onda de sotavento

Oscilaciones estacionarias atmosféricas.

El viento sopla hacia una montaña y produce una primera oscilación (A) seguida de más olas. Las siguientes ondas tendrán menor amplitud debido a la amortiguación natural. Las nubes lenticulares atrapadas encima del flujo (A) y (B) aparecerán inmóviles a pesar del fuerte viento.

Nubes lenticulares

En meteorología , las ondas de sotavento son ondas atmosféricas estacionarias. La forma más común son las ondas de montaña , que son ondas de gravedad internas atmosféricas . Estos fueron descubiertos en 1933 por dos pilotos de planeadores alemanes , Hans Deutschmann y Wolf Hirth , sobre las Montañas de los Gigantes . ^{[1] [2] [3]} Son cambios periódicos de presión atmosférica , temperatura y altura ortométrica en una corriente de aire provocados por un desplazamiento vertical, por ejemplo elevación orográfica cuando el viento sopla sobre una montaña o cadena montañosa . También pueden ser causados ​​por el viento de superficie que sopla sobre una escarpa o meseta , ^[4] o incluso por vientos superiores desviados sobre una corriente térmica ascendente o una calle de nubes .

El movimiento vertical fuerza cambios periódicos en la velocidad y dirección del aire dentro de esta corriente de aire. Siempre ocurren en grupos en el lado de sotavento del terreno que los desencadena. A veces, las olas de montaña pueden ayudar a aumentar la cantidad de precipitación a favor del viento de las cadenas montañosas. ^[5] Generalmente alrededor de la primera depresión se genera un vórtice turbulento , con su eje de rotación paralelo a la cordillera ; esto se llama rotor . Las ondas de sotavento más fuertes se producen cuando la tasa de caída muestra una capa estable por encima de la obstrucción, con una capa inestable por encima y por debajo. ^[4]

Las olas de montaña pueden crear vientos fuertes (con ráfagas de más de 160 km/h) en las estribaciones de grandes cadenas montañosas. ^{[6] [7] [8] [9]} Estos fuertes vientos pueden contribuir al crecimiento y propagación inesperados de los incendios forestales (incluidos los incendios forestales de las Grandes Montañas Humeantes de 2016 , cuando las chispas de un incendio forestal en las Montañas Humeantes volaron hacia las áreas de Gatlinburg y Pigeon Forge). . ^[10]

Teoría básica

Un experimento de laboratorio de dinámica de fluidos ilustra el flujo que pasa a través de un obstáculo en forma de montaña. Las crestas de las olas aguas abajo irradian hacia arriba con su velocidad de grupo apuntando a unos 45° de la horizontal. Se puede ver un chorro descendente al sotavento de la montaña, un área de menor presión, mayor turbulencia y desplazamiento vertical periódico de parcelas de fluido. Las líneas de tinte verticales indican que los efectos también se sienten aguas arriba de la montaña, un área de mayor presión.

Las ondas de sotavento son una forma de ondas de gravedad internas que se producen cuando un flujo estratificado estable se fuerza a superar un obstáculo. Esta perturbación eleva las parcelas de aire por encima de su nivel de flotabilidad neutra . Por lo tanto, las fuerzas restauradoras de la flotabilidad actúan para excitar una oscilación vertical de las parcelas de aire perturbadas en la frecuencia Brunt-Väisäla , que para la atmósfera es:

${\displaystyle N={\sqrt {{g \over \theta _{0}}{d\theta _{0} \over dz}}}}$, donde es el perfil vertical de la temperatura potencial . ${\displaystyle \theta _{0}(z)}$

Las oscilaciones inclinadas fuera del eje vertical en un ángulo de ocurrirán a una frecuencia más baja de . Estas oscilaciones de las parcelas de aire se producen de forma concertada, paralelas a los frentes de onda (líneas de fase constante ). Estos frentes de onda representan extremos en el campo de presión perturbado (es decir, líneas de presión más baja y más alta), mientras que las áreas entre frentes de onda representan extremos en el campo de flotabilidad perturbado (es decir, áreas que ganan o pierden flotabilidad más rápidamente). ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle N\cos {\phi }}$

La energía se transmite a lo largo de los frentes de onda (paralelos a las oscilaciones de las parcelas de aire), que es la dirección de la velocidad del grupo de ondas . Por el contrario, la propagación de fase (o velocidad de fase ) de las ondas apunta perpendicular a la transmisión de energía (o velocidad de grupo ). ^{[11] [12]}

Nubes

Una ventana de olas sobre el valle del Águila Calva en el centro de Pensilvania vista desde un planeador mirando hacia el norte. El flujo del viento es de arriba a la izquierda a abajo a la derecha. El Frente Allegheny está debajo del borde izquierdo de la ventana, el aire ascendente está en el borde derecho y la distancia entre ellos es de 3 a 4 km.

