Señales de radar características de tiempo convectivo severo

Detección

Un mesociclón en niveles medios es un vórtice de escala de tormenta (de 2 a 10 km de diámetro), normalmente con circulación ciclónica, que está en los niveles medios de una tormenta convectiva y satisface los requisitos de intensidad mesociclónica y extensión espaciotemporal que se indican más adelante. En esta lección, los «niveles medios» se definen como aquella parte de una tormenta convectiva profunda que está aproximadamente a medio camino entre la base y el tope de la tormenta. El mesociclón también debe estar en el mismo lugar o en proximidad de una corriente convectiva ascendente profunda.

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 son los siguientes:

• Duración: la señal es evidente por lo menos en dos barridos sucesivos de 10 minutos del radar.
• Tamaño horizontal: la señal mide entre 2 y 10 km de diámetro.
• Tamaño vertical: la señal tiene una extensión vertical mínima de 3 km.
• Intensidad: la señal presenta una velocidad rotacional mínima de 15 m s⁻¹ o una vorticidad vertical del orden de 10⁻² s⁻¹ o mayor.
• Posición: la señal está situada en proximidad de una corriente convectiva ascendente profunda.

Siga este procedimiento para detectar una señal de mesociclón en niveles medios.

Reflectividad: PPI/Vista en planta

Siga este procedimiento para determinar la ubicación de la corriente ascendente.

1. Aumente el ángulo de elevación del barrido hasta que ya no se registren ecos de más de 50 dBZ.
2. Descienda una elevación de barrido.
3. 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.
4. Coloque un punto de referencia.
5. Baje el ángulo de elevación hasta los niveles medios de la tormenta. Escoja un punto de referencia en el lugar donde espera que se encuentre 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

• Muestreo del radar
  • Aliasing: los valores de velocidad radial que superan la velocidad de Nyquist (V_N) del radar se reasignan a velocidades radiales distintas y ficticias dentro del intervalo ±V_N. Una vez reasignadas, estas señales se consideran «distorsionadas» y su nuevo aspecto puede ocultar fácilmente el par de señales de velocidad entrante/saliente del mesociclón, como en este ejemplo:

• • 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.
  • Altura del haz: si la tormenta está muy lejos del radar, aumenta la probabilidad de que el haz pase por encima del mesociclón en niveles medios; si la tormenta está muy cerca, el haz puede pasar por debajo del mesociclón en niveles medios.

• 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.
• 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.

Ejemplos de mesociclones en niveles medios

Estructuras semejantes a los mesociclones en niveles medios

• 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.

• Cizalladura débil: la velocidad rotacional es inferior al valor de umbral para un mesociclón de intensidad mínima y se clasifica en el régimen de «cizalladura débil» según el nomograma de clasificación de los mesociclones que se explica en la sección «Diagnóstico».

• Divergencia/convergencia: se pueden interpretar incorrectamente como una rotación. Observe la presencia de una isolínea blanca entre las señales de divergencia y convergencia.

• La señal no coincide con la corriente ascendente: un mesociclón auténtico se debe identificar como una rotación a escala de la tormenta muy próxima a la corriente ascendente.

• Extensión vertical limitada («vórtice en un solo nivel»): por definición, un auténtico mesociclón requiere una extensión vertical de alrededor de 3 km o más.
• Diámetro de circulación excesivamente grande: un área de rotación amplia que excede la distancia de 2 a 10 km probablemente es el resultado de procesos de escala más grande no relacionados con la inclinación de las líneas de vorticidad horizontal provocada por la corriente ascendente.

• Falta de persistencia: para la clasificación de mesociclón, la señal debe ser evidente durante al menos 10 minutos.

 

Modelo conceptual

El mesociclón en niveles medios se puede usar como señal de radar definitiva para identificar las tormentas supercelulares. La presencia de un mesociclón en niveles medios indica rotaciones de pequeña escala en la corriente ascendente de la tormenta o en sus proximidades. Dicho flujo rotacional está asociado a la vorticidad vertical creada por la inclinación de la vorticidad horizontal ambiental (inherente a un entorno de cizalladura vertical) por una intensa corriente convectiva ascendente y su posterior estiramiento por efecto de la aceleración vertical de las burbujas en la corriente ascendente. Encontrará una descripción más completa de estos procesos en el Modelo conceptual de tormentas supercelulares.

