Cómo pueden los rayos alertarnos sobre la “severidad” de una tormenta

Los rayos aparecen desde las tormentas simples a los grandes complejos de tormentas, como los Sistemas Convectivos de Mesoescala, SCM. Los más grandes pueden generar muchos miles de rayos por hora.

Además de ser un peligro en sí mismo, los rayos pueden servir como un dato muy útil para analizar y diagnosticar lo rápido que una tormenta se está desarrollándose, fortaleciéndose, o disipándose. Hay usuarios que en los periodos de fuertes tormentas solo están interesados en los datos de rayos por su alto impacto en su toma de decisiones.

Nuevas herramientas se han desarrollado para ayudar a los meteorólogos y predictores cuando una situación convectiva adversas se puede presentar en pocas horas.

El rayo y la precipitación

Oír un trueno o ver un relámpago cercano es presagio de precipitación, en términos generales y según el saber popular. Si la frecuencia de los rayos aumenta y es muy elevada, estaremos cerca de un acontecimiento de lluvia yo granizo.

Pero esta relación no es directa y proporcional. Así y en un extremo, las tormentas secas generan muchos rayos y poca precipitación. En el otro están los fenómenos convectivos de precipitaciones eficientes con mucha precipitación y pocos rayos (a veces ninguno).

Redes de detección de descargas eléctricas

Durante décadas, esta evidencia anecdótica y subjetiva no podía ser examinada de forma fiable y objetiva. El advenimiento de los sistemas de detección de rayos en la década de 1980 significó que los rayos podrían ser cuantificados por primera vez.

La mayor parte de los países están ahora cubierto por una red de sensores que detectan la posición y el momento de un rayo de nube a tierra (GC, Ground-to-Cloud) mediante la medición de las señales electromagnéticas liberadas a nivel del suelo. Incluso hay redes globales de detección de descargas.

También hay conjuntos de redes de detección de descargas regionales que detectan descargas entre nubes (IntraCloud, ICs) mediante la detección de la radiación de muy alta frecuencia liberada en cada destello zigzagueante.

En conjunto, estos sistemas permiten detectar las descargas totales (GC-IC) y cuantificarlas. Algunos de los primeros trabajos utilizando estos datos encontraron conexiones significativas con el tiempo adverso en superficie.

Usos prometedores de los datos de rayos

Se han hechos estudios locales sobre los efectos de los rayos y el tiempo en superficie. Así, un estudio de 1989 dirigido por Don MacGorman (Laboratorio Nacional de Tormentas Severo) encontró que la tasa total de rayos en una tormenta de Oklahoma alcanzó su punto máximo alrededor de 5 minutos antes de que desarrollara un tornado. En otro estudio inicial, Steven Goodman (NOAA / NESDIS) y sus colegas descubrieron un aumento en la velocidad de destello total de una tormenta eléctrica en Alabama que precedió granizo pequeño y frente de racha por varios minutos. Goodman y Patrick Gatlin (Universidad de Alabama en Huntsville) también desarrollaron el primer algoritmo diseñado para identificar automáticamente el destello inicial de los rayos.

Christopher Schultz condujo una serie de estudios en busca de la manera más amplia en si los algoritmos de salto o aumento de descargas podrían servir como una herramienta de alerta temprana para ayudar a los meteorólogos a identificar qué tormentas podrían pronto volverse severas.

Los resultados fueron muy alentadores, sobre todo cuando el algoritmo de conteo de descargas totales eran de dos desviaciones estándar mayor que la tasa observada unos minutos antes. En un estudio de 2011 de más de 700 tormentas eléctricas (principalmente en el norte de Alabama), este índice de "dos sigma" detectó el 79% de todas las tormentas severas, con una relativamente baja tasa de falsas alarmas del 36%.

El trabajo de tesis de Schultz demostró que los “saltos de descargas”, en oposición a los aumentos más generales de la frecuencia de descargas, estaban estrechamente relacionados con los aumentos en la velocidad de la corriente ascendente pico de la tormenta, y en el volumen de la tormenta que cuenta con corrientes ascendentes clasificados como intensas (por ejemplo, al menos 10 metros por segundo ó 22 mph). Estos aumentos en el tamaño y la velocidad de las corrientes ascendente preceden a los aumentos súbitos del número de descargas en aproximadamente 4 a 12 minutos.

Rayos y tiempo adverso en superficie

Los saltos de descargas (Lightning jumps) u otros algoritmos de conteos no pueden relacionarse directa y exactamente qué tipo de tiempo adverso o severo puede generar una tormenta en superficie. Por otra parte, cada salto de rayos o de descargas conducirá a un resultado adverso o no.

Como se comentó anteriormente, algunas tormentas eléctricas generan tiempo adverso en tierra sin producir grandes cantidades de rayos. Sin embargo, en general, los saltos de rayos pueden proporcionar una medida casi instantánea de la rapidez con una corriente ascendente tormenta se está fortaleciendo.

A medida que el movimiento vertical en una tormenta se intensifica, los cristales de hielo, las gotas de agua superenfriadas y el granizo blando s - denominadas conjuntamente precipitación mixta fase - crecen más rápidamente y chocan entre sí con mayor facilidad, transfiriendo la carga entre sí. Diferentes velocidades de bajada permiten las partículas cargadas que se reúnan en zonas de carga positiva y negativa, lo que aumenta la capacidad de la tormenta para generar un rayo.

En una tormenta de reciente formación, el fortalecimiento corriente ascendente suele producir la separación de la carga necesaria para un rayo saltar unos minutos antes de que tenga tiempo para generar uno o más de los marcadores que el Servicio Meteorológico Nacional utiliza para clasificar una tormenta eléctrica severa como: granizo más grande que 1 "de diámetro, vientos alcanzando 58 mph, y / o un tornado. (Curiosamente, el relámpago en sí no es uno de los elementos que definen oficialmente una tormenta tan grave, en parte porque es tradicionalmente ha sido tan difícil de cuantificar.) "El salto rayo ofrece meteorólogos información vital sobre el crecimiento del tamaño de la corriente ascendente de fase mixta y la velocidad dentro de la tormenta, que es un componente crucial que los meteorólogos tratan durante el proceso de toma de decisiones de advertencia ", dice Schultz.

Mediciones de descargas desde satélites y redes 3D

Las mediciones por satélite de las descargas totales son un complemento para las redes basadas en tierra, y ya están disponibles en los nuevos satélites GOES a nivel operativo.

La serie GOES-R de satélites está configurada con un monitorizador geoestacionario de descargas (GLM) que utiliza la detección óptica para cuantificar relámpagos totales con una resolución espacial de unos 10 km, con apenas 20 segundos necesarios para el procesamiento de datos.

Otras redes terrestres más sofisticadas son capaces de detectar los impulsos electromagnéticos instantáneos emitidos por cada descarga en el tiempo y espacio mientras se genera y se desplaza por el aire, de forma que posteriormente se puede reconstruir espacialmente en 3D.

Los investigadores están probando algoritmos de “salto de rayos” más sofisticados que notifican a los meteorólogos cuando una tormenta está mostrando saltos a diferentes niveles e intensidades, con base en las tasas de rayos a través de intervalos de 1 y 6 minutos.

El pronosticador puede entonces mantener un mejor control sobre una tormenta en particular si el salto de un rayo es lo suficientemente dramática, y si está respaldado rápidamente por otras pruebas, tales como datos de imágenes de satélite o radar.

Nota. Parte de la fuente de este texto fue tomado del prestigioso portal Wunderground.com