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IV.6 Análisis de la estructura vertical atmosférica |
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Se dispone para realizar este análisis de los siguientes datos:
Sondeos de 00
UTC: 38
Hodógrafas de 00 UTC: 35
Sondeos de 12
UTC: 44
Hodógrafas de 12 UTC: 40
Previamente al estudio cuantitativo de algunos parámetros se ha interpretado subjetivamente la forma de los radiosondeos. No se ha conseguido, sin embargo, establecer ninguna estructura termodinámica vertical característica de los días con granizo significativamente diferente, a primera vista, a la correspondiente a un día con tormenta o incluso a un día sin convección. Tampoco se ha encontrado ningún hecho diferencial suficientemente característico en la forma de los sondeos asociados específicamente con las grandes granizadas respecto a los asociados a las granizadas de menor importancia, que pueda servir cómo predictor.
Mediante el cálculo de diferentes índices y parámetros a partir de los radiosondeos, habitualmente utilizados de forma operativa para considerar la probabilidad de convección, tormentas y/o granizo, se ha abordado el análisis de la estabilidad y condiciones higrométricas presentes en las fechas en las que se han producido granizadas. En el desarrollo de este estudio se debe tener presente que los umbrales utilizados para delimitar las diferentes categorías e intensidades de los fenómenos posibles (convección, severidad, granizo, etc.) se han extraído de la bibliografía general (Louisville), no específica para la zona de lucha, y por lo tanto, hay que considerar que tienen únicamente un carácter orientativo siendo necesaria su adaptación a las condiciones locales para poder incrementar su fiabilidad como predictores.
Los índices y parámetros que se han tenido en cuenta han sido:
.- Índice K:
K = T(850) + Td(850) - T(500) - DD(700)
.- Índice TT:
TT
= T(850) + Td(850) - 2[T(500)]
.- Índice LI: LI = T(500 del entorno) –
T(500 de la burbuja)
.- Temperatura de disparo (TC)
.- Altura de la isocero del termómetro húmedo (TW)
.- Nivel de equilibrio (NE)
.- Nivel de condensación convectivo (NCC)
.- Contenido de agua precipitable (PW)
.- Energía potencial convectiva disponible (CAPE)
T es la temperatura del aire, Td es la temperatura del punto de rocío y DD la depresión del punto de rocío (DD = T-Td), parámetro utilizado frecuentemente como índice de humedad atmosférico.
A continuación se resumen mediante gráficas y tablas las características fundamentales de las distribuciones de los valores para cada uno de dichos índices.
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Fig.IV.23 Histograma de frecuencias del índice K. a) Sondeo de 00 UTC. b) Sondeo de 12 UTC. En rojo: Valores de K que indican máximo potencial para que se produzcan tormentas con lluvia muy intensa. En violeta: Alto potencial para que se produzcan tormentas con lluvia intensa. En azul: Posibilidad de que se produzcan tormentas con lluvia intensa o fenómenos severos. |
El intervalo modal para K0 y K12 aparece en el rango de alto potencial tormentoso, en ambos casos con una frecuencia superior al 30%.
K0
> 24 en un 80% de los casos y superior a 30
solamente en un 40%.
K12
> 18 en un 80% de los casos y superior a 30
solamente en un 35%.
Hay que recordar que si el aire está seco a 700 hPa entonces DD(700) aumenta y K disminuye, implicando en principio una disminución de la probabilidad de tormentas pero al mismo tiempo un aumento de la probabilidad de que estas presenten, en caso de producirse, algún tipo de fenómeno severo en superficie (Ver apartado IV.3.1).
Como se puede ver en la Fig.IV.24 el intervalo modal de TT0 aparece en el rango de tormentas posibles, mientras que para TT12 lo hace en el rango superior.
TT0
> 45 en un
90% de los casos y superior a 50 en un 50%.
TT12
> 45 en un 90% de los casos y superior a 52
en un 40%.
