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Los científicos resuelven el misterio de las columnas de hielo que pueden predecir tormentas de supercélulas mortales

Fecha :
9 de septiembre de 2021
Fuente :
Universidad de Stanford
Resumen :
Los tornados más devastadores a menudo están precedidos por una nube de hielo y vapor de agua que se eleva sobre una tormenta eléctrica severa. Una nueva investigación revela que el mecanismo de estas columnas podría estar relacionado con 'saltos hidráulicos', un fenómeno que Leonardo Da Vinci observó más deHace 500 años.
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Cuando una nube nublada de hielo y vapor de agua se eleva por encima de la parte superior de una tormenta eléctrica severa, es muy probable que un tornado violento, vientos fuertes o granizos más grandes que pelotas de golf caigan pronto sobre la Tierra.

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

Investigaciones anteriores han demostrado que son fáciles de detectar en imágenes satelitales, 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 elprimer lugar? Ese es el vacío que estamos comenzando 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 se desataran entre los restos del huracán Ida cuando se adentraron en el noreste de EE. UU., Lo que agravó 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 eliminados por el viento y el granizo, y tener puntos ciegos incluso en los días buenosEn 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. Necesitamos entender mejor las cimas", dijo O'Neill, quien esprofesor asistente de ciencia del sistema terrestre en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford Stanford Earth.

tormentas de supercélulas y turbulencia explosiva

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

En tormentas eléctricas más débiles, las corrientes ascendentes de aire húmedo tienden a aplanarse y extenderse al llegar a esta tapa, llamada tropopausa, formando una nube en forma de yunque. La intensa corriente ascendente de una supercélula presiona la tropopausa hacia la siguiente capa de la atmósfera,creando lo que los científicos llaman una cima 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 hacia la estratosfera para formar la columna reveladora, técnicamente llamada Pluma Cirrus Above-Anvil.o AACP.

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

Utilizando 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 unenen este chorro muy estrecho y 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 han sido observadas o hipotetizadas antes ".

salto hidráulico

Los científicos han reconocido desde hace mucho tiempo que sobrepasar las cimas de tormenta 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 olas 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 turbulencias 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, o cuando el agua se acelera.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 tratado de 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 unaEl 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 por encima de 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 allídurante 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 calentando la superficie del planeta ". En nuestras simulaciones que exhiben plumas, el agua llega a las profundidades de la estratosfera, donde posiblemente podría tener másde un impacto climático a largo plazo ", dijo el coautor Leigh Orf, científico atmosférico de la Universidad de Wisconsin-Madison.

Según O'Neill, los aviones de investigación de la NASA a gran altitud 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 a corta distancia. "Ahora tenemos la tecnologíair a verificar los resultados de nuestro modelo para ver si son realistas ", dijo O'Neill." Ese es realmente un punto óptimo en la ciencia ".

Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation y el programa de validación terrestre y misión de medición de precipitaciones de la NASA.


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Josie Garthwaite. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Morgan E O'Neill, Leigh Orf, Gerald M. Heymsfield, Kelton Halbert. Dinámica de salto hidráulico por encima de tormentas supercélulas . ciencia , 2021; 373 6560: 1248 DOI: 10.1126 / science.abh3857

cite esta página :

Universidad de Stanford. "Los científicos resuelven el misterio de las columnas de hielo que pueden predecir tormentas supercélulas mortales". ScienceDaily. ScienceDaily, 9 de septiembre de 2021. .
Universidad de Stanford. 2021, 9 de septiembre. Los científicos resuelven el misterio de las columnas de hielo que pueden predecir tormentas de supercélulas mortales. ScienceDaily . Obtenido el 9 de septiembre de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/09/210909141231.htm
Universidad de Stanford. "Los científicos resuelven el misterio de las columnas de hielo que pueden predecir tormentas supercélulas mortales". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/09/210909141231.htm consultado el 9 de septiembre de 2021.

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