Tormentas y Tiempo Severo - Universidad Nacional de La Plata

Tormentas y Tiempo Severo
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Astronómicas y
Geofísicas
Cátedra:
Introducción a las ciencias Atmosféricas
• Tormentas de masa de aire y multicelulares.
• Sistemas de mesoescala: líneas de inestabilidad, Complejos
convectivos de mesoescala
• Superceldas
• .Tornados: formación, ciclo de vida, distribución espacial y
frecuencia de ocurrencia, clasificación.
• Trombas.
• Formación de rayos
• Ciclones tropicales:
disipación.
definiciones,
• Pronóstico de ciclones tropicales.
estructura,
formación
y
Tormentas:
• Ocurren ante la presencia de al menos una nube
cumulonimbus.
• Este tipo de nubes se caracterizan por producir truenos
debidos a la actividad eléctrica, se dan relámpagos y/o
rayos .
• Eventualmente, una tormenta puede producir fuertes
ráfagas de viento en superficie con chaparrones de
lluvia y granizo.
• A veces, un conjunto de tormentas se organizan en
aglomerados (en inglés, clusters) o bien a lo largo de
una línea de cientos de kilómetros de extensión
Origen
• Se originan mediante el proceso de convección , cuando
aire húmedo y cálido es forzado a ascender a través de un
entorno inestable.
• El movimiento ascendente del aire es iniciado por un
mecanismo forzante que puede ser:
– Un calentamiento diferencial sobre la superficie,
disminuye la densidad y se genera empuje hidrostático.
– El efecto del terreno.
– El ascenso de aire a lo largo de líneas en donde
convergen los vientos de superficie (por ejemplo,
frentes, brisa marina).
Etapas del desarrollo de una tormenta de masa
de aire (ordinaria)
Crecimiento
• Se la denomina también etapa de
Cumulus.
• El aspecto de la nube es el de un
Cumulus Congestus.
Figura 1
• En el interior de la nube
predominan los movimientos de
ascenso y alcanza alturas tales que
el agua se encuentra ya en forma de
hielo (Figura 1).
Madurez
• Su aspecto es el de un
Cumulonimbus (Figura 2).
• El tamaño de los granizos
dentro de la nube, es tal que
no pueden ser sostenidos por
las corrientes ascendentes y
comienzan a caer dentro de la
nube.
Figura 2
• Esto produce, por arrastre, una
corriente de descenso que
coexiste con la de ascenso.
• El tope de la nube alcanza el nivel de la tropopausa.
• La estabilidad del aire a ese nivel causa dispersión
horizontal de cristales y otorgando a la nube la clásica
apariencia de un yunque.
• Finalmente el granizo abandona la nube por su base y al
atravesar el aire libre, comienza a fundirse.
• Muchas veces no alcanza a derretirse totalmente por lo
que alcanza el suelo conservando su estado sólido.
• Si antes de llegar al suelo se funde totalmente, entonces
se produce un chaparrón de gotas muy grandes y frías.
• Se considera en general que el comienzo de la precipitación,
marca el comienzo de la madurez.
• Durante esta etapa ocurre la actividad eléctrica.
• En superficie se registra precipitación fuerte y junto con la
lluvia irrumpe el aire frío de los niveles superiores.
• Cuando el aire frío de la descendente alcanza la superficie se
desparrama en dirección horizontal.
• Se establece una superficie denominada frente de ráfagas
que separa el aire frío del aire más caliente del entorno.
• Este mismo frente también fuerza al aire húmedo del entorno
cerca de la superficie a ingresar a la tormenta a través de la
ascendente.
Disipación
• Entre 15 y 30 minutos luego del
inicio de la etapa madura, la
tormenta comienza a disiparse
(Figura 3).
• La ascendente se debilita
debido a que el frente de
ráfagas la desplaza fuera de la
tormenta y deja de sostenerla.
• Las descendentes dominan la
mayor parte de la nube y cortan
el suministro de energía dado
por el aire cálido y húmedo que
ingresaba a la nube.
Figura 3
• Las gotas de nube dejan de formarse en esta etapa.