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Fig.IV.24 Histograma de frecuencias del índice TT. a) Sondeo de 00 UTC. b) Sondeo de 12 UTC. En azul: Tormentas posibles, algunas fuertes. En violeta: Mayor probabilidad de que se produzcan tormentas fuertes o severas. En rojo: Máxima probabilidad de tormentas con severidad. |
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Fig. IV.25 Histograma de frecuencias del índice LI. a) Sondeo de 00 UTC. b) Sondeo de 12 UTC. En color amarillo: Extremadamente inestable. En rojo: Muy inestable. En violeta: Moderadamente inestable. En azul: Marginalmente inestable. En verde: Estable con posibilidad de convección para valores comprendidos entre 1 y 3. |
En el caso del índice LI se puede ver que en el sondeo de las 00 UTC hay 6 casos con LI > 3. Se trata de un valor muy alto que implica que en estas fechas necesariamente se ha producido una inestabilización a lo largo de la mañana para que posteriormente se haya podido desarrollar la convección. Para las 12 UTC solamente hay un caso anómalo.
El intervalo modal de LI0 aparece en el rango de inestabilidad marginal, de igual manera que para LI12.
LI0 < -3 en un 20% de los
casos aproximadamente y menor que 0 en un 50%.
LI12 < -3 en un 30% de los casos aproximadamente y menor que 0
en un 80%.
Si la temperatura de disparo o convectiva es excesivamente alta puede no llegar a producirse convección.
Se obtiene que:
Un 80% de los TC0 (temperatura convectiva a 00 UTC) < 30ºC.
Un 80% de los
TC12 (temperatura convectiva a 12 UTC) < 28ºC.
Estos valores se pueden considerar por lo tanto como umbrales de máximo para que se produzca granizo, es decir, es necesario que la temperatura de disparo calculada a partir del sondeo no sea superior a estos valores modales, pero sin embargo no es una condición suficiente para que efectivamente se desarrolle la convección. Los valores máximos observados han sido para TC0 y TC12, 36ºC y 37ºC respectivamente, tanto para todos los casos como solo para los meses de verano, mientras que bajo la condición menos restrictiva de que haya convección en algún lugar de Catalunya han sido 43ºC y 41ºC respectivamente (Pascual, 1997). Es decir, parece evidente que los datos del radiosondeo de Zaragoza son representativos para el llano de Lleida pero no para otras zonas de Catalunya, como es lógico esperar por el carácter complejo de la orografía.
ALTURA DE LA ISOCERO DEL TERMÓMETRO HÚMEDO (TW) (Fig.IV.26)
La altura de la isocero del termómetro húmedo es un buen indicador del nivel al que se encuentra la capa de fusión del granizo en su caída por la nube o por la capa subnubosa. Si esta altura es excesivamente elevada aumenta la probabilidad de que la partícula, inicialmente sólida, llegue finalmente líquida a la superficie y por otro lado, si está muy baja, los procesos de precipitación que se desarrollan en el interior de la nube convectiva determinan unas corrientes ascendentes menos vigorosas y el granizo, que se genera fácilmente, es sin embargo de pequeño tamaño (como ocurre durante el mes de abril) (Ver apartado IV.1.1).
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Fig.IV.26 Histograma de frecuencias de TW. a) Sondeo de 00 UTC. b) Sondeo de 12 UTC. En rojo: Zona con mayor potencial para que se genere granizo grande. En violeta: Zona asociada con un cierto potencial para granizadas. |
Tanto en los sondeos de las 00 UTC como en los de las 12 UTC las condiciones de TW han sido favorables a la aparición de granizo en el suelo e incluso en bastantes ocasiones de tamaño grande.
NIVEL DE EQUILIBRIO (NE)
Este parámetro se comporta aquí como un indicador de la profundidad mínima de la convección para que se produzca granizo en la zona de lucha.
Después de haber eliminado unos pocos valores no verosímiles, que se obtienen gráficamente y no son coherentes con la aparición de convección con granizo, se ha obtenido que:
Un 80% de los NE0 > 8000 m y más
de un 40% > 10000 m.
Un 80% de los NE12 > 7000 m y un 40% >
10000 m.
