El granizo es una forma de precipitación sólida . [1] Es distinto de los gránulos de hielo ("aguanieve" en inglés americano), aunque los dos a menudo se confunden. [2] Consiste en bolas o trozos irregulares de hielo, cada uno de los cuales se llama granizo . [3] Los gránulos de hielo generalmente caen en climas fríos, mientras que el crecimiento del granizo se inhibe en gran medida durante las bajas temperaturas de la superficie.
A diferencia de otras formas de precipitación de hielo de agua , como el graupel (que está hecho de hielo de escarcha ), los gránulos de hielo (que son más pequeños y translúcidos ) y la nieve (que consiste en diminutos copos o agujas delicadamente cristalinas), el granizo suele medir entre 5 mm (0,2 pulgadas) y 15 cm (6 pulgadas) de diámetro. [1] El código de informe METAR para granizo de 5 mm (0,20 pulgadas) o más es GR , mientras que los granizos y graupel más pequeños se codifican GS .
El granizo es posible dentro de la mayoría de las tormentas (ya que es producido por cumulonimbos ), [4] así como dentro de 2 millas náuticas (3,7 km) de la tormenta principal. La formación de granizo requiere ambientes de fuerte movimiento ascendente de aire dentro de la tormenta principal (similar a los tornados ) y alturas más bajas del nivel de congelación. En las latitudes medias , el granizo se forma cerca del interior de los continentes , mientras que, en los trópicos , tiende a limitarse a elevaciones elevadas .
Existen métodos disponibles para detectar tormentas que producen granizo utilizando satélites meteorológicos e imágenes de radar meteorológico . Los granizos generalmente caen a mayor velocidad a medida que crecen en tamaño, aunque factores complicados como el derretimiento, la fricción con el aire, el viento y la interacción con la lluvia y otros granizos pueden ralentizar su descenso a través de la atmósfera terrestre . Se emiten advertencias de tiempo severo por granizo cuando las piedras alcanzan un tamaño dañino, ya que puede causar daños graves a las estructuras construidas por el hombre y, más comúnmente, a los cultivos de los agricultores.
Se conoce como granizada a toda tormenta que produce granizo que llega hasta el suelo . [5] Un cristal de hielo con un diámetro de >5 mm (0,20 pulgadas) se considera granizo . [4] El granizo puede crecer hasta 15 cm (6 pulgadas) y pesar más de 0,5 kg (1,1 lb). [6]
A diferencia de los gránulos de hielo, el granizo tiene capas y puede ser irregular y agruparse. [ cita necesaria ] El granizo se compone de hielo transparente o capas alternas de hielo transparente y translúcido de al menos 1 mm (0,039 pulgadas) de espesor, que se depositan sobre el granizo a medida que viaja a través de la nube, suspendido en lo alto por el aire con un fuerte movimiento ascendente hasta su peso vence la corriente ascendente y cae al suelo. Aunque el diámetro del granizo varía, en los Estados Unidos, la observación promedio de granizo dañino es de entre 2,5 cm (0,98 pulgadas) y del tamaño de una pelota de golf de 4,4 cm (1,75 pulgadas). [7]
Las piedras de más de 2 cm (0,79 pulgadas) generalmente se consideran lo suficientemente grandes como para causar daños. El Servicio Meteorológico de Canadá emite advertencias de tormentas severas cuando se espera granizo de ese tamaño o superior. [8] El Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU . tiene un umbral de 2,5 cm (0,98 pulgadas) de diámetro, a partir de enero de 2010, un aumento con respecto al umbral anterior de 0,75 pulgadas (1,9 cm) de granizo. [9] Otros países tienen umbrales diferentes según la sensibilidad local al granizo; Por ejemplo, las zonas vitivinícolas podrían verse afectadas negativamente por granizos más pequeños. Los granizos pueden ser muy grandes o muy pequeños, dependiendo de qué tan fuerte sea la corriente ascendente: las granizadas más débiles producen granizos más pequeños que las tormentas más fuertes (como las supercélulas ), ya que las corrientes ascendentes más poderosas en una tormenta más fuerte pueden mantener en el aire granizos más grandes.