Tanto las ondas de sotavento como el rotor pueden estar indicadas por formaciones de nubes de ondas específicas si hay suficiente humedad en la atmósfera y suficiente desplazamiento vertical para enfriar el aire hasta el punto de rocío . También se pueden formar olas en aire seco sin marcadores de nubes. ^[4] Las nubes onduladas no se mueven a favor del viento como lo hacen habitualmente las nubes, sino que permanecen fijas en su posición con respecto a la obstrucción que las forma.

• Alrededor de la cresta de la onda, el enfriamiento por expansión adiabática puede formar una nube en forma de lente ( lenticularis ). Se pueden apilar múltiples nubes lenticulares una encima de otra si hay capas alternas de aire relativamente seco y húmedo en el aire.
• El rotor puede generar cúmulos o cúmulos fractus en su porción de surgencia, también conocida como "nube rodante". La nube del rotor parece una línea de cúmulos. Se forma en el lado de sotavento y paralelo a la línea de la cresta. Su base está cerca de la altura del pico de la montaña, aunque la cima puede extenderse muy por encima del pico y fusionarse con las nubes lenticulares de arriba. Las nubes de rotor tienen bordes irregulares de sotavento y son peligrosamente turbulentas. ^[4]
• Puede existir una nube de pared foehn en el lado de sotavento de las montañas, sin embargo, esto no es una indicación confiable de la presencia de ondas de sotavento.
• Se puede formar un píleo o capa de nube, similar a una nube lenticular, sobre la montaña o cúmulo que genera la onda.
• El calentamiento por compresión adiabática en el valle de cada oscilación de onda también puede evaporar cúmulos o estratos en la masa de aire , creando una "ventana de onda" o "brecha de Foehn".

Aviación

Las ondas de sotavento brindan a los planeadores la posibilidad de ganar altitud o volar largas distancias cuando se elevan . Se han logrado récords mundiales de vuelo en olas en cuanto a velocidad, distancia o altitud al abrigo de las cadenas montañosas de Sierra Nevada , los Alpes , los Andes patagónicos y los Alpes del Sur . ^[13] El Proyecto Perlan está trabajando para demostrar la viabilidad de ascender por encima de la tropopausa en un planeador sin motor utilizando ondas de sotavento, haciendo la transición a ondas estacionarias estratosféricas . Lo hicieron por primera vez el 30 de agosto de 2006 en Argentina , subiendo a una altitud de 15.460 metros (50.720 pies). ^{[14] [15]} El Proyecto Mountain Wave de la Organización Scientifique et Technique du Vol à Voile se centra en el análisis y clasificación de ondas de sotavento y rotores asociados. ^{[16] [17] [18]}

Las condiciones que favorecen fuertes olas a sotavento adecuadas para el vuelo son:

• Un aumento gradual de la velocidad del viento con la altitud.
• Dirección del viento dentro de los 30° de la perpendicular a la línea de la montaña
• Fuertes vientos de baja altitud en una atmósfera estable.
• Vientos en las cimas de las crestas de al menos 20 nudos

Las turbulencias del rotor pueden ser perjudiciales para otras aeronaves pequeñas como globos , alas delta y parapentes . Incluso puede suponer un peligro para aviones grandes; Se cree que el fenómeno es responsable de muchos accidentes e incidentes de aviación , incluida la rotura en vuelo del vuelo 911 de BOAC , un Boeing 707 , cerca del Monte Fuji , Japón , en 1966, y la separación en vuelo de un motor en un Boeing de Evergreen International Airlines. Avión de carga 747 cerca de Anchorage, Alaska, en 1993. ^[19]

El aire ascendente de la ola, que permite a los planeadores ascender a grandes alturas, también puede provocar un vuelco a gran altitud en los aviones a reacción que intentan mantener un vuelo de crucero nivelado en olas de sotavento . El aire ascendente, descendente o turbulento, dentro o por encima de las olas de sotavento, puede provocar exceso de velocidad , pérdida de control o pérdida de control.

Otras variedades de ondas atmosféricas.

Onda hidrostática (dibujo esquemático)

Hay una variedad de tipos distintivos de ondas que se forman bajo diferentes condiciones atmosféricas.