• En superficie se registra lluvia débil y suaves
descendentes.
• Una vez que la tormenta muere, las gotas que
conforman la parte baja de la nube se evaporan
rápidamente.
• Únicamente subsisten los cirrus que conforman la parte
superior del yunque.
• Una celda de tormenta ordinaria atraviesa las tres
etapas de su ciclo de vida en una hora o menos.
• En general las tormentas de masa de aire no llegan a
convertirse en tormentas severas, pues se desarrollan
en un entorno con una débil cortante vertical del viento.
• Así, la descendente generada por la tormenta provoca
su propia destrucción al cortar el suministro de aire
cálido y húmedo desde superficie.
• Sin embargo, cuando en una región existe una fuerte
cortante vertical del viento, y se desarrollan tormentas
éstas suelen organizarse en estructuras más complejas
las cuales contienen más de una celda.
Tormentas Multicelulares
• Contienen varias celdas, cada una de las cuales se
encuentra en una etapa diferente de su ciclo de vida.
• Tienden a formarse en regiones con una cortante vertical
moderada a fuerte en la velocidad del viento, en los niveles
inferiores de la atmósfera (incremento con la altura de la
velocidad del viento).
• Como consecuencia, la ascendente dentro de la nube se
inclina y se monta sobre la descendente (Figura 4).
• Sobre el frente de ráfagas se generan nuevas celdas que
luego se transforman a su vez en tormentas maduras.
• La precipitación no cae dentro de la descendente y por
lo tanto el suministro de energía que mantiene a la
tormenta no se corta.
• Este tipo de tormentas pueden sobrevivir por largos
períodos.
• A mayor tiempo de vida de una tormenta, mayor es la
probabilidad de que pueda transformarse en severa.
Figura 4: esquema de una tormenta multicelular
• Cuando la convección y la ascendente son intensas, el
aire que asciende penetra las capas más bajas de la
estratosfera produciendo un domo nuboso denominado
“overshooting”.
• Éste presenta el aspecto de un racimo de cúpulas por
encima de un yunque (Figura 5).
• A su vez, parte de este aire se hunde dentro del yunque
dando lugar a nubes en forma de ubres llamadas
“mammatus” (Figura 6).
• Por consiguiente, la presencia de un overshooting y
nubes mammatus son indicios claros de convección
intensa y por consiguiente de probabilidad de ocurrencia
de tiempo severo.
Figura 5: tormenta multicelular
Figura 6: mammatus
• Cuando la atmósfera es condicionalmente inestable, la
parte delantera del frente de ráfagas puede forzar el
ascenso de aire cálido y húmedo y se forma entonces
un complejo de multicelulares, cada uno de los cuales
genera a su vez nuevos frentes de ráfagas.
• Éstos se fusionan entre sí formando un único frente de
ráfagas denominado “outflow boundary” (borde del flujo
saliente, figura 7) que delimita el área abarcada por el
aire frío proveniente de las descendentes de las
tormentas.
• Muchas veces, a lo largo del outflow boundary el aire es
forzado a ascender y se forman nuevas tormentas.
Figura 7: Imagen de radar que muestra un outflow boundary
Generado por una tormenta multicelular
Microburst
• Debajo de una fuerte tormenta la descendente puede
concentrarse en un área reducida.
• En tal caso golpeará el suelo con gran ímpetu y se
derramará horizontalmente en todas direcciones con
vientos de gran velocidad, nubes de polvo y sin
precipitación (figura 8).
• Estas descendentes fuetes se denominan downbursts.
• Si los vientos se extienden en un radio de 4 km o menos
se denominan microburst.
• En estos casos los vientos horizontales pueden superar
los 140 kt.
Figura 8: nubes de polvo en superficie
generadas por un microburst
• Los microburst pueden darse como parte de un frente de
ráfagas.
• Pueden derribar árboles e infligir daños a estructuras endebles.
A menudo son responsables de daños atribuidos a tornados.
• Vienen acompañados de intensas cortantes de viento, tanto en
velocidad como en dirección.