El granizo se forma en nubes de tormenta fuertes , particularmente aquellas con intensas corrientes ascendentes , alto contenido de agua líquida, gran extensión vertical, grandes gotas de agua y donde una buena parte de la capa de nubes está por debajo del punto de congelación (0 °C; 32 °F). [4] Este tipo de fuertes corrientes ascendentes también pueden indicar la presencia de un tornado. [10] La tasa de crecimiento del granizo se ve afectada por factores como una mayor elevación, zonas de congelación más bajas y cizalladura del viento. [11]
Al igual que otras precipitaciones en las nubes cumulonimbus, el granizo comienza como gotas de agua. A medida que las gotas aumentan y la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, se convierten en agua sobreenfriada y se congelarán al entrar en contacto con los núcleos de condensación . Una sección transversal de un gran granizo muestra una estructura similar a una cebolla. Esto significa que el granizo está formado por capas gruesas y translúcidas, que se alternan con capas finas, blancas y opacas. La teoría anterior sugería que los granizos estaban sujetos a múltiples descensos y ascensos, cayendo en una zona de humedad y volviéndose a congelar a medida que se elevaban. [ cita necesaria ] Se pensaba que este movimiento hacia arriba y hacia abajo era responsable de las sucesivas capas de granizo. Una nueva investigación, basada tanto en la teoría como en estudios de campo, ha demostrado que esto no es necesariamente cierto. [ cita necesaria ]
La corriente ascendente de la tormenta , con vientos dirigidos hacia arriba con velocidades de hasta 180 km/h (110 mph), [12] hace volar el granizo que se está formando hacia la nube. A medida que el granizo asciende, pasa a zonas de la nube donde varía la concentración de humedad y las gotas de agua sobreenfriada. La tasa de crecimiento del granizo cambia según la variación de la humedad y las gotas de agua superenfriada que encuentra. La tasa de acumulación de estas gotas de agua es otro factor en el crecimiento del granizo. Cuando el granizo se desplaza hacia una zona con alta concentración de gotas de agua, captura estas últimas y adquiere una capa traslúcida. Si el granizo se mueve hacia una zona donde hay principalmente vapor de agua, adquiere una capa de hielo blanco opaco. [13]
Además, la velocidad del granizo depende de su posición en la corriente ascendente de la nube y de su masa. Esto determina los distintos espesores de las capas de granizo. La tasa de acumulación de gotas de agua sobreenfriada sobre el granizo depende de las velocidades relativas entre estas gotas de agua y el granizo mismo. Esto significa que, en general, los granizos más grandes se formarán a cierta distancia de la corriente ascendente más fuerte, donde pueden pasar más tiempo creciendo. [13] A medida que el granizo crece, libera calor latente , lo que mantiene su exterior en fase líquida. Debido a que sufre un "crecimiento húmedo", la capa exterior es pegajosa (es decir, más adhesiva), por lo que un solo granizo puede crecer por colisión con otros granizos más pequeños, formando una entidad más grande con una forma irregular. [15]
El granizo también puede sufrir un "crecimiento seco", en el que el calor latente liberado por la congelación no es suficiente para mantener la capa exterior en estado líquido. El granizo que se forma de esta manera parece opaco debido a las pequeñas burbujas de aire que quedan atrapadas en la piedra durante la congelación rápida. Estas burbujas se fusionan y escapan durante el modo de "crecimiento húmedo", y el granizo es más claro. El modo de crecimiento de un granizo puede cambiar a lo largo de su desarrollo, y esto puede dar lugar a distintas capas en la sección transversal del granizo. [dieciséis]
El granizo seguirá subiendo durante la tormenta hasta que la corriente ascendente ya no pueda sostener su masa. Esto puede tardar al menos 30 minutos, dependiendo de la fuerza de las corrientes ascendentes en la tormenta que produce granizo, cuya cima suele tener más de 10 km de altura. Luego cae hacia el suelo mientras continúa creciendo, siguiendo los mismos procesos, hasta abandonar la nube. Más tarde comenzará a derretirse cuando pase al aire por encima de la temperatura de congelación. [17]
Por tanto, una trayectoria única de la tormenta es suficiente para explicar la estructura en capas del granizo. El único caso en el que se pueden discutir trayectorias múltiples es en una tormenta multicelular, donde el granizo puede ser expulsado desde la parte superior de la célula "madre" y capturado en la corriente ascendente de una célula "hija" más intensa. Éste, sin embargo, es un caso excepcional. [13]