Una señal persistente de mesociclón en niveles medios indica una corriente ascendente fuerte y razonablemente constante asociada con una supercélula. Por lo general, las supercélulas pueden producir los cuatro peligros de la convección severa que se usan en Australia para identificar las tormentas severas, siendo el granizo grande y los vientos dañinos los que más probabilidades tienen de ocurrir. Muchos estudios realizados desde los años setenta, entre ellos una climatología de los eventos ocurridos en Estados Unidos en 2007 (Duda y Gallus, 2010), concluyen que las supercélulas no solo provocan tiempo severo con más frecuencia que otros tipos de tormentas, sino que además causan tiempo severo más intenso.

Aunque la presencia de un mesociclón está asociada al riesgo de que la tormenta original genere un tornado, estudios recientes han comprobado que la correlación entre las detecciones de mesociclones en niveles medios y las observaciones de tornados es relativamente baja. Trapp et al. (2005) encontraron que solo alrededor del 15 % de los mesociclones en niveles medios detectados eran tornádicos. Por el contrario, estudios pioneros de los años setenta inicialmente sugerían que nada menos que el 50 % de los mesociclones detectados por el radar fueron tornádicos.

Para evaluar el potencial de que ocurra un tornado es fundamental considerar el entorno cerca de la tormenta, especialmente la cizalladura vertical del viento y la humedad relativa de la capa de 0 a 1 km (Thompson 2003; Craven y Brooks 2002). Además, la evidencia de un mesociclón en niveles bajos es más importante que un mesociclón en niveles medios a la hora de considerar el potencial de que se forme un tornado.

Clasificación de las tormentas

Un mesociclón en niveles medios persistente y significativo es, por definición, parte de una supercélula. En general, para determinar o confirmar la clasificación de la tormenta que está observando, use este diagrama de flujo para escoger el modelo conceptual de tormenta que debería considerar más seriamente.

Diagnóstico

Una vez que identifique con seguridad una señal de mesociclón en niveles medios, utilice esta sección como guía para estimar la severidad de la tormenta asociada. Por lo general, las escalas temporal y espacial de una señal guardan alguna relación con la fuerza de la corriente ascendente. En otras palabras, cuanto más grande y más persistente sea la señal, tanto más vigorosa será la corriente ascendente que la produce. En las señales basadas en la velocidad, normalmente la fuerza de la corriente ascendente se puede evaluar por la magnitud de las velocidades radiales medidas. Para determinar si la severidad de una tormenta está aumentando o disminuyendo, examine su evolución temporal completa. Entre la señal del radar y el desarrollo de las tormentas asociadas puede producirse cierto desfase temporal, como ocurre, por ejemplo, con los tornados generados en las supercélulas durante el colapso de la tormenta original.

Cuando compare varias señales para diagnosticar la severidad relativa, tenga en cuenta que se supone que se hayan obtenido a distancias del radar iguales. En caso contrario, una tormenta detectada a mayor distancia (con un haz más ancho) podría parecer más débil o que está debilitándose, mientras que una detectada más cerca (con un haz más estrecho) podría parecer más vigorosa o que está fortaleciéndose.

Grado de severidad

La severidad de los mesociclones ha sido ampliamente estudiada desde los años setenta. David Andra (1997) y otros integrantes del grupo de apoyo operativo (Operational Support Facility, OSF) desarrollaron un nomograma para el radar doppler de vigilancia meteorológica WSR-88D que normaliza la velocidad rotacional observada para distintos alcances del radar, suponiendo las siguientes características del radar y del mesociclón:

1. el mesociclón se puede aproximar mediante un vórtice combinado de Rankine.
2. la señal tiene un diámetro de alrededor de 6,5 km.
3. el radar tiene un ancho de haz de media potencia efectivo de 0,9 grados.

