cómo las tormentas eléctricas participan en la regulación del clima global

Como explicamos en un artículo anterior, la convección atmosférica permite que la Tierra no sufra el calor insoportable que resultaría del único efecto invernadero natural. Las tormentas eléctricas contribuyen en gran medida a este equilibrio radiativo-convectivo. De hecho, al garantizar una mezcla vertical de aire y agua en un gran espesor, redistribuyen la energía de manera muy eficiente entre la superficie y la altitud.. En este artículo, ilustramos el reequilibrio logrado por la convección de tormentas a través de una simulación digital de alta resolución.

Comencemos con una breve descripción del campo de estudio. La zona geográfica en cuestión está ubicada en las grandes llanuras de los Estados Unidos, tiene una superficie de 400 kilómetros cuadrados en los lados y se extiende más de 10 kilómetros sobre el nivel del mar. Los dos cortometrajes que se presentan a continuación retranscriben los fenómenos según una única vertical oeste-este. sección representativa de los desarrollos de tormentas eléctricas. En otras palabras, son diagramas de longitud / altitud. La situación meteorológica es la de finales de mayo de 2002.

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Cumulonimbus calvus, primera etapa de la tormenta. Créditos: Pixel máximo.

Desequilibrio energético y convección atmosférica

La primera animación muestra la evolución de la cantidad de vapor de agua en el aire (líneas negras) y de una variable llamada temperatura potencial equivalente (paleta de colores). Este último combina los efectos de la temperatura, la humedad y la presión. Así, transcribe mejor la energía contenida en la atmósfera.

En la película, notamos un contraste horizontal de bajo nivel correspondiente a un frente atmosférico, con aire relativamente frío y seco en el oeste, caliente y húmedo en el este. Además, existe un claro contraste vertical en el lado este de la frente, en el aire caliente, lo que atestiguauna masa de aire muy inestable. Por tanto, en esta zona está presente un desequilibrio energético vertical: exceso de energía en la capa baja y déficit de altitud. Es esta anomalía la que las tormentas intentarán reducir.

Créditos: DR.

Lo primero que notamos es que el aire no entra espontáneamente en una convección profunda, a diferencia de lo que observamos en una olla de agua calentada desde abajo. Al principio, el aire anormalmente caliente permanece confinado cerca de la superficie. La explicacion es quese debe cruzar una barrera de estabilidad para activar la transferencia. Estamos hablando deinestabilidad condicional *. Es decir, se necesita un elemento externo para dar el impulso inicial que lo precipitará todo. Si aplica, este es el frente de bajo nivel, ayudado por calentamiento solar.

Al forzar el aire caliente y húmedo hacia arriba, permitirá la condensación del vapor de agua que contiene y por tanto la formación de nubes. Sin embargo, este proceso libera energía y la tapa que impedía la convección termina reventando. Una fase bien resaltada en la animación. En este punto, las primeras tormentas mantienen las bocanadas convectivas debido a las perturbaciones que causan en el aire cálido y húmedo del frente.

Tormentas eléctricas: una reestratificación repentina de la atmósfera.

Hacia el final de la película, el gradiente vertical se reduce notablemente y la inestabilidad con él. Los movimientos convectivos tienen expulsó calor húmedo en altitud y devolvió aire más frío y seco a la superficie. Otros fenómenos que implican movimientos verticales más lentos pero también más extensos se hacen cargo y ayudan a reducir el desequilibrio residual (vertical y horizontal). El ciclo se puede repetir durante varios días seguidos si la situación cambia poco, porque la calefacción solar y el suministro de aire meridiano pueden reconstruirlo fácilmente.

Créditos: DR.

La segunda animación presenta los movimientos verticales (paleta de colores) con valores positivos para los ascensos y negativos para los hundimientos. Este visual tiene la ventaja de mostrar la estrechez y sobre todo la intensidad de las circulaciones implicadas en episodios tormentosos. Esta virulencia se materializa una reestratificación repentina de la atmósfera (el aire denso se retrae bajo el aire más ligero) y que suele ir acompañado de fenómenos violentos como lluvias torrenciales, granizadas, intensas ráfagas de viento o incluso tornados.

En resumen, si las tormentas eléctricas son a veces la causa de materiales muy pesados ​​y peajes humanos, funcionan principalmente para mantener un equilibrio global que le da a la Tierra el clima agradablemente templado que conocemos. Una ambivalencia que sin duda contribuye a alimentar las fascinaciones frente a este fenómeno, que se encuentra entre los más espectaculares que la naturaleza puede ofrecer.

* Más precisamente, estamos hablando deinestabilidad condicional si requiere la condensación de una cierta cantidad de vapor de agua para manifestarse. Es esta necesidad de condensación la que explica por qué la convección no se inicia espontáneamente.