Entorno y propagación de los sistemas convectivos de mesoescala
Aunque los sistemas convectivos de mesoescala normalmente se desarrollan linealmente con una zona de precipitación estratiforme trasera, también son comunes los sistemas convectivos de mesoescala que presentan una zona de precipitación estratiforme paralela o una zona de precipitación estratiforme delantera, como se ilustra en este resumen esquemático de las descripciones de Parker y Johnson (2000).
Representación esquemática de los tres arquetipos de SCM descritos por Parker y Johnson (2000). El lado izquierdo muestra el perfil vertical del viento medio en cada capa relativo a la tormenta antes de la formación del sistema para las tres clases de SCM. El vector viento se representa con las componentes paralela (X) y perpendicular (→) a la línea en m s−1. Las capas son las de 0–1, 2–4, 5–8 y 9–10 km. El lado derecho de la figura muestra los patrones de reflectividad radar conceptuales para cada uno de los tres tipos de SCM. Observe que el patrón de reflectividad de madurez del tipo de precipitación estratiforme trasera corresponde específicamente al hemisferio sur, donde el efecto de Coriolis conduce a la intensificación de esta zona de precipitación en el extremo sur de la línea convectiva.
La tabla 1 resume brevemente las principales características de los tres tipos de sistemas convectivos de mesoescala, cuya formación depende principalmente del flujo relativo al sistema en varios niveles:
| Entorno y características de los arquetipos de sistema convectivo de mesoescala (SCM) | |||
|---|---|---|---|
| Precipitación: | Estratiforme delantera (ED) | Estratiforme paralela (EP) | Estratiforme trasera (ET) |
| Flujo relativo al sistema en los niveles más altos | Desde atrás hacia delante | Fuertemente paralelo a la línea | Desde delante hacia atrás |
| Flujo relativo al sistema en los niveles más bajos | Desde delante hacia atrás y paralelo | Fuertemente desde delante hacia atrás | Fuertemente desde delante hacia atrás |
| Intensidad de la bolsa de aire frío | Débil | Moderada | Fuerte |
| CAPE (J kg−1) | 1009 | 813 | 1605 |
| Velocidad de propagación (m s−1) | 7,1 | 11,4 | 13,0 |
| Duración media (h) | 6,5 | 6,3 | 12,2 |
| Frecuencia (% de todos los SCM) | 20 % | 20 % | 60 % |
Tabla 1. Resumen de varias características de los sistemas convectivos de mesoescala lineales. Adaptado de Parker y Johnson (2000).
Propagación de los sistemas convectivos de mesoescala
Normalmente, las multicélulas no se limitan a avanzar con el flujo predominante (definido como el viento medio ponderado por la masa en la capa de desarrollo de las nubes, entre el nivel de condensación por ascenso y el nivel de equilibrio), sino que su vector movimiento posee una componente de propagación que está controlada por el inicio de células nuevas en un flanco preferencial, especialmente en las tormentas multicelulares más organizadas. La figura 1 muestra cuatro de los principales mecanismos físicos que determinan un flanco preferencial en relación con una bolsa de aire frío preexistente.
Fig. 1. Descripción conceptual de los cuatro procesos físicos principales que determinan un flanco preferencial para el inicio de nuevas corrientes ascendentes a lo largo del borde de la bolsa de aire frío de una multicélula. Esta preferencia direccional del inicio de las células también controla la componente de propagación del vector movimiento total del sistema (recuerde: movimiento = advección + propagación). Los cuatro mecanismos ilustrados son:
1. propagación hacia el vector cizalladura
2. propagación por convergencia en niveles bajos
3. propagación hacia un eje de inestabilidad de superficie
4. propagación por interacciones entre fronteras
Varios mecanismos de propagación pueden afectar simultáneamente a una multicélula individual e incluso pueden conducir a la división del sistema original.
Caso de propagación básico: sin cizalladura en niveles bajos
Basándose en simulaciones numéricas ideales, Rotunno et al. (1998) encontraron que cuando la cizalladura en niveles bajos es nula, el aire relativamente cálido en el exterior de la bolsa de aire frío solo podría ascender hasta el límite superior de la bolsa de aire frío y luego se desplazaría a lo largo de dicha superficie. Si el espesor de la bolsa de aire frío supera el nivel local de convección libre (fig. 2: NCL 1), el inicio podría ocurrir en cualquier lugar aleatorio a lo largo del límite de la bolsa de aire frío. Si el nivel local de convección libre está situado a buena distancia por encima del espesor de la bolsa de aire frío (fig. 2: NCL 2), el ascenso será insuficiente para iniciar una célula nueva.
Fig. 2. Modelo conceptual sin flanco preferencial para el inicio de células nuevas a lo largo del límite de la bolsa de aire frío de una multicélula preexistente en un escenario sin cizalladura, según se explica en Rotunno et al. (1988).
