Cuando una nube nublada de hielo y vapor de agua se eleva por encima de la cima de una fuerte tormenta, hay muchas posibilidades de que se produzca un tornado violento, Los fuertes vientos o granizos más grandes que pelotas de golf pronto azotarán la Tierra.

Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Stanford, publicado el 10 de septiembre en Ciencias , revela el mecanismo físico de estas plumas, que se forman sobre la mayoría de los tornados más dañinos del mundo.

Investigaciones anteriores han demostrado que son fáciles de detectar en imágenes de satélite, a menudo 30 minutos o más antes de que el clima severo llegue al suelo. "La pregunta es, ¿Por qué esta pluma está asociada con las peores condiciones? y ¿cómo existe en primer lugar? Ese es el hueco que estamos empezando a llenar "dijo el científico atmosférico Morgan O'Neill, autor principal del nuevo estudio.

La investigación se produce poco más de una semana después de que las tormentas eléctricas supercélulas y los tornados surgieran entre los restos del huracán Ida mientras se precipitaban hacia el noreste de EE. UU. agravando la devastación causada en la región por lluvias récord e inundaciones repentinas.

Comprender cómo y por qué las columnas toman forma sobre poderosas tormentas eléctricas podría ayudar a los pronosticadores a reconocer peligros inminentes similares y emitir advertencias más precisas sin depender de los sistemas de radar Doppler. que pueden ser derribados por el viento y el granizo, y tienen puntos ciegos incluso en los días buenos. En muchas partes del mundo, La cobertura del radar Doppler es inexistente.

"Si va a haber un huracán terrible, podemos verlo desde el espacio. No podemos ver tornados porque están ocultos debajo de las cimas de las tormentas eléctricas. Necesitamos entender mejor las tapas "dijo O'Neill, quien es profesor asistente de ciencia del sistema terrestre en la Escuela de la Tierra de Stanford, Energía y Ciencias Ambientales (Stanford Earth).

Tormentas de supercélulas y turbulencias explosivas

Las tormentas eléctricas que generan la mayoría de los tornados se conocen como supercélulas, una rara clase de tormenta con una corriente ascendente giratoria que puede lanzarse hacia el cielo a velocidades superiores a 150 millas por hora, con suficiente poder para atravesar la tapa habitual de la troposfera de la Tierra, la capa más baja de nuestra atmósfera.

En tormentas más débiles, las corrientes ascendentes de aire húmedo tienden a aplanarse y extenderse al llegar a esta tapa, llamado la tropopausa, formando una nube en forma de yunque. La intensa corriente ascendente de una tormenta eléctrica supercélula presiona la tropopausa hacia arriba hacia la siguiente capa de la atmósfera, creando lo que los científicos llaman una peonza que se sobrepasa. "Es como una fuente que empuja contra la siguiente capa de nuestra atmósfera, "Dijo O'Neill.

A medida que los vientos en la atmósfera superior corren sobre y alrededor de la cima de la tormenta que sobresale, a veces levantan corrientes de vapor de agua y hielo, que se disparan a la estratosfera para formar el penacho delator, técnicamente llamado una pluma de cirro sobre el yunque, o AACP.

El aire ascendente de la cima que se sobrepasa pronto se acelera de regreso hacia la troposfera, como una pelota que acelera hacia abajo después de llegar a la cima. Al mismo tiempo, el aire fluye sobre la cúpula en la estratosfera y luego desciende por el lado protegido.

Usando simulaciones por computadora de tormentas eléctricas supercélulas idealizadas, O'Neill y sus colegas descubrieron que esto provoca una tormenta de viento cuesta abajo en la tropopausa, donde las velocidades del viento superan las 240 millas por hora. "El aire seco que desciende de la estratosfera y el aire húmedo que se eleva desde la troposfera se unen en este estrecho, jet ultrarrápido. El chorro se vuelve inestable y todo se mezcla y explota en turbulencia, ", Dijo O'Neill." Estas velocidades en la cima de la tormenta nunca se han observado o planteado como hipótesis antes ".

Salto hidraulico

Los científicos han reconocido desde hace mucho tiempo que rebasar las cimas de las tormentas de aire húmedo que se eleva hacia la atmósfera superior puede actuar como obstáculos sólidos que bloquean o redirigen el flujo de aire. Y se ha propuesto que las ondas de aire húmedo que fluyen sobre estas cimas pueden romperse y elevar el agua hacia la estratosfera. Pero ninguna investigación hasta la fecha ha explicado cómo encajan todas las piezas.

El nuevo modelo sugiere que la explosión de turbulencia en la atmósfera que acompaña a las tormentas emplumadas se desarrolla a través de un fenómeno llamado salto hidráulico. El mismo mecanismo está en juego cuando los vientos fuertes caen sobre las montañas y generan turbulencias en el lado de la pendiente descendente. o cuando el agua que fluye suavemente por el aliviadero de una presa estalla abruptamente en espuma al unirse al agua que se mueve más lentamente debajo.

Leonardo Da Vinci observó el fenómeno en el agua corriente ya en el siglo XVI, y los antiguos romanos pueden haber intentado limitar los saltos hidráulicos en los diseños de acueductos. Pero hasta ahora, los científicos atmosféricos solo han visto la dinámica inducida por la topografía sólida. El nuevo modelo sugiere que un salto hidráulico también puede ser provocado por obstáculos fluidos en la atmósfera hechos casi en su totalidad de aire y que cambian de forma cada segundo. millas sobre la superficie de la Tierra.

Las simulaciones sugieren que el inicio del salto coincide con una inyección sorprendentemente rápida de vapor de agua en la estratosfera. más de 7000 kilogramos por segundo. Eso es de dos a cuatro veces más alto que las estimaciones anteriores. Una vez que llega al supramundo, el agua puede permanecer allí durante días o semanas, potencialmente influyendo en la cantidad y calidad de la luz solar que llega a la Tierra a través de la destrucción del ozono en la estratosfera y el calentamiento de la superficie del planeta. "En nuestras simulaciones que exhiben plumas, el agua llega profundamente a la estratosfera, donde posiblemente podría tener un impacto climático a largo plazo, "dijo el coautor Leigh Orf, un científico atmosférico en la Universidad de Wisconsin-Madison.

Según O'Neill, Los aviones de investigación de gran altitud de la NASA solo recientemente han ganado la capacidad de observar los vientos tridimensionales en la parte superior de las tormentas eléctricas. y aún no han observado la producción de AACP de cerca. "Ahora tenemos la tecnología para verificar nuestros resultados de modelado y ver si son realistas, ", Dijo O'Neill." Eso es realmente un punto dulce en la ciencia ".