Definición de supercélula
Las supercélulas son tormentas convectivas, normalmente duraderas, intensas y relativamente grandes, y a menudo con un movimiento anómalo, que producen una fracción desproporcionada del tiempo convectivo severo. Las supercélulas presentan una rotación profunda tanto dentro como cerca de la corriente ascendente de la tormenta, llamada mesociclón. Para poder clasificar la rotación asociada con una tormenta convectiva como un mesociclón, en general el vórtice debe cumplir las siguientes condiciones:
- tener las dimensiones de una tormenta (de 2 a 10 km de diámetro),
- tener una profundidad vertical razonable (~3 km),
- tener una duración suficiente (dos o más barridos sucesivos del radar) y
- presentar algún criterio mínimo de intensidad (velocidad rotacional de ~15 m s−1
o vorticidad vertical de ~10−2 s−1).
Modelo conceptual de la formación y evolución de una supercélula
La evolución inicial de una corriente ascendente persistente en una capa profunda con cizalladura puede variar según el tipo de perfil vertical de cizalladura. Cuando la cizalladura vertical es unidireccional, la corriente ascendente inclina la vorticidad horizontal inherente al perfil vertical de vorticidad hacia la vertical y crea un par de centros de vorticidad vertical de signo opuesto, es decir, dos vórtices de rotación contrarios.
Fig. 1. Inclinación de la líneas de vórtices horizontales debido a la corriente ascendente con cizalladura unidireccional.
Esos vórtices, que están vinculados con bajas dinámicas, se forman inicialmente en los flancos derecho e izquierdo de la corriente ascendente. En las bajas presiones creadas por perturbaciones de presión inducidas por la rotación relacionadas con las circulaciones que acabamos de describir (bajas creadas por perturbaciones de presión no lineales), la perturbación de la presión es proporcional y de signo contrario al cuadrado de la vorticidad vertical (ver Bluestein 1993, pág. 468).
En estas bajas de escala de tormenta, las presiones más bajas se dan en niveles medios, donde la corriente ascendente es más fuerte y, por tanto, también es más pronunciada la inclinación de la vorticidad horizontal.
Fig. 2. Modelo conceptual de la formación de las bajas dinámicas de escala de tormenta asociadas a la circulación en niveles medios cerca de los flancos de la corriente ascendente.
El resultado es que la perturbación crea un gradiente de presión más intenso debajo de ambos vórtices, cuya fuerza se dirige hacia arriba, lo cual fomenta el desarrollo de nuevas corrientes ascendentes cerca del centro de cada vórtice de niveles medios (fig. 2). Este desarrollo en los flancos derecho e izquierdo ensancha la corriente ascendente original ya que, flanqueada por las dos nuevas corrientes ascendentes fuertes, desarrolla un gradiente de presión vertical dirigido hacia abajo. Este, apoyado por los efectos de enfriamiento vinculados al núcleo de precipitación y su descenso, puede conducir a la partición o división de la tormenta (fig. 3).
Fig. 3. Esquema del crecimiento preferente de la corriente ascendente cerca de las bajas laterales que conduce al comienzo de la división en dos tormentas.
Dado un perfil de cizalladura unidireccional, las dos tormentas resultantes tendrán intensidades equivalentes y avanzarán una hacia la derecha y la otra hacia la izquierda, siendo el movimiento hacia la izquierda preferencial para hodógrafas con giro antihorario y el movimiento hacia la derecha preferencial para hodógrafas con giro horario (fig. 4).
Fig. 4. Esquema de la tendencia de propagación de las supercélulas en función de la forma de la hodógrafa.
La relación entre el movimiento hacia la izquierda o la derecha y la curvatura de la hodógrafa se explica mediante un segundo mecanismo que relaciona la creación de los patrones de perturbación de la presión en la corriente ascendente y sus alrededores con la cizalladura de capa profunda. Bluestein (1993, págs. 463-465) desarrolla una segunda expresión que establece que la perturbación de la presión a la escala de la tormenta está relacionada con la proyección del vector cizalladura vertical del entorno hacia el gradiente de velocidad vertical asociado a la corriente ascendente:
Esta perturbación de la presión inducida por la cizalladura del entorno también se puede denominar perturbación lineal de la presión. De forma análoga a la perturbación no lineal de la presión que se crea en los centros de rotación de escala de tormenta, la perturbación lineal de la presión es máxima cerca de la periferia de la corriente ascendente y sigue un patrón de «altas del lado de proveniencia y bajas del lado de propagación de la cizalladura» (fig. 5):
Fig. 5. Patrón de la disposición de la perturbación lineal de la presión asociada a un perfil de cizalladura vertical unidireccional. La perturbación establece altas en el lado de proveniencia de la cizalladura y bajas en el lado de propagación de la cizalladura.
La disposición de las perturbaciones lineales de la presión en una hodógrafa curvada cambia con la altura, debido al cambio de orientación del vector cizalladura con la altura. Además, en la corriente ascendente las velocidades verticales más altas —y, por lo tanto, los gradientes horizontales más marcados— ocurren en los niveles medios. Las perturbaciones lineales establecen las altas y bajas presiones más intensas en esos niveles. En una hodógrafa con giro antihorario (hacia la izquierda), la baja dominante inducida por la perturbación en niveles medios se encuentra en el flanco norte de la corriente ascendente, lo cual estimula la propagación de la tormenta hacia el norte y, dado un flujo predominante del oeste, un movimiento general hacia la izquierda, como se describe en la figura 6.
Fig. 6. Cambios en la disposición de las altas y bajas presiones creadas por la perturbación lineal alrededor de una corriente ascendente en un ambiente con una hodógrafa con giro antihorario. Las flechas amarillas muestran el vector cizalladura vertical del entorno en cada nivel y las flechas rojas muestran el correspondiente gradiente horizontal de las velocidades verticales de la corriente ascendente. La perturbación lineal induce la baja más fuerte en los niveles medios, en el flanco norte, donde estimula la formación de nuevas corrientes ascendentes y, por tanto, un movimiento general hacia la izquierda (es decir, hacia el noreste dado un viento medio del oeste).
Una vez que la tormenta se aleje de la hodógrafa —ya sea debido a efectos de cizalladura lineal o no lineal o a la propia curvatura de la hodógrafa—, la inclinación de la vorticidad horizontal del entorno que se muestra en la figura 7a cambia. Al salir de la hodógrafa, la vorticidad horizontal del entorno se alinea más bien con el vector flujo de entrada relativo a la tormenta (fig. 7b), el cual, una vez inclinado, conduce a la formación de una vorticidad vertical con un signo dominante, en vez de un par de vórtices como los que se muestran en la fig. 5. Cuando el vector vorticidad apunta a través del flujo de entrada relativo a la tormenta, hablamos de vorticidad perpendicular o transversal; cuando está alineado con el flujo, constituye la vorticidad paralela. El potencial de intensificación de las tormentas que se mueven hacia la derecha o la izquierda es mucho mayor, porque adquieren una cantidad de vorticidad paralela mayor que las células cuyo movimiento no es anómalo.
Fig. 7. Inclinación de la vorticidad perpendicular o transversal (a) y de la vorticidad paralela (b).
Integrando a lo largo de toda la capa del flujo de entrada de una tormenta (se considera que son 3 km), la cantidad total de vorticidad paralela adquirida por el flujo de entrada se conoce como «helicidad relativa a la tormenta» (Davies-Jones 1984, 1990).