Con la temporada de tornados acercándose rápidamente o ya en curso en los estados vulnerables de los EE. UU., Las nuevas simulaciones de supercomputadoras están dando a los meteorólogos una visión sin precedentes de la estructura de monstruosas tormentas eléctricas y tornados. Una de estas simulaciones recientes recrea una tormenta de supercélulas productora de tornados que dejó un camino de destrucción sobre las Grandes Llanuras Centrales en 2011.

La persona detrás de esa simulación es Leigh Orf, científico del Instituto Cooperativo de Estudios de Satélites Meteorológicos (CIMSS) de la Universidad de Wisconsin-Madison. Dirige un grupo de investigadores que utilizan modelos informáticos para descubrir las partes móviles dentro de los tornados y las supercélulas que los producen. El equipo ha desarrollado experiencia creando visualizaciones en profundidad de supercélulas y discerniendo cómo se forman y, en última instancia, generan tornados.

El trabajo es particularmente relevante porque EE. UU. Lidera el conteo mundial de tornados con más de 1, 200 touchdowns al año, según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica.

En mayo de 2011, varios tornados aterrizaron sobre el paisaje de Oklahoma en un breve, conjunto de tormentas de cuatro días. Uno después del otro, las supercélulas generaron nubes en forma de embudo que causaron importantes daños a la propiedad y la pérdida de vidas. El 24 de mayo, un tornado en particular, el "El Reno", registrado como EF-5, la categoría de tornado más fuerte en la escala Fujita mejorada. Permaneció en el suelo durante casi dos horas y dejó un camino de destrucción de 63 millas de largo.

La simulación más reciente de Orf recrea el tornado de El Reno, revelando en alta resolución los numerosos "mini tornados" que se forman al inicio del tornado principal. A medida que se desarrolla la nube de embudo, comienzan a fusionarse, agregando fuerza al tornado e intensificando la velocidad del viento. Finalmente, se forman nuevas estructuras, incluyendo lo que Orf denomina corriente de vorticidad en sentido de la corriente (SVC).

"El SVC se compone de aire enfriado por lluvia que se aspira en la corriente ascendente que impulsa todo el sistema, "dice Orf." Se cree que esta es una parte crucial para mantener la tormenta inusualmente fuerte, pero curiosamente, el SVC nunca hace contacto con el tornado. Bastante, fluye hacia arriba y alrededor de él ".

Usando datos de observación del mundo real, el equipo de investigación pudo recrear las condiciones climáticas presentes en el momento de la tormenta y presenciar los pasos que condujeron a la creación del tornado. Los datos archivados, tomado de una previsión del modelo operativo a corto plazo, tenía la forma de un sonido atmosférico, un perfil vertical de temperatura, presión del aire, velocidad del viento y humedad. Cuando se combina de la manera correcta, estos parámetros pueden crear las condiciones adecuadas para la formación de tornados, conocido como tornadogénesis.

Según Orf, producir un tornado requiere un par de partes "no negociables", incluyendo abundante humedad, inestabilidad y cizalladura del viento en la atmósfera, y un gatillo que mueve el aire hacia arriba, como una diferencia de temperatura o humedad. Sin embargo, la mera existencia de estas partes en combinación no significa que un tornado sea inevitable.

"En naturaleza, No es raro que las tormentas tengan lo que entendemos que son los ingredientes correctos para la tornadogénesis y luego no pasa nada, "dice Orf." Los cazadores de tormentas que rastrean tornados están familiarizados con la imprevisibilidad de la naturaleza, y nuestros modelos han demostrado comportarse de manera similar ".

Orf explica que, a diferencia de un programa informático típico, donde el código está escrito para ofrecer resultados consistentes, el modelado en este nivel de complejidad tiene una variabilidad inherente, y de alguna manera lo encuentra alentador ya que la atmósfera real exhibe esta variabilidad, también.

El modelado exitoso puede verse limitado por la calidad de los datos de entrada y el poder de procesamiento de las computadoras. Para lograr mayores niveles de precisión en los modelos, recuperar datos sobre las condiciones atmosféricas inmediatamente antes de la formación del tornado es ideal, pero sigue siendo una tarea difícil y potencialmente peligrosa. Con la complejidad de estas tormentas, Puede haber factores sutiles (y actualmente desconocidos) en la atmósfera que influyen en si una supercélula forma o no un tornado.

Resolver digitalmente una simulación de tornado hasta un punto en el que los detalles sean lo suficientemente finos como para producir información valiosa requiere una inmensa potencia de procesamiento. Afortunadamente, Orf había obtenido acceso a una supercomputadora de alto rendimiento, Diseñado específicamente para manejar necesidades informáticas complejas:la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign

En total, su simulación EF-5 tomó más de tres días de tiempo de ejecución. A diferencia de, Una computadora de escritorio convencional tardaría décadas en completar este tipo de procesamiento.

Mirando hacia el futuro, Orf está trabajando en la siguiente fase de esta investigación y continúa compartiendo los hallazgos del grupo con científicos y meteorólogos de todo el país. En enero de 2017, La investigación del grupo apareció en la portada del Bulletin of the American Meteorological Society.

"Hemos completado la simulación EF-5, pero no planeamos detenernos ahí ", dice Orf." Seguiremos perfeccionando el modelo y continuaremos analizando los resultados para comprender mejor estos peligrosos y poderosos sistemas ".