NIVEL DE CONDENSACIÓN CONVECTIVO (NCC)
Si el nivel de condensación convectivo está excesivamente alto las corrientes ascendentes pueden no desarrollarse con suficiente vigor o incluso no desarrollarse. Los resultados obtenidos para las campañas estudiadas son:
Un
60% de los NCC0 son inferiores a 1600 m.
Un
60% de los NCC12 son inferiores a 1400 m.
Comparando los datos obtenidos de los aproximadamente 40 casos disponibles en este estudio y los obtenidos del estudio sobre índices de estabilidad realizado para la convección en Catalunya durante los veranos de 1995, 1996 y 1997 (Pascual, 1997), se observa que los días con granizadas tienen un NCC, tanto el correspondiente a las 00 UTC como el de las 12 UTC, menor en media a los demás días con convección. Si se restringe la base de datos de granizadas a los meses de junio, julio y agosto se mantiene este mismo resultado, aunque la altura media ahora es algo más alta. Es decir, para que se produzca granizo es necesario que el nivel de condensación convectivo, que se considera el más significativo en estos días, no esté excesivamente alto (más bajo que en los días con convección pero sin granizo).
CONTENIDO DE AGUA PRECIPITABLE (PW)
Los valores estadísticos para los sondeos de las 00 UTC y de las 12 UTC son bastante parecidos. De los histogramas (no mostrados) se obtiene:
PW1 (Superficie-850 hPa) > 9 mm en un 80% de
los casos.
PW2 (850-700 hPa) > 8 mm en un 80% de los casos.
PW3 (700-500 hPa) > 4 mm en un 80% de los casos.
El contenido de agua precipitable siempre es superior en los estratos inferiores. La principal disminución aparece entre el segundo estrato y el tercero, a pesar de que este último es más espeso que el segundo. Sin embargo, no se ha identificado claramente una capa seca a niveles medios, generalmente asociada a las granizadas severas. De la comparación con el estudio de Martín et al. de 1993, se observa que en los dos primeros estratos (los más influidos por las condiciones de superficie) el agua precipitable para los días convectivos en el sondeo de Zaragoza es significativamente mayor que en el de Madrid. Sin embargo, entre los valores de los estratos superiores, influidos por los flujos sinópticos, no se observan diferencias significativas.
En las siguientes tablas (Tabla IV.9.) se muestran a modo de resumen y comparación los valores de los diferentes parámetros obtenidos de los radiosondeos de 00 UTC y 12 UTC, en diferentes circunstancias.
|
DÍAS SIN CONVEC. |
DÍAS CON CONVEC. |
DÍAS CON GRANIZO. |
TT0 (ºC) |
39 |
45 |
(50) 49 |
K0 (ºC) |
15 |
25 |
(28) 31 |
NCC0 (M) |
2443 |
2037 |
(1446) 1640 |
NE0 (M) |
|
|
(10230) 11566 |
TC0 (ºC) |
32.3 |
30.0 |
(25.4) 30.3 |
TW0 (M) |
|
|
2684 |
PW10(mm) |
5.5* |
6.4* |
(11.4 ) 13.8 |
PW20(mm) |
7.2* |
8.1* |
(9.3) 11.3 |
PW30(mm) |
3.5* |
6.2* |
(5.3) 6.3 |
PW40(mm) (500hPa-300hPa) |
0.9* |
1.5* |
(1.1) 1.5 |
Tabla IV.9.a Datos obtenidos a partir de radiosondeos de las 00 UTC. Ver leyenda tabla IV.9.b. |
|
DÍAS SIN CONVEC. |
DÍAS CON CONVEC. |
DÍAS CON GRANIZO. |
TT12 (ºC) |
38** |
44** |
(49) 47 |
K12 (ºC) |
9** |
22** |
(25) 25 |
NCC12 (M) |
2503** |
1781** |
(1272) 1480 |
NE12 (M) |
|
|
(9598 ) 11183 |
TC12 (ºC) |
33.6** |
29.0** |
(23.7) 29.0 |
TW12 (M) |
|
|
2478 |
PW112(mm) |
6.1* |
6.8* |
(10.7) 13.2 |
PW212(mm) |
6.4* |
7.7* |
(7.9) 9.0 |
PW312(mm) |
2.8* |
5.2* |
(4.4) 5.2 |
PW412(mm) (500hPa-300hPa) |
0.9* |
1.0* |
(0.9) 1.3 |
Tabla IV.9.b Datos obtenidos a partir de radiosondeos de las 12 UTC. Entre
paréntesis se muestran los valores obtenidos para las fechas con
granizo en la zona de estudio entre el 15 de abril y el 15 de octubre de
los años 1995 a 1999. |
Las desviaciones standard de los diferentes parámetros (no mostradas aquí) son relativamente pequeñas en los casos de granizadas, mejores que para los valores estadísticos obtenidos en el estudio de la convección en general en Catalunya. En conjunto se observan diferencias significativas entre los índices extraídos de los sondeos correspondientes a los días con granizo y los extraídos de los días en los que ha habido convección en general.