Para determinar la fuerza de un mesociclón, use el radar doppler de la siguiente manera:

1. Lea las velocidades máximas entrante y saliente (p. ej., valor entrante de −25 m s⁻¹ y valor saliente de +15 m s⁻¹). Si el par de señales de velocidad entrante/saliente no presenta signo opuesto (es decir, los dos valores extremos de velocidad son ambos entrantes o salientes), lea ambos valores «extremos» (p. ej.: señales de 35 m s⁻¹ y 5 m s⁻¹, ambas salientes).
2. Sume los dos valores absolutos de velocidad y divida el resultado entre 2 para obtener la fuerza de la velocidad rotacional. El primer ejemplo de arriba produce una velocidad rotacional de:
   V_r = (|–25| + 15) / 2 = 20 m s⁻¹.
   Para el segundo caso de arriba (sin cambio de signo):
   V_r = (35 + 5) / 2 = 20 m s⁻¹.
3. Determine la distancia entre el centro del mesociclón y el radar (en km).
4. Use la velocidad rotacional y la distancia al radar para determinar la fuerza del mesociclón en el nomograma.

Una limitación de este nomograma es que es específicamente para los mesociclones con un diámetro de ~6,5 km (3,5 millas náuticas). Es importante ser consciente de esta limitación, ya que el nomograma podría subestimar o sobrestimar la intensidad de los mesociclones con diámetros considerablemente mayores o menores que 6,5 km. Además, la clasificación es subjetiva y depende de la anchura del haz del radar.

Después de clasificar la intensidad del mesociclón, asegúrese de que la rotación detectada en el radar cumpla el resto de los criterios de definición de mesociclón:

• diámetro < 10 km
• extensión vertical > 3 km
• persistencia > 10 min

El nomograma de clasificación de los mesociclones es una herramienta de evaluación subjetiva. El mesociclón en niveles medios es una de las pocas señales de radar que indican directamente que conviene emitir un aviso de tormenta severa, basándose en la lectura directa de la intensidad del mesociclón y en la estrecha conexión con las tormentas supercelulares. En general, sin embargo, la información del radar nunca debe usarse de manera aislada y siempre se debe considerar junto con la información sobre el entorno cerca de la tormenta y cualquier otro dato que esté disponible.

Peligros convectivos más probables

Si se ha determinado que una tormenta es severa y posee un mesociclón en niveles medios, considere la posibilidad de incluir los siguientes peligros convectivos en el aviso de tormenta severa:

• Vientos destructivos: los mesociclones son un indicador de una tormenta supercelular capaz de producir corrientes descendentes muy fuertes. La clasificación supercelular implica considerar la posibilidad de vientos destructivos antes que vientos dañinos (excepción: si diagnostica con seguridad una supercélula elevada. Esto se debe a que las corrientes descendentes de las supercélulas elevadas suelen estar bastante aisladas de la superficie por una capa profunda de aire potencialmente frío).
• Granizo grande: una corriente ascendente particularmente fuerte tiene el potencial de producir granizo grande, siempre que la corriente ascendente llegue hasta la capa del crecimiento del granizo, de −10 ºC a −30 ºC. La clasificación supercelular de la tormenta implica considerar la posibilidad de granizo gigante.
• Precipitación intensa capaz de provocar crecidas repentinas: las crecidas repentinas no son un peligro que se asocia automáticamente a las supercélulas, especialmente las tormentas pequeñas o rápidas. Las supercélulas tienden a ser productoras de precipitación relativamente poco eficientes, pero también procesan enormes cantidades de vapor de agua. El resultado de estos dos fenómenos contradictorios en términos de lluvias intensas es que las crecidas repentinas son más probables con las supercélulas más grandes o más lentas.
• Tornados: solo alrededor del 15 % de los mesociclones en niveles medios están asociados con la tornadogénesis, según Trapp et al. (2005). Sin embargo, el riesgo de un tornado supercelular se debe considerar, especialmente en entornos con humedad relativa alta en la capa límite y con cizalladura fuerte en la capa de 0 a 1 km.

Consulte los «Modelos conceptuales de los tipos de tormentas», donde encontrará explicaciones detalladas de las razones para incluir ciertos tipos particulares de tiempo severo.