• La cizalladura del viento también puede crear olas. Esto ocurre cuando una inversión atmosférica separa dos capas con una marcada diferencia en la dirección del viento. Si el viento encuentra distorsiones en la capa de inversión causadas por térmicas que suben desde abajo, creará importantes ondas de corte a sotavento de las distorsiones que pueden usarse para elevarse. ^[20]

• Las ondas inducidas por salto hidráulico son un tipo de onda que se forma cuando existe una capa inferior de aire que es densa, pero delgada en relación con el tamaño de la montaña. Después de fluir sobre la montaña, se forma un tipo de onda de choque en el valle del flujo y se forma una discontinuidad vertical aguda llamada salto hidráulico que puede ser varias veces más alta que la montaña. El salto hidráulico es similar a un rotor en el sentido de que es muy turbulento, pero no está tan localizado espacialmente como un rotor. El propio salto hidráulico actúa como una obstrucción para la capa estable de aire que se mueve sobre él, provocando así la onda. Los saltos hidráulicos se pueden distinguir por sus altísimas nubes y se han observado en la cordillera de Sierra Nevada ^[21] , así como en cadenas montañosas del sur de California.
• Las ondas hidrostáticas son ondas que se propagan verticalmente y se forman sobre obstrucciones espacialmente grandes. En equilibrio hidrostático, la presión de un fluido sólo puede depender de la altitud, no del desplazamiento horizontal. Las ondas hidrostáticas reciben su nombre porque obedecen aproximadamente a las leyes de la hidrostática, es decir, las amplitudes de presión varían principalmente en dirección vertical en lugar de horizontal. Mientras que las ondas convencionales no hidrostáticas se caracterizan por ondulaciones horizontales de elevación y descenso, en gran medida independientes de la altitud, las ondas hidrostáticas se caracterizan por ondulaciones de elevación y descenso a diferentes altitudes sobre la misma posición del suelo.
• La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz puede ocurrir cuando hay un corte de velocidad dentro de un fluido continuo o cuando hay suficiente diferencia de velocidad a través de la interfaz entre dos fluidos.
• Las ondas de Rossby (u ondas planetarias) son movimientos a gran escala en la atmósfera cuya fuerza restauradora es la variación del efecto Coriolis con la latitud.