• Inicialmente pueden venir acompañados de precipitación que se
evapora sin llegar a superficie.
• Esto enfría más el aire, volviéndolo más pesado y acelerando la
descendente.
• Particularmente son muy peligrosos para la navegación aérea,
pudiendo llevar a aviones a descensos fuera de control,
provocando accidentes graves (figura 9).
• Pueden detectarse con radares Doppler de alta resolución.
Figura 9: modelo que muestra como un microburst puede afectar la navegación aérea
Líneas de Inestabilidad
• Las tormentas multicelulares pueden formarse a lo largo de una
línea de tormentas denominada “línea de inestabilidad” (en inglés,
squall line).
• Pueden formarse a lo largo de un frente frío y alcanzar cientos de
kilómetros de extensión.
• También dentro de la masa de aire caliente entre 100 y 300 km
delante del frente frío (Figura 10).
• Estas últimas se denominan “líneas de inestabilidad prefrontales”, y
son las más extensas y severas.
Figura 10: Esquema de una línea de inestabilidad prefrontal
• Tienen asociadas grandes tormentas que provocan tiempo severo a
lo largo de su traza (Figura 11).
• Se cree que se originan en la convección que tiene lugar sobre el
frente frío.
• Ésta a su vez genera un tipo
de ondulaciones (denominadas
ondas de gravedad) que
afectan al flujo de aire delante
del frente frío y disparan la
generación de tormentas a lo
largo de líneas.
Figura 11: Imagen de radar que
muestra una línea de inestabilidad en
el estado de Indiana – USA, octubre
de 2001
• Existe las llamadas líneas de inestabilidad ordinarias, de
menor extensión e intensidad.
• Pueden tener tormentas que ocasionen tiempo severo,
la mayoría son celdas de tormenta ordinarias
organizadas en forma de línea.
• Este tipo de líneas de inestabilidad se forman:
– delante de frentes de ráfagas
– cerca de un frente estacionario
– en ondas frontales débiles e inclusive sin necesidad
de estar asociadas a ningún sistema sinóptico.
• En las latitudes tropicales también ocurren líneas de
inestabilidad con estas mismas características.
•Por detrás de las tormentas se produce un descenso de aire más
seco proveniente del entorno junto con la caída de la lluvia
proveniente de las nubes estratiformes (Figura 12).
•Parte de esta lluvia se evapora y torna más denso el aire
descendente.
• Surge una descendente muy vigorosa a lo largo de una banda
bastante estrecha que genera vientos muy fuertes en superficie
Figura 12: modelo de una tormenta asociada a una linea de inestabilidad
Complejos Convectivos de Mesoescala
• Conocidos también por sus siglas en inglés MCCs (Mesoscale
Convective Complexes).
• Se trata de grandes sistemas meteorológicos de forma más o
menos circular conformados por un gran número de intensas
tormentas multicelulares (Figura 13).
• Pueden alcanzar cientos de kilómetros de extensión en la horizontal
y cubrir áreas de hasta cientos de miles de kilómetros cuadrados,
produciendo eventualmente fenómenos severos.
• Dentro de los MCCs las tormentas multicelulares individuales se
organizan para conformar un sistema de mayor escala que se
desplazan lentamente (en general menos de 20 kts.) y su tiempo de
vida puede superar las 12 horas.
• La circulación asociada a los MCCs favorece el desarrollo de
nuevas tormentas como así también una extensa área afectada por
precipitación.
Figura13: Sistema convectivo de mesoescala cerca de San Pedro, Buenos Aires– 18/02/2012
• Los MCCs son más comunes en verano, en ausencia de
corrientes en chorro de niveles altos y bajo la acción de
una cuña.
• Debajo de ésta se estaciona un frente y del lado del aire
caliente se forma una corriente en chorro en niveles
bajos (entre 1 y 3 km de altura) que transporta aire
cálido y húmedo de origen tropical.
• Esta corriente en chorro a su vez provee la cortante
vertical de viento suficiente para la formación de
tormentas multicelulares.
• La mayoría de los MCCs adquiere su máxima intensidad
en horas de la madrugada en coincidencia con la
máxima intensidad de la corriente en chorro en capas
bajas.