El granizo es más común en el interior continental de las latitudes medias, ya que la formación de granizo es considerablemente más probable cuando el nivel de congelación está por debajo de la altitud de 11.000 pies (3.400 m). [18] El movimiento del aire seco hacia fuertes tormentas sobre continentes puede aumentar la frecuencia del granizo al promover el enfriamiento por evaporación, que reduce el nivel de congelación de las nubes de tormenta, dando al granizo un mayor volumen para crecer. En consecuencia, el granizo es menos común en los trópicos. a pesar de una frecuencia de tormentas mucho mayor que en las latitudes medias porque la atmósfera sobre los trópicos tiende a ser más cálida a mayor altitud. El granizo en los trópicos ocurre principalmente en elevaciones más altas. [19]
El crecimiento del granizo se vuelve extremadamente pequeño cuando la temperatura del aire cae por debajo de -30 °C (-22 °F), ya que las gotas de agua sobreenfriada se vuelven raras a estas temperaturas. [18] Alrededor de las tormentas eléctricas, lo más probable es que haya granizo dentro de la nube en elevaciones superiores a los 20.000 pies (6.100 m). Entre 10.000 pies (3.000 m) y 20.000 pies (6.100 m), el 60% del granizo todavía se encuentra dentro de la tormenta, aunque el 40% ahora se encuentra en el aire claro debajo del yunque. Por debajo de los 3.000 m (10.000 pies), el granizo se distribuye uniformemente dentro y alrededor de una tormenta hasta una distancia de 3,7 km (2 millas náuticas). [20]
El granizo ocurre con mayor frecuencia en el interior de los continentes en latitudes medias y es menos común en los trópicos, a pesar de que la frecuencia de tormentas es mucho mayor que en las latitudes medias. [21] El granizo también es mucho más común a lo largo de las cadenas montañosas porque las montañas fuerzan vientos horizontales hacia arriba (conocido como levantamiento orográfico ), intensificando así las corrientes ascendentes dentro de las tormentas eléctricas y haciendo que el granizo sea más probable. [22] Las elevaciones más altas también dan como resultado que haya menos tiempo disponible para que el granizo se derrita antes de llegar al suelo. Una de las regiones más comunes para grandes granizos es la montañosa del norte de la India , que registró una de las mayores cifras de muertes relacionadas con el granizo registradas en 1888. [23] China también experimenta importantes tormentas de granizo. [24] Europa central y el sur de Australia también sufren muchas tormentas de granizo. Las regiones donde se producen frecuentemente granizadas son el sur y el oeste de Alemania , el norte y el este de Francia , el sur y el este del Benelux y el norte de Italia . [25] En el sudeste de Europa, Croacia y Serbia sufren frecuentes casos de granizo. [26] Algunos países mediterráneos registran la máxima frecuencia de granizo durante la temporada de otoño. [25]
En América del Norte , el granizo es más común en la zona donde se unen Colorado , Nebraska y Wyoming , conocida como "Hail Alley". [27] El granizo en esta región ocurre entre los meses de marzo y octubre durante las horas de la tarde y la noche, y la mayor parte de los casos ocurre de mayo a septiembre. Cheyenne, Wyoming, es la ciudad más propensa al granizo de América del Norte, con un promedio de nueve a diez tormentas de granizo por temporada. [28] Al norte de esta área y también justo a favor del viento de las Montañas Rocosas se encuentra la región de Hailstorm Alley de Alberta , que también experimenta una mayor incidencia de eventos de granizo importantes.
El radar meteorológico es una herramienta muy útil para detectar la presencia de tormentas productoras de granizo. Sin embargo, los datos del radar deben complementarse con el conocimiento de las condiciones atmosféricas actuales que puedan permitir determinar si la atmósfera actual es propicia para el desarrollo del granizo.
El radar moderno escanea muchos ángulos alrededor del sitio. Los valores de reflectividad en múltiples ángulos sobre el nivel del suelo en una tormenta son proporcionales a la tasa de precipitación en esos niveles. La suma de las reflectividades en el líquido verticalmente integrado o VIL da el contenido de agua líquida en la nube. Las investigaciones muestran que el desarrollo de granizo en los niveles superiores de la tormenta está relacionado con la evolución de VIL. El VIL dividido por la extensión vertical de la tormenta, llamado densidad VIL, tiene una relación con el tamaño del granizo, aunque varía según las condiciones atmosféricas y, por lo tanto, no es muy preciso. [29] Tradicionalmente, el tamaño y la probabilidad del granizo se pueden estimar a partir de datos de radar por computadora utilizando algoritmos basados en esta investigación. Algunos algoritmos incluyen la altura del nivel de congelación para estimar el derretimiento del granizo y lo que quedaría en el suelo.