ENERGÍA POTENCIAL CONVECTIVA DISPONIBLE (CAPE) (Fig.IV.27)
Debido a las limitaciones del programa de análisis de radiosondeos utilizado en este estudio (Riosalido, 1995) no se ha podido calcular el valor numérico del parámetro CAPE (valor del que sin embargo sí se dispone en la operatividad diaria del Grupo de Predicción y Vigilancia de Catalunya) y las conclusiones que siguen se refieren entonces a una estimación de este valor a partir de la representación gráfica del sondeo.
Es interesante recordar aquí la relación aproximada entre la CAPE y la velocidad máxima de las corrientes convectivas ascendentes (Martín, F. et al., 2001):
Wmax = (2CAPE)1/2
Se deduce de los sondeos que la energía convectiva disponible en las granizadas que se producen en los meses de abril y mayo es en general bastante menor que la disponible en las granizadas de los meses de junio, julio y agosto. Por lo tanto no se debe esperar forzosamente valores altos de CAPE (ni a 00 UTC ni a 12 UTC) en las granizadas de los meses de primavera. En los meses de septiembre y octubre las pocas granizadas que se han producido han tenido asociados valores de CAPE variables. Dada la distribución de granizadas a lo largo de la campaña se constata que en un número significativamente elevado éstas se producen con valores de CAPE relativamente pequeños.
Respecto a las grandes granizadas vemos que en un 60% de los casos éstas se han producido, como era de esperar, con CAPE grande, mientras que en general las granizadas, sin distinguir su magnitud, se han producido con un CAPE grande en un 55% de los casos. En consecuencia el valor del CAPE tampoco parece ser muy determinante en el momento de predecir una gran granizada.
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Fig.IV.27. a) Distribución mensual según niveles (Pequeña (P), mediana (M) o grande (G)) de la CAPE en los días con granizada. Sondeo de las 00 UTC. b) Sondeo de las 12 UTC. |
IV.6.2 Análisis del perfil vertical del viento.
Para realizar este análisis se ha trabajado con las hodógrafas correspondientes a los sondeos de las 00 UTC y de las 12 UTC.
Para cada uno de los sondeos se han identificado los niveles con máximos significativos de viento y se ha anotado su intensidad, dirección y nivel y también se han identificado los puntos en los que se observa un cambio en la dirección del viento o un cambio relevante en la velocidad. Mediante la discriminación de estos estratos se ha intentado caracterizar la estructura vertical del viento en la vertical de Zaragoza en las fechas en las que se ha producido granizada en la zona de Lleida. De nuevo las conclusiones presentadas estarán fundamentadas en la hipótesis de que este sondeo es aproximadamente representativo de las condiciones termodinámicas presentes en la zona de actuación.
Las hodógrafas han permitido establecer unos patrones de la estructura vertical del viento atendiendo al número de capas en las que se subdivide el perfil en la vertical. Se han llegado a considerar, por necesidad de simplificación, un máximo de tres capas. Los patrones que se presentan tienen un carácter medio, subjetivo y aproximado y no se ha pretendido en ningún momento calcular los perfiles medios.
