¿Qué es una tormenta y cuáles son sus características?
Llamamos «tormenta» al evento meteorológico que consiste en el desarrollo de una o más nubes de gran crecimiento vertical y su posterior electrificación.
Estas nubes, a veces llamadas coloquialmente “nubes de tormenta”, se conocen con el nombre de «cumulonimbus», y se caracterizan principalmente por alcanzar alturas superiores a los 10 km, además de tener una gran extensión horizontal que también puede ser de varios kilómetros. Por otra parte, y no menos importante, son las únicas nubes que pueden presentar actividad eléctrica, debido a que el proceso de electrificación requiere una cierta organización interna que no se logra en otro tipo de nube.
Más allá de las manifestaciones eléctricas que nos permiten definir a una tormenta (rayos, truenos y relámpagos), estas suelen presentarse acompañadas por una variedad de fenómenos meteorológicos, como lluvia, granizo o ráfagas de viento. En algunas ocasiones, las tormentas pueden pueden tener varios de estos fenómenos asociados, pero no se necesita ninguno de ellos para ser consideradas como tal.
Debido a su gran extensión vertical, las cumulonimbus están formadas tanto por gotitas de agua (en niveles inferiores) y cristales de hielo (en niveles superiores, donde las temperaturas son menores a los 0ºC). Por otra parte, los movimientos de partículas en su interior están dominados principalmente por dos corrientes, una ascendente, asociada a masas de aire se elevan desde la superficie, y otra descendente, provocada por la caída de hidrometeoros (como gotas de lluvia o granizo).
Si estamos a la distancia correcta, podemos reconocer fácilmente una cumulonimbus. No solo por sus dimensiones o la presencia de rayos, sino también por su peculiar forma que se asemeja a la de un yunque, con su base generalmente entre los 2 y 3 km de altura y su “techo” coincidente con el nivel de la tropopausa. También suele contar con otros atributos distintivos, como, por ejemplo, una especie de “cúpula” en su tope (por encima del techo), conocida como «overshooting», o un patrón nuboso en forma de banda ubicado en su extremo inferior, asociado a la presencia de un «frente de ráfagas».
¿Cómo se forman las tormentas?
Las tormentas se desarrollan en situaciones de mucha inestabilidad atmosférica, con ascensos muy significativos de parcelas de aire húmedo desde la superficie, que, además de aportar el vapor de agua necesario para la condensación (proceso físico por el que se forman las nubes), provocan una corriente vertical intensa que hace posible el crecimiento (hacia arriba) típico de las cumulonimbus.
El proceso que da inicio a la formación de una tormenta se conoce como «convección», y consiste en el ascenso de aire cálido desde los niveles más bajos de la troposfera como consecuencia de un calentamiento sobre la superficie, gracias a la incidencia de la radiación solar. Esto genera un aumento de la temperatura en el aire más próximo al suelo, que se vuelve menos denso que el entorno y, por lo tanto, se eleva. A su vez, esto produce una disminución de la presión en superficie, por lo que se genera un área caracterizada por la inestabilidad atmosférica, donde el aire converge y asciende, algo imprescindible para el desarrollo de cualquier tipo de tormenta. Cabe aclarar que los ascensos también pueden ser motivados por otros factores, como la presencia de una zona frontal o la orografía. En cualquiera de los casos, la combinación de estos factores favorece la formación de tormentas.
Una vez formadas, las tormentas pueden variar en la duración, tamaño, estructura e intensidad, pudiendo generar desde breves chubascos hasta precipitaciones torrenciales muy persistentes o incluso tornados con gran potencial destructivo. La severidad de los fenómenos asociados dependerá en gran parte del grado de inestabilidad que presente la capa de aire, además de otros factores como la humedad, la temperatura, la presión y la cortante vertical del viento (o “cizalladura”).
En resumidas cuentas, podemos decir que las tormentas se desarrollan cuando existe una combinación adecuada de ciertos factores atmosféricos, que, a su vez, determinan el tipo de fenómenos asociados, la extensión del sistema nuboso, el grado de severidad, etc.
