nube mamatus

Patrón distintivo de bolsas en la parte inferior de algunas nubes.

Formación de nubes Mammatus en Coimbatore, India

Nubes mammatus sobre el Himalaya de Nepal

Mammatus (también llamado mamma ^[1] o mammatocumulus , que significa "nube mamaria") es un patrón celular de bolsas que cuelgan debajo de la base de una nube , típicamente una nube de lluvia cumulonimbus , aunque pueden estar adheridas a otras clases de nubes madre. El nombre mammatus se deriva del latín mamma (que significa " ubre " o " pecho ").

Según el Atlas internacional de nubes de la OMM , mamma es una característica complementaria de la nube más que un género, especie o variedad de nube. Las distintas partes inferiores "grumosas" se forman cuando el aire frío se hunde para formar las bolsas, al contrario de las ráfagas de nubes que se elevan a través de la convección de aire caliente. Estas formaciones fueron descritas por primera vez en 1894 por William Clement Ley . ^{[1] [2] [3]}

Características

Nubes mamatus sobre un cumulonimbus capillatus

Los mammatus se asocian con mayor frecuencia con nubes de yunque y también con tormentas eléctricas severas. A menudo se extienden desde la base de una nube cumulonimbus , pero también se pueden encontrar debajo de altoestratos y nubes cirros , así como nubes de cenizas volcánicas. ^[4] Cuando ocurren en cumulonimbos, los mammatus suelen ser indicativos de una tormenta particularmente fuerte. Debido al entorno intensamente cizallado en el que se forman los mammatus, se advierte encarecidamente a los aviadores que eviten los cumulonimbus con mammatus, ya que indican turbulencia inducida por convección. ^[5] Las estelas de vapor también pueden producir lóbulos, pero estos se denominan incorrectamente mammatus. ^[1]

Los mamatos pueden aparecer como lóbulos lisos, irregulares o grumosos y pueden ser opacos o translúcidos. Debido a que los mamas se presentan como un grupo de lóbulos, la forma en que se agrupan puede variar desde un grupo aislado hasta un campo de mamas que se extiende a lo largo de cientos de kilómetros o se organizan a lo largo de una línea, y pueden estar compuestos por lóbulos de tamaño desigual o similar. . El lóbulo mamario individual tiene un diámetro promedio de 1 a 3 kilómetros (0,6 a 1,9 millas) y una longitud promedio de 1 ⁄ 2 kilómetro (0,3 millas). Un lóbulo puede durar una media de 10 minutos, pero un grupo completo de mama puede durar entre 15 minutos y unas pocas horas. Suelen estar compuestos de hielo, pero también pueden ser una mezcla de hielo y agua líquida o estar compuestos casi en su totalidad por agua líquida.

Fieles a su siniestra apariencia, las nubes mammatus suelen ser presagios de una tormenta inminente u otro sistema climático extremo. Por lo general, están compuestas principalmente de hielo, pueden extenderse por cientos de millas en cada dirección y las formaciones individuales pueden permanecer visiblemente estáticas durante diez a quince minutos seguidos. Suelen aparecer alrededor, antes o incluso después de condiciones climáticas adversas.

Mecanismos de formación hipotéticos

Panorama de formaciones de nubes mammatus en Swifts Creek, Victoria

La existencia de muchos tipos diferentes de nubes mammatus, cada una con propiedades distintas y que se producen en entornos distintos, ha dado lugar a múltiples hipótesis sobre su formación, que también son relevantes para otras formas de nubes. ^{[4] [6]}

Una tendencia ambiental es compartida por todos los mecanismos de formación hipotéticos para las nubes mammatus: gradientes pronunciados de temperatura, humedad y momento ( cizalladura del viento ) a través del límite de aire entre la nube yunque y la subnube, que influyen fuertemente en las interacciones allí. Los siguientes son los mecanismos propuestos, cada uno descrito con sus deficiencias:

• El yunque de una nube cumulonimbus disminuye gradualmente a medida que se expande desde su nube fuente. A medida que el aire desciende, se calienta. Sin embargo, el aire nublado se calentará más lentamente (a la tasa de caída adiabática húmeda ) que el aire seco debajo de la nube (a la tasa de caída adiabática seca ). Debido al calentamiento diferencial, la capa de nubes/subnubes se desestabiliza y puede producirse un vuelco convectivo , creando una base de nubes grumosa. Los problemas con esta teoría son que hay observaciones de lóbulos de mama que no respaldan la presencia de un fuerte hundimiento en los lóbulos, y que es difícil separar los procesos de lluvia de hidrometeoros y hundimiento de la base de las nubes, lo que hace que no quede claro si cualquiera de los procesos está ocurriendo.
• El enfriamiento debido a la lluvia de hidrometeoros es un segundo mecanismo de formación propuesto. A medida que los hidrometeoros caen en el aire seco debajo de la nube, el aire que contiene la precipitación se enfría debido a la evaporación o sublimación . Al ser ahora más fríos que el aire ambiental e inestables, descienden hasta alcanzar el equilibrio estático, momento en el que una fuerza restauradora curva los bordes de la lluvia radiactiva hacia arriba, creando la apariencia lobulada. Un problema con esta teoría es que las observaciones muestran que la evaporación en la base de las nubes no siempre produce mammatus. Este mecanismo podría ser responsable de la etapa más temprana de desarrollo, pero otros procesos (a saber, el proceso 1, arriba) pueden entrar en juego a medida que los lóbulos se forman y maduran.
• También puede haber desestabilización en la base de las nubes debido al derretimiento. Si la base de la nube existe cerca de la línea de congelación, entonces el enfriamiento del aire inmediato causado por el derretimiento puede conducir a un vuelco convectivo, tal como en los procesos anteriores. Sin embargo, este ambiente estricto de temperatura no siempre está presente.
• Los procesos anteriores se basaron específicamente en la desestabilización de la capa subnubosa debido a efectos de calentamiento adiabático o latente . Sin tener en cuenta los efectos termodinámicos de la lluvia radiactiva de hidrometeoros, otro mecanismo propone que la dinámica de la lluvia radiactiva por sí sola es suficiente para crear los lóbulos. Las faltas de homogeneidad en las masas de los hidrometeoros a lo largo de la base de las nubes pueden provocar un descenso no homogéneo a lo largo de la base. La fricción y las estructuras similares a remolinos asociadas crean la apariencia lobulada de la lluvia radiactiva. La principal deficiencia de esta teoría es que se ha observado que las velocidades verticales en los lóbulos son mayores que las velocidades de caída de los hidrometeoros dentro de ellos; por lo tanto, también debería haber una fuerza dinámica hacia abajo.
• Otro método, propuesto por primera vez por Kerry Emanuel , se llama inestabilidad de desprendimiento de la base de la nube (CDI), que actúa de manera muy similar al arrastre convectivo de la cima de la nube . En CDI, el aire nublado se mezcla con el aire seco debajo de la nube en lugar de precipitarse en él. La capa turbia se desestabiliza debido al enfriamiento por evaporación y se forman mammatus.
• Las nubes sufren una reorganización térmica debido a efectos radiativos a medida que evolucionan. Hay un par de ideas sobre cómo la radiación puede provocar la formación de mamas. Una es que, debido a que las nubes se enfrían radiativamente ( ley de Stefan-Boltzmann ) de manera muy eficiente en sus cimas, bolsas enteras de nubes frías y con flotabilidad negativa pueden penetrar hacia abajo a través de toda la capa y emerger como mammatus en la base de las nubes. Otra idea es que a medida que la base de la nube se calienta debido al calentamiento radiativo de la emisión de onda larga de la superficie terrestre, la base se desestabiliza y se vuelca. Este método es válido sólo para nubes ópticamente gruesas . Sin embargo, la naturaleza de las nubes yunque es que están compuestas en gran parte de hielo y, por lo tanto, son relativamente delgadas ópticamente.
• Se propone que las ondas de gravedad sean el mecanismo de formación de nubes mammatus organizadas linealmente. De hecho, se han observado patrones de ondas en el entorno de mammatus, pero esto se debe principalmente a la creación de ondas de gravedad como respuesta a una corriente ascendente convectiva que incide sobre la tropopausa y se extiende en forma de onda por todo el yunque. Por lo tanto, este método no explica la prevalencia de nubes mammatus en una parte del yunque frente a otra. Además, las escalas de tiempo y tamaño de las ondas gravitacionales y mamatus no coinciden del todo. Los trenes de ondas de gravedad pueden ser responsables de organizar las mamas en lugar de formarlas. ^[7]
• La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (K-H) prevalece a lo largo de los límites de las nubes y da como resultado la formación de protuberancias en forma de ondas (llamadas olas de Kelvin-Helmholtz) desde el límite de las nubes. Los mamatus no tienen forma de ondas de KH, por lo que se propone que la inestabilidad puede desencadenar la formación de las protuberancias, pero que otro proceso debe formar las protuberancias en lóbulos. Aún así, el principal inconveniente de esta teoría es que la inestabilidad de KH ocurre en un ambiente estratificado estable , y el ambiente mammatus suele ser al menos algo turbulento .
• La inestabilidad de Rayleigh-Taylor es el nombre que se le da a la inestabilidad que existe entre dos fluidos de diferente densidad, cuando el más denso de los dos se encuentra encima del fluido menos denso. A lo largo de una interfaz nube-base/subnube, el aire más denso, cargado de hidrometeoros, podría provocar una mezcla con el aire menos denso de la subnube. Esta mezcla tomaría la forma de nubes mammatus. El problema físico con este método propuesto es que una inestabilidad existente a lo largo de una interfaz estática no necesariamente puede aplicarse a la interfaz entre dos flujos atmosféricos cortados .
• El último mecanismo de formación propuesto es que los mammatus surgen de la convección de Rayleigh-Bénard , donde el calentamiento diferencial (enfriamiento en la parte superior y calentamiento en la parte inferior) de una capa provoca un vuelco convectivo. Sin embargo, en este caso de mama, la base se enfría mediante los mecanismos termodinámicos mencionados anteriormente. A medida que la base de la nube desciende, ocurre en la escala de los lóbulos mamarios, mientras que adyacente a los lóbulos hay un ascenso compensador. Este método no ha demostrado ser sólido desde el punto de vista observacional y, en general, se considera insustancial.