Ciertos patrones de reflectividad también son pistas importantes para el meteorólogo. El pico de dispersión de tres cuerpos es un ejemplo. Este es el resultado de la energía del radar que golpea el granizo y se desvía hacia el suelo, donde se desvía nuevamente hacia el granizo y luego hacia el radar. La energía tardó más en ir del granizo al suelo y regresar, a diferencia de la energía que pasó directamente del granizo al radar, y el eco está más lejos del radar que la ubicación real del granizo en el mismo trayectoria radial, formando un cono de reflectividades más débiles.
Más recientemente, se han analizado las propiedades de polarización de los retornos de los radares meteorológicos para diferenciar entre granizo y lluvias intensas. [30] [31] El uso de reflectividad diferencial ( ), en combinación con reflectividad horizontal ( ), ha dado lugar a una variedad de algoritmos de clasificación de granizo. [32] Se están empezando a utilizar imágenes de satélite visibles para detectar granizo, pero las tasas de falsas alarmas siguen siendo altas utilizando este método. [33]
El tamaño del granizo se determina mejor midiendo su diámetro con una regla. En ausencia de una regla, el tamaño del granizo a menudo se estima visualmente comparando su tamaño con el de objetos conocidos, como monedas. [34] El uso de objetos como huevos de gallina, guisantes y canicas para comparar el tamaño del granizo es impreciso debido a sus variadas dimensiones. La organización británica TORRO también realiza escalas tanto para granizo como para granizo. [35]
Cuando se observa en un aeropuerto , el código METAR se utiliza dentro de una observación meteorológica en superficie que se relaciona con el tamaño del granizo. Dentro del código METAR, GR se utiliza para indicar granizo más grande, de un diámetro de al menos 0,25 pulgadas (6,4 mm). GR se deriva de la palabra francesa grêle . El granizo de menor tamaño, así como los gránulos de nieve, utilizan la codificación GS, que es la abreviatura de la palabra francesa grésil . [36]
La velocidad terminal del granizo, o la velocidad a la que cae el granizo cuando golpea el suelo, varía. Se estima que un granizo de 1 cm (0,39 pulgadas) de diámetro cae a una velocidad de 9 m/s (20 mph), mientras que piedras de un tamaño de 8 cm (3,1 pulgadas) de diámetro caen a una velocidad de 48 m/s. s (110 mph). La velocidad del granizo depende del tamaño de la piedra, su coeficiente de arrastre , el movimiento del viento por el que cae, las colisiones con gotas de lluvia u otros granizos y el derretimiento a medida que las piedras caen a través de una atmósfera más cálida . Como el granizo no es esferas perfectas, es difícil calcular con precisión su coeficiente de resistencia y, por tanto, su velocidad. [37]
En los Estados Unidos, el Servicio Meteorológico Nacional informa el tamaño del granizo en comparación con los objetos cotidianos. Los granizos de más de 1 pulgada de diámetro se denominan "severos". [38]
Los megacriometeoros , grandes rocas de hielo que no están asociadas con tormentas eléctricas, no están reconocidos oficialmente por la Organización Meteorológica Mundial como "granizo", que son agregaciones de hielo asociadas con tormentas eléctricas, y por lo tanto los registros de características extremas de los megacriometeoros no se dan como registros de granizo. .
El granizo puede causar daños graves, en particular a automóviles, aviones, claraboyas, estructuras con techos de cristal, ganado y, más comúnmente, cultivos . [28] Los daños causados por granizo en los tejados a menudo pasan desapercibidos hasta que se observan más daños estructurales, como goteras o grietas. Es más difícil reconocer los daños por granizo en tejados de tejas y tejados planos, pero todos los tejados tienen sus propios problemas de detección de daños por granizo. [45] Los techos de metal son bastante resistentes a los daños por granizo, pero pueden acumular daños cosméticos en forma de abolladuras y revestimientos dañados.