Patrones obtenidos para las 00 UTC:
Casos
con 1 capa: 7
Casos con 2 capas: 15
Casos con 3 capas: 13
El patrón medio para los casos con una 1 capa es un flujo del SW con un máximo de 70 kt a 283 hPa.
Se han encontrado dos patrones medios posibles para los casos con dos capas:
Primer
patrón: (6 casos)
1ª capa: Flujo del NW por debajo de 750 hPa con un
máximo de 22 kt a 870 hPa.
2ª capa: Flujo del SW con un máximo de 72 kt a 238 hPa.
Segundo
patrón: (8 casos)
1ª capa: Flujo del SE por debajo de 850 hPa
con un máximo de 17 kt a 888 hPa.
2ª capa: Flujo del SW por encima de este nivel con un máximo de 72 kt a 238
hPa.
El flujo del SW en la 2ª capa se ha encontrado en 12 de los 15 casos. En los otros tres casos el flujo del NW se ha mantenido en todo el espesor de la troposfera.
Se han obtenido tres patrones posibles para los casos de tres capas:
Primer patrón:
1ª capa: Flujo del NW por debajo de 850 hPa, con
un máximo de 11 kt a 955 hPa.
2ª capa: Flujo del SE hasta 550 hPa con un máximo de 21 kt a 609 hPa.
3ª capa: Flujo del SW.
Segundo patrón:
1ª capa: Flujo del SE por debajo de
950 hPa con un máximo de 15 kt a 958 hPa.
2ª capa: Flujo del SE por debajo de 550 hPa con un máximo de 21 kt a 609 hPa.
3ª capa: Flujo del SW.
Tercer patrón:
1ª capa: Flujo del SW por debajo de 700 hPa
con un máximo de 19 kt a 785 hPa.
2ª capa: Flujo del SE por debajo de 550 hPa con un máximo de 21 kt a 609 hPa.
3º capa: Flujo del SW.
En la tercera capa el máximo de viento es de unos 44 kt y se encuentra a 182 hPa.
En resumen (Fig.IV.28):
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Fig.IV.28
Esquema de los patrones del perfil vertical del viento recurrentes
obtenidos a partir del radiosondeo de Zaragoza de las 00 UTC en las fechas con granizada. |
Un patrón común en casos de granizada consiste en flujo del SW a todos los niveles con el máximo de velocidad situado por encima de los 9000 m (Jet stream).
Otro conjunto de patrones habituales consiste en flujo del SW a niveles medios-altos (por encima de 5000 m), con el máximo por encima de los 10000 m (Jet stream) y varias opciones en niveles bajos:
1.-
Una sola capa con flujo moderado del NW hasta unos 3000 m (cierzo) o flujo del
SE flojo o moderado hasta unos 2000 m.
2.- Flujos de diferentes direcciones comprendidas entre el NW y el SE en capas
relativamente bajas (por debajo de los 2000 m en promedio) y SE entre este nivel
y los 5000 m.
Por lo tanto, es
denominador común un flujo del SW por encima de los 5000 m (observable
en los
análisis de 500 hPa y superiores) de carácter sinóptico, una componente
dominante del SE, especialmente en niveles intermedios (entre los 3000 m y los
5000 m, observable en 700 hPa), y mayor variabilidad por debajo de los 3000 m,
aunque siempre con predominio de las direcciones comprendidas entre NW-SW-SE.
Estas conclusiones son muy similares a las ya presentadas por García de
Pedraza para el Valle del Ebro en su conjunto (García de Pedraza, 1964).
En la interpretación de las hodógrafas correspondientes al sondeo de las 12 UTC se observan los principales rasgos extraídos del sondeo de las 00 UTC aunque con algunas variaciones:
1.-
Un aumento en la proporción de vientos del SE en capas bajas y medias con
viento del SW por encima de los 3000 m respecto a los datos de las 00
UTC. A este patrón le sigue en proporción el que contiene un NW en
capas bajas y SW por encima.
2.- De los 14 casos en los que en superficie se ha registrado viento del SE en
12 se observan por encima vientos del SW quedando este hecho más definido que
en el caso del sondeo de las 00 UTC.