Tipos de tormentas
Existen diferentes tipos de tormentas, que van desde estructuras y procesos de formación relativamente sencillos hasta sistemas nubosos mucho más complejos, severos y de mayor alcance. Como se explicó anteriormente, las características de una tormenta dependen de cómo se combinan determinados factores atmosféricos, que pueden permitirle una mayor organización y tiempo de vida, o bien, un rápido desarrollo y decaimiento.
Entre los distintos tipos de tormentas, de menor a mayor organización, encontramos: tormentas de masa de aire, tormentas multicelulares y tormentas supercelulares.
- Tormentas de masa de aire
Son las más simples de todas. Las tormentas de masas de aire son tormentas unicelulares, es decir, formadas por una única celda convectiva (una única nube cumulonimbus). Se caracterizan por ser de corta duración, con un ciclo de vida que generalmente va de 30 a 50 minutos, y tener una extensión horizontal menor a 1 km. También se diferencian por desarrollarse en entornos donde la cortante vertical del viento es bastante débil, lo que no le permite lograr una estructura más compleja. Por tal motivo, rara vez llegan a ser severas.
Estas tormentas se componen de una única corriente ascendente y una única corriente descendente, y su desarrollo se puede dividir en 3 etapas bien diferenciadas: crecimiento, madurez y disipación.
- Crecimiento: Esta etapa inicia con los primeros movimientos ascendentes de aire húmedo que, paulatinamente, dan lugar a la formación de una nube «cúmulus». Esto ocurre gracias a la condensación del vapor de agua que se produce en altura, donde el aire proveniente de niveles inferiores se expande y se enfría, provocando el cambio de estado (de vapor a gotitas de agua). De esta manera, se genera un conglomerado de nubes que crece hacia arriba. Luego de un tiempo, gracias al movimiento de las parcelas de aire, se establece la corriente ascendente en el interior de la nube. Durante esta etapa no hay precipitación ni actividad eléctrica.
- Madurez: En esta etapa comienzan las precipitaciones y la actividad eléctrica, y la tormenta alcanza su máxima intensidad. Una vez que el tope de la nube se encuentra por encima del nivel de congelamiento (donde las temperaturas son menores a 0ºC), los cristales de hielo se forman cada vez más rápido y alcanzan mayores tamaños, lo que les permite adquirir el peso suficiente como para vencer a la corriente ascendente (que los mantiene en suspensión) y precipitar. La caída de hidrometeoros arrastra parte del aire hacia abajo, y, en consecuencia, induce una corriente descendente en el interior de la nube. En conjunto, el par de corrientes ascendente y descendente conforman una celda madura de tormenta. A esta altura del proceso, el tope de la nube ya se encuentra en el nivel de la tropopausa, y la intensidad de las precipitaciones y la actividad eléctrica es máxima. También, con el aire frío que desciende de la tormenta, cerca de la superficie se forma un frente de ráfagas, que avanza horizontalmente sobre el aire más cálido del entorno.
- Disipación: En general, después de unos 30 minutos, la tormenta comienza a disiparse. Esto ocurre cuando la corriente ascendente es desplazada de la nube por el frente de ráfagas, por lo que el interior de la tormenta queda dominado solamente por la corriente descendente. En otras palabras, se interrumpe el suministro de energía de la tormenta, por lo que ya no puede continuar su desarrollo. En consecuencia, la actividad eléctrica se detiene, y, gradualmente, las precipitaciones también.
- Tormentas multicelulares
Son tormentas más complejas que las de masa de aire, ya que contienen varias celdas, cada una en una etapa diferente de su ciclo de vida. Se forman en regiones donde la cortante vertical del viento es moderada a fuerte, lo que produce una inclinación de la corriente ascendente sobre la corriente descendente, evitando así el proceso de disipación típico de las tormentas unicelulares.
Gracias a que estas tormentas no experimentan una interrupción tan rápida del suministro de energía, dado que la precipitación no cae sobre la corriente ascendente (debido a su inclinación) el frente de ráfagas persiste lo suficiente como para provocar nuevos ascensos de aire cálido y húmedo desde la superficie que dan lugar a nuevas celdas que, a su vez, también se desarrollan hasta alcanzar la madurez.