El granizo es uno de los riesgos de tormentas más importantes para los aviones. [46] Cuando el granizo supera los 13 mm (0,5 pulgadas) de diámetro, los aviones pueden sufrir daños graves en cuestión de segundos. [47] El granizo que se acumula en el suelo también puede ser peligroso para los aviones que aterrizan. El granizo es una molestia común para los conductores de automóviles, ya que abolla gravemente el vehículo y agrieta o incluso rompe parabrisas y ventanas, a menos que esté estacionado en un garaje o cubierto con un material protector. El trigo, el maíz, la soja y el tabaco son los cultivos más sensibles a los daños del granizo. [23] El granizo es uno de los peligros más costosos de Canadá. [48]
En raras ocasiones, se sabe que los granizos masivos causan conmociones cerebrales o traumatismos craneoencefálicos mortales . Las granizadas han sido causa de acontecimientos costosos y mortales a lo largo de la historia. Uno de los primeros incidentes conocidos ocurrió alrededor del siglo IX en Roopkund , Uttarakhand , India , donde entre 200 y 600 nómadas parecen haber muerto a causa de heridas causadas por granizo del tamaño de pelotas de críquet . [49]
Las zonas estrechas donde el granizo se acumula en el suelo en asociación con la actividad de las tormentas se conocen como rayas de granizo o franjas de granizo, [50] que pueden detectarse por satélite después de que pasan las tormentas. [51] Las granizadas normalmente duran desde unos pocos minutos hasta 15 minutos de duración. [28] Las tormentas de granizo acumuladas pueden cubrir el suelo con más de 2 pulgadas (5,1 cm) de granizo, provocar que miles de personas se queden sin electricidad y derribar muchos árboles. Las inundaciones repentinas y los deslizamientos de tierra en áreas de terreno empinado pueden ser un problema debido a la acumulación de granizo. [52]
Se han informado profundidades de hasta 18 pulgadas (0,46 m). Un paisaje cubierto de granizo acumulado generalmente se parece a uno cubierto de nieve acumulada y cualquier acumulación significativa de granizo tiene los mismos efectos restrictivos que la acumulación de nieve, aunque en un área más pequeña, sobre el transporte y la infraestructura. [53] El granizo acumulado también puede causar inundaciones al bloquear los desagües, y el granizo puede transportarse en el agua de la inundación, convirtiéndose en un aguanieve parecido a la nieve que se deposita en elevaciones más bajas.
En ocasiones algo raras, una tormenta eléctrica puede volverse estacionaria o casi estacionaria, mientras produce granizo prolíficamente y se produce una acumulación de profundidad significativa; esto tiende a suceder en áreas montañosas, como el caso del 29 de julio de 2010 [54] de acumulación de granizo de un pie en el condado de Boulder , Colorado. El 5 de junio de 2015, cayó granizo de hasta cuatro pies de profundidad en una cuadra de la ciudad de Denver, Colorado . Los granizos, descritos como del tamaño de un abejorro y una pelota de ping pong, fueron acompañados de lluvia y fuertes vientos. El granizo cayó sólo en una zona, dejando intacta la zona circundante. Cayó durante una hora y media entre las 22.00 y las 23.30 horas. Un meteorólogo del Servicio Meteorológico Nacional en Boulder dijo: "Es un fenómeno muy interesante. Vimos la tormenta detenerse. Produjo grandes cantidades de granizo en un área pequeña. Es una cuestión meteorológica". Los tractores utilizados para limpiar el área llenaron de granizo más de 30 camiones volquete. [55]
La investigación centrada en cuatro días individuales que acumularon más de 5,9 pulgadas (15 cm) de granizo en 30 minutos en el frente de Colorado ha demostrado que estos eventos comparten patrones similares en las características sinópticas observadas del clima, el radar y los relámpagos, [56] lo que sugiere que posibilidad de predecir estos eventos antes de que ocurran. Un problema fundamental para continuar la investigación en esta área es que, a diferencia del diámetro del granizo, la profundidad del granizo no se informa comúnmente. La falta de datos deja a los investigadores y pronosticadores en la oscuridad cuando intentan verificar los métodos operativos. Está en marcha un esfuerzo de cooperación entre la Universidad de Colorado y el Servicio Meteorológico Nacional. El objetivo del proyecto conjunto es conseguir la ayuda del público en general para desarrollar una base de datos sobre las profundidades de acumulación de granizo. [57]
Durante la Edad Media , la gente en Europa solía hacer sonar las campanas de las iglesias y disparar cañones para tratar de evitar el granizo y los consiguientes daños a los cultivos. Hay versiones actualizadas de este enfoque disponibles como modernos cañones de granizo . La siembra de nubes después de la Segunda Guerra Mundial se realizó para eliminar la amenaza del granizo, [12] particularmente en la Unión Soviética , donde se afirmó que se logró una reducción del 70 al 98% en los daños a los cultivos causados por las tormentas de granizo mediante el despliegue de yoduro de plata en las nubes usando cohetes y proyectiles de artillería . [58] [59] Pero estos efectos no se han replicado en ensayos aleatorios realizados en Occidente. [60] Quince países han emprendido programas de supresión del granizo entre 1965 y 2005. [12] [23]
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