón, con velocidades salientes de ~6 m s−1 y velocidades entrantes de ~13 m s−1.
- Divergencia/convergencia: se pueden interpretar incorrectamente como una rotación. Observe la presencia de una isolínea blanca entre las señales de divergencia y convergencia.
Esta imagen muestra una señal híbrida entre convergencia y rotación horaria, en la que domina la parte convergente.
- Situación alejada de la corriente ascendente: para identificar una rotación a escala de la tormenta cerca de su corriente ascendente, es preciso identificar un auténtico mesociclón cerca de dicha corriente ascendente. Las señales rotacionales alejadas de cualquier corriente ascendente son, en consecuencia, sospechosas.
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La imagen de velocidad muestra una estructura que podría interpretarse erróneamente como una circulación horaria pequeña pero intensa. La imagen de reflectividad correspondiente confirma que la «circulación» es una señal espuria del radar.
- Sin extensión vertical («vórtice en un solo nivel»): como se explicó en detalle en la definición de mesociclón, un mesociclón requiere una profundidad vertical de alrededor de 3 km.
- Diámetro de circulación excesivamente grande: un área de rotación amplia que excede la distancia de 2 a 10 km puede no representar un auténtico mesociclón y es muy probable que sea el resultado de procesos de escala más grande no relacionados con la inclinación de las líneas de vorticidad horizontal provocada por la corriente ascendente.
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Área de rotación amplia que se extiende a través de todo el flanco norte de la tormenta.
- Falta de persistencia: la persistencia de una señal de mesociclón que no es evidente durante al menos 10 minutos se considera insuficiente para la clasificación de mesociclón.
Los mesociclones son la característica que define las tormentas supercelulares. Para confirmar que se trata de una supercélula y anticiparse a sus posibles movimientos y desarrollos, consulte la sección «Modelos conceptual».