• Durante la noche los topes de las tormentas irradian
energía infrarroja hacia el espacio provocando un
enfriamiento adicional en la parte superior del sistema,
inestabilizando aún más el entorno.
• El calor latente liberado en el interior de las tormentas
constituye una importante fuente de energía.
• Una vez conformado el MCCs, éste se regenera
permanentemente dando origen a nuevas tormentas
multicelulares a medida que la más antiguas se van
disipando.
• En América del Sur este tipo de sistemas aportan una
importante fracción de las precipitaciones estivales en la
región subtropical del continente al este de Los Andes.
Superceldas de Tormenta
• Surgen a partir de una tormenta intensa que se desarrolla en
un entorno con fuerte cortante vertical del viento en los
primeros kilómetros desde superficie.
• En el estado maduro la descendente con aire frío no puede
cortar a la corriente ascendente que provee de energía a la
tormenta.
• El cambio de dirección e intensidad del viento con la altura
genera un efecto de rotación en la corriente ascendente.
• A este tipo de corrientes ascendentes con rotación en torno
de un eje vertical se las denomina mesociclones, y a las
tormentas que las contienen se las denomina superceldas.
• Este tipo de tormentas son aquellas que pueden producir
eventualmente tornados.
• La estructura de una supercelda es comparable con un
sistema termodinámico en estado de régimen capaz de
permanecer así durante horas.
• Este tipo de tormentas pueden producir corrientes
ascendentes muy violentas, vientos destructivos en
superficie y grandes tornados.
• Debido a la fuerza de la ascendente, las partículas de
granizo pueden residir suficiente tiempo en la nube
como para ocasionar caída de granizo de gran tamaño.
• Se han registrado topes de superceldas por encima de
15 km de altura.
Estructura de una supercelda típica
• Vista desde el noreste en el hemisferio sur, se aprecia el
mesociclón en el lado sur como una columna de aire que rota.
• Debido a la intensa velocidad del aire que asciende, en esta zona
no ocurre precipitación bajo la nube (base sin lluvia).
• Los intensos vientos del noroeste en altura normalmente arrastran
la precipitación hacia el sudeste.
• En general, el granizo de gran tamaño cae justo al sur de la
ascendente y la lluvia más intensa al sur de donde cae el granizo.
• La lluvia de menor intensidad ocurre en el sector sudeste de la
tormenta.
• Cuando el aire húmedo de niveles bajos es atrapado por la
ascendente, suele descender una nube con rotación denominada
“nube pared” desde la base de la tormenta (Figura 14).
• De la nube pared, cuando se produce, surge el tornado
Figura 14: Modelo de una supercelda que genera un tornado
TORNADOS
• El Tornado es un fenómeno que se produce por rotación de
aire alrededor de un centro de muy baja presión de poca
extensión horizontal, que se prolonga desde la base de una
supercelda.
• Las velocidades del aire en el borde del vórtice son muy
elevadas y de gran poder destructivo.
• La rotación es ciclónica (horaria en el hemisferio Sur) en a
mayoría de los casos.
• La nube generalmente tiene forma de embudo (Figura 15).
• Es de color blanco o gris claro mientras que el embudo
permanece suspendido de la nube madre.
• Cuando éste hace contacto con la tierra se presenta de un
color gris oscuro o negro debido al polvo y escombros que son
succionados del suelo por el violento remolino.
Figura15: tornado cuya nube presenta la típica forma de embudo
• Comúnmente un tornado va acompañado por lluvia, granizo,
relámpagos, rayos y de la oscuridad propia de las nubes.
• Una característica principal es la baja presión atmosférica en el
centro de la tormenta y enorme velocidad del viento (figura 16).
• El efecto de destrucción de un tornado es mayor en el área afectada
que el de un huracán, debido a que la energía liberada se concentra
un área más pequeña.
• Los tornados se desplazan aproximadamente a 50 Km/h, sin
embargo, algunos se mueven lentamente, mientras otros alcanzan
velocidades de 100 Km/h o más.