El tiempo de vida de una tormenta multicelular puede ser de varias horas, y mientras más dure mayor será la probabilidad de que se vuelva severa. Cuando esto ocurre, la corriente ascendente se intensifica lo suficiente como para penetrar las capas inferiores de la estratosfera, dando lugar al ya mencionado “overshooting” por encima del techo de la nube. Otro signo de intensidad es la presencia de nubes “mammatus”, que se forman cuando el aire que asciende de manera intensa se desvía horizontalmente en los niveles superiores y luego se “hunde” hacia abajo.
- Tormentas supercelulares
Las tormentas supercelulares o “superceldas” son las más complejas y organizadas, también son las de mayor tamaño y tiempo de vida (por lo general varias horas). Se desarrollan en entornos caracterizados por una fuerte cortante vertical del viento, lo que provoca, al igual que en las tormentas multicelulares, la inclinación de la corriente ascendente con la altura, evitando así la interrupción por parte de la corriente descendente (originada por el arrastre de las precipitaciones en la etapa de madurez), como sucede en las tormentas de masa de aire.
En el caso de las tormentas supercelulares, la cortante del viento es tan fuerte que no solamente logra inclinar a la corriente ascendente, sino que también le induce una rotación sobre su propio eje. Esta columna de aire rotante se conoce con el nombre de «mesociclón», y es quizás el rasgo más distintivo de este tipo de tormentas.
Las superceldas se caracterizan por tener una corriente ascendente muy intensa, lo que resulta favorable para mantener en suspensión al granizo de gran tamaño, que en otros tipos de tormentas caería a la superficie sin la posibilidad de crecer tanto (dado que las corrientes ascendentes son más débiles). Es por este motivo que las tormentas supercelulares son sinónimo de tiempo severo. Además, consecuentemente a la caída de hidrometeoros con tamaño considerable, también poseen una fuerte corriente descendente que da lugar a vientos muy intensos en superficie, y, eventualmente, pueden llegar a producir tornados.
¿Qué son los sistemas convectivos de mesoescala?
Los sistemas convectivos de mesoescala son grandes conglomerados de tormentas multicelulares que se desplazan lentamente como una única estructura, dejando fenómenos de tiempo severo a su paso, como lluvias fuertes, ráfagas intensas, granizo de gran tamaño y una importante actividad eléctrica.
Presentan un grado de organización mucho mayor que cualquier tipo de tormenta, a tal punto que en su interior se pueden encontrar dos zonas bien diferenciadas, una caracterizada por la ocurrencia de lluvia continua y estratiforme (donde pueden existir algunas tormentas embebidas) y otra totalmente dominada por la presencia de tormentas maduras muy intensas y potencialmente severas.
Estos sistemas se caracterizan principalmente por cubrir un área aproximadamente circular, con una extensión horizontal que puede alcanzar los cientos de kilómetros y un tiempo de vida capaz superar las 24 horas en casos extremos. La clave de su duración se encuentra en su interior, donde las tormentas multicelulares que lo conforman se regeneran constantemente gracias a la liberación contínua de calor latente (fuente de energía), a través de la condensación de vapor.
El impacto social que pueden tener los sistemas convectivos de mesoescala supera ampliamente al de cualquier tipo de tormenta individual, en lo que a daños materiales y pérdidas humanas se refiere.
En particular, estos sistemas suelen afectar grandes áreas de superficie con lluvias torrenciales y contínuas, dando lugar a inundaciones (en algunos casos repentinas). La causa de esto (además de los factores atmosféricos que influyen, como la inestabilidad del aire y la humedad disponible) es su lento desplazamiento, que no suele superar los 40 km/h. Esto, combinado a su regeneración constante, permite que los fenómenos persistan sobre una misma zona durante un tiempo considerable, por lo que, si de lluvias hablamos, los acumulados que se registren tenderán a ser muy altos.