Para el sondeo de las 12 UTC la mayoría de los perfiles se agrupan en los tres tipos siguientes:
SW en todos los
niveles de la troposfera (12 casos)
SE en niveles bajos y medios y SW por encima (12 casos)
NW en niveles
bajos (hasta unos 3500 m en promedio) y NE o SW por encima (7)
El resto de los casos tienen una frecuencia de aparición proporcionalmente poco importante.
En consecuencia tanto en los sondeos de las 00 UTC como en los de las 12
UTC existe una importante cizalla vertical del viento, especialmente en lo que
respecta a la dirección. Esta cizalla favorece la profundización y organización
de la convección (Martín, F. et al., 2001).
IV.6.3
Resumen.
Se considera válida la hipótesis consistente en aceptar que los datos aerológicos del radiosondeo de Zaragoza permiten conocer, en la mayoría de los casos, las características preconvectivas de la masa de aire presente en la zona de estudio.
En cuanto al análisis de la estabilidad se obtienen los siguientes resultados:
El intervalo modal para K aparece en el rango de alto potencial tormentoso con una frecuencia superior al 30%. Es decir, el número de falsas alarmas generado por este índice es bastante aceptable. TT0 parece infravalorar la probabilidad de que se produzcan tormentas y TT0 se ajusta algo mejor a lo observado. Finalmente, el intervalo modal de LI aparece en el rango de inestabilidad marginal lo cual parece sugerir también que LI infravalora la probabilidad de tormentas.
En un 80% de los casos TC0 es inferior a 30ºC y TC12 inferior a 28ºC mientras que los valores máximos observados han sido para TC0 y TC12, 36ºC y 37ºC respectivamente. Estos valores pueden considerarse como umbrales de máximo por encima de los cuales la convección con granizo es efectivamente imposible. En todos los sondeos las condiciones de TW han sido favorables a la aparición de granizo en el suelo e incluso en bastantes ocasiones de tamaño grande. En consecuencia parece que este índice se ajusta bastante bien a lo observado.
Más del 80% de los valores de NE son superiores a 7000 m y más de un 40% a 10000 m. Es necesario, por lo tanto, que el nivel de equilibrio se encuentre a una altura bastante considerable para que la convección que se desarrolla pueda producir granizo. En un 60% de los casos los NCC0 son inferiores a 1600 m y en un 60% los NCC12 son inferiores a 1400 m. De la comparación con la convección de primavera y verano en Cataluña, con o sin granizo, se concluye que para que éste se genere es necesario que el NCC no esté excesivamente alto y que esté más bajo que en los días con convección pero sin granizo.
La energía convectiva disponible en las granizadas que se registran en los meses de abril y mayo es en general bastante menor que la disponible en las de junio, julio y agosto. Por lo tanto no se debe esperar forzosamente valores altos de CAPE en las granizadas de los meses de primavera. Se constata por lo tanto que en un número significativamente elevado de granizadas éstas se producen con valores de CAPE relativamente pequeños.
En cuanto al perfil vertical del viento se presenta el siguiente resumen:
Para el sondeo de la 00 UTC es denominador común un flujo del SW por encima de los 5000 m aprox. de carácter sinóptico, una componente dominante del SE, especialmente en niveles intermedios (entre los 3000 m y los 5000 m, observable a 700 hPa), y mayor variabilidad por debajo de los 3000 m, aunque siempre con predominio de las direcciones comprendidas entre NW-SW-SE.
Para el sondeo de las 12 UTC la mayoría de los perfiles se agrupan en los tres tipos siguientes:
SW en todos los niveles de la troposfera (12 casos)
SE en niveles bajos y medios y SW por encima (12 casos)
NW en niveles bajos (hasta unos 3500 m en promedio) y
NE o SW por encima (7 casos)
Se constata así que en ambos sondeos existe una importante cizalla vertical del viento, especialmente en lo que respecta a la dirección. Como es sabido, esta cizalla favorece la profundización y organización de la convección.
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