• El ancho promedio de un tornado es de unos 400 metros de ancho
y su trayectoria de unos cuantos kilómetros de largo.
•
Algunos de éstos han alcanzado valores excepcionales de 1.6 Km
de ancho y 480 Km de largo.
Figura16: modelo de un tornado en el hemisferio Norte
• Algunos tornados excepcionalmente fuertes pueden desarrollar dos a
tres vortices de succión en su interior (figura 17).
• Estos vortices giran ciclonicamente entre si del mismo modo que rotan.
Figura16: modelo de un
tornado con tres vórtices
en su interior, válido para
el hemisferio Norte.
Ciclo de vida de un tornado
• La mayoría de los tornados se desarrollan en una serie de etapas o
estados.
• La primera en la que es un remolino de polvo, se ve un corto embudo
bajando de la tormenta pero que no llega al suelo. Sin embargo en
superficie se experimenta una fuerte circulación ciclónica que levanta
mucho polvo desde el suelo.
• La siguiente es el estado organizado, en el cual el tornado incrementa
su velocidad y tamaño, el embudo se organiza pero aún no llega el
sueo y no alcanza las máximas velocidades del viento.
• En el estado maduro el embudo alcanza el suelo, los vientos de su
periferia son extremadamente fuertes y causan grandes daños.
• En el estado de contracción el embudo comienza a contraerse y se
inclina (figura 15), los vientos comienzan a ceder y se hace más
delgada la franja de daños en superficie.
• La etapa final es la de decaimiento, normalmente el tornado
incrementa mucho su diámetro pero disminuye rápidamente la
velocidad del viento, hasta que se disipa
Condiciones para la formación de un tornado
• La presencia de fuertes tormentas y gran inestabilidad
atmosférica son esenciales.
• Fuerte cortante vertical del viento que favorece la formación
de vórtices de eje horizontal (Figura 18).
• Presencia de una ascendente vigorosa capaz de inclinar los
tubos de vórtice
Figura18: modelo de formación de un tornado en el hemisferio Norte
• Cuando el vortice se introduce en la tormenta, esta pasa a ser un
“Mesociclón”.
• Aparecen dos corrientes descendentes, del flanco trasero y del
delantero figura 19).
• Cuando las descendentes alcanzan el suelo giran alrededor del
centro de baja presión y lo separan de la corriente ascendente
de aire cálido.
• La ascenente del mesociclón se estrecha en la horizontal y se
estira en la vertical
• Si continua el estiramiento y estrechamiento de la columna
ascendente aumenta la velocidad de rotación.
• Eventualmente, se forma así el tornado (figura 20).
Figura19:
Figura 20: modelo de formación de un tornado en una supercelda
en el hemisferio Norte
Escala Fujita
Numero
en la
escala
F0
Intensidad
Vendaval
Velocidad
del viento
60-100
km/h
Tipo de daños
Daños en chimeneas, rotura de ramas, arboles
pequeños rotos, daños en señales y rotulos.
40-72 mph
F1
Tornado
moderado
100-180
km/h
73-112 mph
F2
F3
F4
F5
F6
Tornado
importante
Tornado
severo
Tornado
devastador
Tornado
increible
Tornado
inconcebible
180-250
km/h
113-157
mph
250-320
km/h
158-206
mph
320-420
km/h
207-260
mph
420-550
km/h
261-318
mph
319-379
mph
El limite inferior es el comienzo de la velocidad
del viento en un huracan. Arranca partes de
algunos tejados, mueve coches y autocaravanas, algunos arboles pequeños
arrancados.
Daños considerables. Arranca tejados, casas
debiles destruidas, grandes arboles
arrancados de raiz, objetos ligeros lanzados a
gran velocidad.
Daños en construcciones solidas, trenes
afectados, la mayoria de los arboles son
arrancados.
Estructuras solidas seriamente dañadas,
estructuras con cimientos debiles arrancadas y
arrastradas, coches y objetos pesados
arrastrados.
Edificios grandes seriamente afectados o
derruidos, coches lanzados a distancias
superiores a los 100 metros, estructuras de
acero dañadas.