Esta plenitud de mecanismos de formación propuestos muestra, al menos, que la nube mammatus en general no se comprende bien. ^{[1] [8]}

Referencias

1. Schultz, David M.; Hancock, Y. (2016). "¿Lóbulos de estela o mamá? La importancia de la terminología correcta" (PDF) . Clima . 71 (8): 203. Código bibliográfico : 2016Wthr...71..203S. doi : 10.1002/wea.2765 .
2. Anónimo (1975). Atlas internacional de nubes. Tomo I. Manual de observación de nubes y otros Meteoros (PDF) . Organización Meteorológica Mundial. Archivado desde el original (PDF) el 8 de julio de 2017 . Consultado el 13 de mayo de 2017 .
3. Ley, William Clemente (1894). Cloudland: un estudio sobre la estructura y las características de las nubes. Londres, Inglaterra: Edward Stanford. págs. 104-105.
4. Schultz, David M.; Kanak, Katharine M.; Straka, Jerry M.; Trapp, Robert J.; Gordon, Brent A.; Zrnić, Dusan S .; Bryan, George H.; Durant, Adam J.; Garrett, Timothy J.; Klein, Petra M.; Lilly, Douglas K. (2006). "Los misterios de las nubes Mammatus: observaciones y mecanismos de formación". Revista de Ciencias Atmosféricas . 63 (10): 2409. Código bibliográfico : 2006JAtS...63.2409S. doi : 10.1175/JAS3758.1 . S2CID  53128552.
5. Carril, Todd P.; Sharman, Robert D.; Tréveris, Stanley B.; Fovell, Robert G.; Williams, John K. (2012). "Avances recientes en la comprensión de la turbulencia cercana a las nubes". Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 93 (4): 499. Código bibliográfico : 2012BAMS...93..499L. doi : 10.1175/BAMS-D-11-00062.1 .
6. Garrett, Timothy J.; Schmidt, Clinton T.; Kihlgren, Stina; Cornet, Céline (2010). "Nubes mamatus como respuesta al calentamiento radiativo a base de nubes". Revista de Ciencias Atmosféricas . 67 (12): 3891. Código bibliográfico : 2010JAtS...67.3891G. doi : 10.1175/2010JAS3513.1 . S2CID  54938314.
7. Winstead, Nathaniel S.; Verlinde, J.; Arturo, S. Tracy; Jaskiewicz, Francine; Jensen, Michael; Millas, Natasha; Nicosia, David (2001). "Observaciones de radar aéreo de alta resolución de Mammatus". Revisión meteorológica mensual . 129 (1): 159-166. Código Bib : 2001MWRv..129..159W. doi : 10.1175/1520-0493(2001)129<0159:HRAROO>2.0.CO;2 .
8. Kanaco, Katharine M.; Straka, Jerry M.; Schultz, David M. (2008). "Simulación numérica de Mammatus". Revista de Ciencias Atmosféricas . 65 (5): 1606. Código bibliográfico : 2008JAtS...65.1606K. CiteSeerX 10.1.1.720.2477 . doi :10.1175/2007JAS2469.1. 

enlaces externos

• Vídeo secuencial formando nubes Mammatus
• Nubes mamatus sobre Hastings, Nebraska
• Mammatus Clouds estructuras hundidas en forma de bolsa
• Imagen astronómica del día de la NASA: Nubes Mammatus sobre México (30 de diciembre de 2007)
• Mammatus Clouds sobre St Albans, Hertfordshire, Reino Unido, el 12 de agosto de 2008 en el sitio web de BBC News. 21 de agosto de 2008