Ver también

• onda de gravedad
• Arco noroeste

Referencias

1. El 10 de marzo de 1933, el piloto de planeador alemán Hans Deutschmann (1911-1942) estaba volando sobre las Montañas de los Gigantes en Silesia cuando una corriente ascendente elevó su avión un kilómetro. El evento fue observado e interpretado correctamente por el ingeniero y piloto de planeador alemán Wolf Hirth (1900-1959), quien escribió sobre ello en: Wolf Hirth, Die hohe Schule des Segelfluges [La escuela avanzada de vuelo en planeador] (Berlín, Alemania: Klasing & Co., 1933). El fenómeno fue estudiado posteriormente por el piloto de planeadores y físico atmosférico alemán Joachim P. Küttner (1909 -2011) en: Küttner, J. (1938) "Moazagotl und Föhnwelle" (Nubes lenticulares y ondas foehn), Beiträge zur Physik der Atmosphäre , 25 , 79-114, y Kuettner, J. (1959) "El rotor fluye al abrigo de las montañas". GRD [Dirección de Investigación Geofísica] Notas de investigación No. 6, AFCRC [Centro de Investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea]-TN-58-626, ASTIA [Agencia de Información Técnica de los Servicios Armados] Documento No. AD-208862.
2. Tokgozlu, A; Rasulov, M.; Aslan, Z. (enero de 2005). "Modelado y Clasificación de Ondas de Montaña". Vuelo Técnico . vol. 29, núm. 1. pág. 22. ISSN  0744-8996.
3. "Artículo sobre el levantamiento de olas" . Consultado el 28 de septiembre de 2006 .
4. Pagen, Dennis (1992). Entendiendo el cielo . Ciudad: Pubns de aviación deportiva. págs. 169-175. ISBN 978-0-936310-10-7. Este es el caso ideal, ya que una capa inestable debajo y encima de la capa estable crea lo que puede describirse como un trampolín para que la capa estable rebote una vez que la montaña comienza la oscilación.
5. David M. Gaffin; Stephen S. Parker; Paul D. Kirkwood (2003). "Una nevada inesperadamente intensa y compleja en la región de los Apalaches del Sur". Meteorología y previsión . 18 (2): 224–235. Código Bib : 2003WtFor..18..224G. doi : 10.1175/1520-0434(2003)018<0224:AUHACS>2.0.CO;2 .
6. David M. Gaffin (2009). "Sobre los fuertes vientos y el calentamiento de Foehn asociados con eventos de olas de montaña en las estribaciones occidentales de los Apalaches del Sur". Meteorología y previsión . 24 (1): 53–75. Código Bib : 2009WtFor..24...53G. doi : 10.1175/2008WAF2007096.1 .
7. MN Rafael (2003). "Los vientos de Santa Ana de California". Interacciones de la Tierra . 7 (8): 1. Código Bib :2003EaInt...7h...1R. doi : 10.1175/1087-3562(2003)007<0001:TSAWOC>2.0.CO;2 .
8. Warren Blier (1998). "Los vientos del ocaso de Santa Bárbara, California". Meteorología y previsión . 13 (3): 702–716. Código Bib : 1998WtFor..24...53G. doi : 10.1175/1520-0434(1998)013<0702:TSWOSB>2.0.CO;2 .
9. DK Lilly (1978). "Un evento de turbulencia de aeronaves y tormenta de viento descendente severo inducido por una ola de montaña". Revista de Ciencias Atmosféricas . 35 (1): 59–77. Código Bib : 1978JAtS...35...59L. doi : 10.1175/1520-0469(1978)035<0059:ASDWAA>2.0.CO;2 .
10. Ryan Shadbolt; José Charney; Hannah Fromm (2019). "Una simulación de mesoescala de un evento de viento de onda de montaña asociado con el incendio Chimney Tops 2 (2016)" (Simposio especial sobre extremos meteorológicos de mesoescala: comprensión, predicción y proyección). Sociedad Meteorológica Estadounidense: 5 págs. {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
11. Gill, Adrián E. (1982). Dinámica atmósfera-océano (1 ed.). San Diego, CA: Prensa académica. ISBN 9780122835223.
12. Durran, Dale R. (1 de enero de 1990). "Olas de montaña y vientos descendentes". En Blumen, William (ed.). Procesos atmosféricos sobre terrenos complejos . Monografías meteorológicas. Sociedad Meteorológica Estadounidense. págs. 59–81. doi :10.1007/978-1-935704-25-6_4. ISBN 9781935704256.
13. Récords de vuelo sin motor FAI Archivado el 5 de diciembre de 2006 en la Wayback Machine.
14. "Archivo de registro Fai". Archivado desde el original el 13 de abril de 2015 . Consultado el 27 de enero de 2015 .
15. Proyecto Perlan
16. Proyecto OSTIV-Olas de montaña
17. [1] Archivado el 3 de marzo de 2016 en Wayback Machine - consultado el 3 de noviembre de 2009
18. Lindemann, C; Heise, R.; Herold, WD. (Julio de 2008). "Olas de sotavento en la Región de los Andes, Proyecto Olas de Montaña (MWP) de OSTIV". Vuelo Técnico . vol. 32, núm. 3. pág. 93. ISSN  0744-8996.
19. Informe de accidente de la NTSB AAR-93-06
20. Eckey, Bernard (2007). "El vuelo avanzado es fácil" . Eqip Verbung & Verlag GmbH. ISBN 978-3-9808838-2-5.
21. Observaciones de rotores inducidos por montañas e hipótesis relacionadas: una revisión de Joachim Kuettner y Rolf F. Hertenstein

Otras lecturas

• Grimshaw, R., (2002). Caudales Estratificados Ambientales . Boston: Editores académicos de Kluwer.
• Jacobson, M., (1999). Fundamentos del modelado atmosférico . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press.
• Napo, C., (2002). Introducción a las ondas de gravedad atmosférica . Boston: Prensa académica.
• Pielke, R., (2002). Modelado meteorológico de mesoescala . Boston: Prensa académica.
• Turner, B., (1979). Efectos de la flotabilidad en fluidos . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press.
• Whiteman, C., (2000). Meteorología de Montaña . Oxford, Reino Unido: Oxford University Press.

enlaces externos

• Sitio web oficial del Proyecto Mountain Wave
• Recopilación cronológica de datos meteorológicos, fotografías satelitales e imágenes de nubes de olas de montaña en Bariloche, Argentina (en español)
• Sobre los fuertes vientos y el calentamiento Foehn asociados con eventos de olas de montaña en las estribaciones occidentales de los Apalaches del Sur
• Un examen de la extensión regional de los fuertes vientos debido a las olas de montaña a lo largo de las estribaciones occidentales de los Apalaches del Sur