Destruccion absoluta de toda estructura
humana
Trombas
• Una Tromba es una columna de aire en rotación que
está conectada a una nube cumuliforme la cual se halla
sobre una gran masa de agua.
• Puede ser un tornado que se formó sobre tierra desde
una supercelda y se desplazó al agua, en tal caso se
denomina “tromba marina”.
• Estas pueden causar daños importantes
embarcaciones, se dan principalmente en verano.
en
• En general son menos poderosos que los tornados en
tierra, sus diámetros van de 3 a 10 metros (figura 21).
• Los vientos no suelen superar los 45 kt y su duración es
de 10 a 15 minutos.
Figura 21: tromba originada en una nube cumuliforme
Formación de rayos
• Un rayo es una descarga eléctrica que usualmente ocurre en
una tormenta madura.
• La descarga puede darse dentro de una misma nube, entre
una nube y otra o entre una nube y el suelo (figura 22).
• La meyoría de los rayos ocurren dentro de las nubes y solo el
20 % es entre una nube y suelo.
• Un rayo puede calentar el aire del canal por el que circula
hasta temperaturas de 30.000 °C (5 veces más que la
superficie del Sol).
• Este calentamiento provoca una expansión violenta del aire
cercano produciendo una onda de choque muy fuerte con un
sonido muy potente que se denomina trueno.
• Se produce también un fuerte efecto luminoso que ilumina un
gran sector del cielo y que es el relámpago.
Figura 22: modelo que muestra las formas en las que puede desplazarse un rayo
• Cuando el canal por el que circula el rayo es de 100 m o
menos el trueno suena como una “quiebre” seguido
inmediatamente por un prolongado fragor que retumba a
la distancia.
• El sonido puede acentuarse si se refleja en grandes
objetos como colinas, edificios, etc.
• La atmósfera tiene un efecto de atenuación del sonido,
por lo que a distancias mayores a 20 km puede resultar
inaudible.
• El sonido viaja más rápidamente en aire cálido que en
aire frío.
• Los rayos también pueden producirse en tormentas de
nieve muy intensas, en tormentas de polvo o arena de
gran extensión y con velocidades de viento muy
elevadas y también en las erupciones volcánicas.
• Ocasinalmente se han observado en nimbustratus pero es muy
poco frecuente.
• Pueden darse en la atmosfera superior, desde el tope de los
cumulonimbus.
Electrificación de nubes
• Una de los mecanismos posibles sugiere que las nubes se
electrifican cuando el graupel y el granizo que contienen cae en un
entorno de agua sobrenfriada y cristales de hielo.
• Cuando las gotas de nube sobreenfriadas chocan con el granizo, se
congelan inmediatamente y liberan calor latente.
• Esto hace que la superficie del hielo se halle más caliente que los
cristales que lo rodean.
• Cuando un granizo calido toma contacto con un cristal de hielo más
frio, tiene lugar una transferencia de iones positivos del objeto más
cálido al más frio.
• Por lo tanto el granizo calido adquiere carga negativa y los cristales
de hielo se vuelven positivos (figura 23).
Figura 23: modelo que muestra la electrificación de granizos y cristales de hielo
• Las los cristales con carga positiva, más livianos son
llevados hacia el tope de la nube por las corrientes
ascendentes.
• Los granizos o el graupel con carga negativa quedan en
suspensión sostenidos por la misma ascendente o caen
hacia la base de la nube.
• Por este mecanismo, el tope de la nube, más frío queda
con carga positiva mientras los niveles medios quedan
con carga negativa.
• La parte inferior de la nube queda generalmente con
carga negativa también, excepto cuando se produce una
descendente fuerte que puede generar una zona de
carga positiva en la zona donde se produce la fusión del
hielo.
• Otra teoría propone que durante la formación de la
precipitación, se encuentran dentro de la nube regiones
con precipitación mas suave y partículas más pequeñas,
mas o menos separadas de otras zonas con partículas
de mayor tamaño.
• Estas partículas actúan como dipolos, con su parte
superior negativa y la inferior positiva.