Mecanismo de propagación 1: hacia el vector cizalladura
Cuando la cizalladura en niveles bajos a través del espesor de la bolsa de aire frío (digamos 3 km) es distinta de cero, las circulaciones asociadas a la bolsa de aire frío y el perfil de cizalladura interactúan constructivamente en el lado de propagación de la cizalladura de la bolsa de aire frío, donde crean las condiciones más propicias para el ascenso de las burbujas de superficie. Si el ascenso es suficiente para que la burbuja alcance el nivel local de convección libre (fig. 3: NCL 2; fig. 2: NCL 1) es posible que comience a formarse una célula nueva.
Fig. 3. Modelo conceptual que identifica el flanco preferencial para la iniciación de células nuevas a lo largo del límite de la bolsa de aire frío de una multicélula preexistente en un entorno con cizalladura en niveles bajos, como se explica en Rotunno et al. (1988).
Se supone que las dos circulaciones tengan magnitudes similares, es decir, que la bolsa de aire frío y la cizalladura estén en equilibrio. Al aplicar este concepto, hay que tener en cuenta dos asuntos: la fragilidad del equilibrio de circulación entre la bolsa de aire frío y la cizalladura en niveles bajos y la posible influencia de los otros mecanismos de ascenso que se describen a continuación.
Mecanismo de propagación 2: por convergencia en niveles bajos
Es probable que en el lugar donde una potente corriente en chorro en niveles bajos incide en la bolsa de aire frío se forme una zona de convergencia importante en niveles bajos y que las burbujas se eleven sobre la bolsa de aire frío. Gracias a dicho ascenso, ese lugar se convierte en el flanco preferencial para el inicio de una célula nueva y, por lo tanto, debería producir una propagación del sistema equivalente a −J, es decir, hacia la corriente en chorro en niveles bajos.
Los estudios de Corfidi et al. (1996; 2003) intentaron cuantificar el movimiento general de los sistemas convectivos de mesoescala (SCM) sujetos al tipo de propagación descrito (fig. 4). Para adecuarse al vector movimiento de las multicélulas observadas (V), los estudios distinguen entre sistemas de propagación en contra y a favor del viento. En las multicélulas que se propagan en contra del viento (fig. 4 A), el vector movimiento total V es el vector suma del flujo predominante S y la componente negativa del flujo relativo a la tormenta en niveles bajos −J. En las multicélulas que se propagan a favor del viento (fig. 4 B), se puede aproximar V como la suma del doble del flujo predominante y de la componente negativa del flujo relativo a la tormenta en niveles bajos.
Fig. 4. Vector movimiento total V estimado para multicélulas que se propagan en contra del viento (A) y a favor del viento (B), según Corfidi et al. (1996). S es el flujo predominante (viento promedio ponderado por la masa en la capa de desarrollo de las nubes) y −J es la componente negativa del máximo del flujo relativo de la tormenta en niveles bajos.
La aplicación de la técnica de estimación del vector movimiento total del sistema multicelular V a los pronósticos y las predicciones a muy corto plazo (nowcast) debería ayudar a evaluar el riesgo de crecidas repentinas que representan los sistemas retrógrados (más probable en el caso A, de propagación en contra del viento) o el riesgo de vientos dañinos que representan los sistemas que se propagan hacia delante, en los que se suman los vectores del viento medio y de la propagación (más probable en el caso B, de propagación a favor del viento). En general, incluso los sistemas que inicialmente exhiben propagación retrógrada maduran y se convierten en sistemas con propagación hacia delante a medida que su bolsa de aire frío se fortalece.
Mecanismo de propagación 3: hacia un eje de inestabilidad de superficie
Mediante una modelización, Richardson (1999) encontró que en el lugar donde un eje de altos valores de punto de rocío en superficie (que equivale a un nivel de convección libre bajo) se interseca con el límite de la bolsa de aire frío, se produce un flanco preferencial para el inicio de nuevas células donde un ascenso menos profundo es suficiente para su creación. Esta preferencia puede conducir a la propagación de la multicélula hacia el eje de inestabilidad.
Mecanismo de propagación 4: por interacciones entre fronteras
Los puntos de intersección de fronteras, como el límite de la bolsa de aire frío de una multicélula y una línea de convergencia externa, son puntos privilegiados para el inicio del desarrollo de una célula nueva (Purdom 1976; Wilson y Schreiber 1986; Fankhauser et al. 1995; Hane et al. 1997; Koch y Ray 1997; Mahoney 1988). Esta nueva convección «de triple interacción» probablemente crearía una bolsa de aire frío que se fusionaría luego con la bolsa de aire frío de la multicélula original, posiblemente «anclando» la célula original a dicho punto de triple interacción de tal manera que siga el movimiento del punto en vez de moverse con el flujo predominante (Weaver 1979).