• Cuando caen colisionan con partículas más pequeñas,
se produce una redistribución de cargas.
• Las partículas más grandes quedan negativas mientras
que las mas pequeñas quedan positivas.
• Entonces las ascendentes llevan a estas ultimas a la
parte superior de la nube mientras que las negativas
más pesadas caen a la base o quedan suspendidas en
niveles medios de la nube.
La caida del rayo
• Dado que las cargas de distinto signo se atraen, la parte
inferior de la nube, cargada negativamente induce sobre
la superficie del suelo debajo de ella una acumulación
de cargas positivas que siguen a la tormenta como una
sombra.
• Estas cargas se concentran más en as protuberancias
del terreno como árboles, antenas, edificios, etc.
• Se establece entre el suelo y la base de la nube una
diferencia de potencial eléctrico.
• El aire seco es un buen aislante eléctrico pero si las
cargas acumuladas son muy grandes, es decir si el
gradiente térmico es del orden de 1 millón de V/m se
supera la capacidad aislante del aire y salta la chispa de
la nube al suelo.
• La descarga comienza dentro de la nube cuando
aparece en forma localizada un gradiente de 3 millones
de V/m en unos 50 m.
• Entonces la descarga alcanza rápidamente la base de la
nube y luego el suelo en una serie descargas parciales
que avanzan unos 50 a 100 m por vez.
• El canal de descarga tiene un aspecto de “escalones” o
forma quebradiza.
• Este proceso ocurre en aproximadamente cincuenta
millonésimas de segundo.
• Usualmente esto no es visible al ojo humano (figura 24
a).
Figura 24: esquema que muestra la secuencia de caída de un rayo a tierra
• Cuando elextremo del canal de descarga se aproxima al
suelo, el gradiente de potencial se incrementa.
• Entonces una corriente de cargas positivas comienza a subir
desde el suelo al encuentro del flujo descendente (figura 24
b).
• Cuando ambas corrientes se encuentran, un gran numero de
electrones fluyen hacia el suelo.
• Así es como el flujo de electrones descendente establece un
canal de retorno hacia arriba.
• Una mucho mayor y más luminosa descarga de retorno
surge del suelo hacia la nube, siguiendo el sendero dejado
por la descarga escalonada (figura 24 c).
• Esto ocurre en una diezmilésima de segundo y el ojo humano
no alcanza a resolver la secuencia, viéndose todo el
fenómeno como un flash continuo.
• Una vez ocurrida la primera descarga, el aire queda ionizado
y el camino seguido por aquella puede ser utilizado por otras
descargas sucesivas.
• Un rayo típico está compuesto por 3 o 4 descargas tan
rápidas que el ojo las ve como una sola (figura 25).
• Llevan cargas negativas de la nube a la tierra y representan
el 90 % de las ocasiones.
• Sin embrago puede darse que en la base de la nube se
acumule carga positiva, entonces habrá un flujo de estas
cargas hacia el suelo y de negativas desde el suelo la nube.
• Esto suele darse en Superceldas de tormenta cuyo poder
para producir daños de todo tipo es muy superior.
• Estos rayos duran más tiempo.
Figura 25: imagen instantánea que muestra la caída de un rayo a tierra
formado por una descarga principal y varias secundarias.
Fuego de San Telmo
• Se ve una luminosidad en los objetos con punta, árboles,
antenas pararrayos y hasta los dedos.
• Se produce cuando se está acumulando carga en el suelo y
es inminente la ciada del rayo.
Protección
• Para proteger personas y edificios se usan “pararayos” (figura
26).
• Son largas varas de metal terminadas en punta en la parte
superior, y ancladas profundamente a tierra.
• Usualmente están adosadas al exterior de edificios e ingenios
que deben proteger.
• Estos favorecen la formación del canal de descarga con una
menor acumulación de carga, ofreciendo al rayo un camino
con menor resistencia para llegar al tierra.
Figura 26: esquema que muestra la instalación y funcionamiento de un pararrayos
Referencias
• Ahrens, C. D. Meteorology Today, 9º edición, año 2009