Una tormenta eléctrica , también conocida como tormenta eléctrica o tormenta eléctrica , es una tormenta caracterizada por la presencia de relámpagos [1] y su efecto acústico en la atmósfera terrestre , conocido como trueno . [2] Las tormentas eléctricas relativamente débiles a veces se denominan chubascos eléctricos . [3] Las tormentas eléctricas ocurren en un tipo de nube conocida como cumulonimbo . [4] Por lo general, están acompañadas de fuertes vientos [1] y a menudo producen fuertes lluvias [1] y, a veces , nieve , aguanieve o granizo , [1] pero algunas tormentas eléctricas producen poca precipitación o ninguna precipitación en absoluto. Las tormentas eléctricas pueden alinearse en una serie o convertirse en una banda de lluvia , conocida como línea de turbonadas . Las tormentas eléctricas fuertes o severas incluyen algunos de los fenómenos meteorológicos más peligrosos, incluidos granizos grandes, vientos fuertes y tornados . Algunas de las tormentas eléctricas severas más persistentes, conocidas como supercélulas , rotan al igual que los ciclones. Si bien la mayoría de las tormentas eléctricas se mueven con el flujo del viento medio a través de la capa de la troposfera que ocupan, la cizalladura vertical del viento a veces provoca una desviación de su curso en ángulo recto con respecto a la dirección de la cizalladura del viento.
Las tormentas eléctricas son el resultado del rápido movimiento ascendente de aire cálido y húmedo, a veces a lo largo de un frente . [5] Sin embargo, se necesita algún tipo de fuerza nubosa , ya sea un frente, una vaguada de onda corta u otro sistema, para que el aire se acelere rápidamente hacia arriba. A medida que el aire cálido y húmedo se mueve hacia arriba, se enfría, se condensa [5] y forma una nube cumulonimbus que puede alcanzar alturas de más de 20 kilómetros (12 millas). A medida que el aire ascendente alcanza su temperatura de punto de rocío , el vapor de agua se condensa en gotas de agua o hielo, lo que reduce la presión localmente dentro de la celda de la tormenta eléctrica. Cualquier precipitación cae la gran distancia a través de las nubes hacia la superficie de la Tierra. A medida que caen, las gotas chocan con otras gotas y se vuelven más grandes. Las gotas que caen crean una corriente descendente a medida que arrastran aire frío con ellas, y este aire frío se extiende en la superficie de la Tierra, lo que ocasionalmente causa fuertes vientos que se asocian comúnmente con las tormentas eléctricas.
Las tormentas eléctricas pueden formarse y desarrollarse en cualquier ubicación geográfica, pero con mayor frecuencia en las latitudes medias , donde el aire cálido y húmedo de las latitudes tropicales choca con el aire más frío de las latitudes polares. [6] Las tormentas eléctricas son responsables del desarrollo y la formación de muchos fenómenos meteorológicos severos, que pueden ser potencialmente peligrosos. Los daños que resultan de las tormentas eléctricas son causados principalmente por vientos descendentes , granizos grandes e inundaciones repentinas causadas por fuertes precipitaciones . Las células de tormenta eléctrica más fuertes son capaces de producir tornados y manganesos .
Existen tres tipos de tormentas eléctricas: unicelulares , multicelulares y supercelulares . [7] Las tormentas supercelulares son las más fuertes y severas. [7] Los sistemas convectivos de mesoescala formados por una cizalladura vertical favorable del viento dentro de los trópicos y subtrópicos pueden ser responsables del desarrollo de huracanes . Las tormentas eléctricas secas , sin precipitaciones, pueden provocar el estallido de incendios forestales a partir del calor generado por los rayos de nube a tierra que las acompañan. Se utilizan varios medios para estudiar las tormentas eléctricas: radar meteorológico , estaciones meteorológicas y fotografía de video. Las civilizaciones pasadas tenían varios mitos sobre las tormentas eléctricas y su desarrollo hasta el siglo XVIII. Más allá de la atmósfera de la Tierra, también se han observado tormentas eléctricas en los planetas Júpiter , Saturno , Neptuno y, probablemente, Venus .
El aire cálido tiene una densidad menor que el aire frío, por lo que el aire más cálido se eleva hacia arriba y el aire más frío se asentará en la parte inferior [8] (este efecto se puede ver con un globo aerostático ). [9] Las nubes se forman cuando el aire relativamente más cálido, que transporta humedad, se eleva dentro del aire más frío. El aire húmedo se eleva y, al hacerlo, se enfría y parte del vapor de agua en ese aire ascendente se condensa . [10] Cuando la humedad se condensa, libera energía conocida como calor latente de condensación, que permite que el paquete de aire ascendente se enfríe menos que el aire circundante más frío [11] continuando la ascensión de la nube. Si hay suficiente inestabilidad en la atmósfera, este proceso continuará el tiempo suficiente para que se formen nubes cumulonimbus y produzcan relámpagos y truenos . Los índices meteorológicos como la energía potencial convectiva disponible (CAPE) y el índice de elevación se pueden utilizar para ayudar a determinar el desarrollo vertical ascendente potencial de las nubes. [12] Generalmente, las tormentas eléctricas requieren tres condiciones para formarse:
Todas las tormentas eléctricas, independientemente del tipo, pasan por tres etapas: la etapa de desarrollo , la etapa de madurez y la etapa de disipación . [13] [14] La tormenta eléctrica promedio tiene un diámetro de 24 km (15 mi). Dependiendo de las condiciones presentes en la atmósfera, cada una de estas tres etapas dura un promedio de 30 minutos. [15]
La primera etapa de una tormenta eléctrica es la etapa de cúmulo o etapa de desarrollo. Durante esta etapa, masas de humedad se elevan hacia la atmósfera. El detonante de esta elevación puede ser la iluminación solar , donde el calentamiento del suelo produce corrientes térmicas , o donde dos vientos convergen forzando al aire hacia arriba, o donde los vientos soplan sobre un terreno de elevación creciente. La humedad transportada hacia arriba se enfría en gotas líquidas de agua debido a las temperaturas más bajas a gran altitud, que aparecen como nubes cúmulos . A medida que el vapor de agua se condensa en líquido, se libera calor latente , que calienta el aire, haciendo que se vuelva menos denso que el aire circundante, más seco. El aire tiende a elevarse en una corriente ascendente a través del proceso de convección (de ahí el término precipitación convectiva ). Este proceso crea una zona de baja presión dentro y debajo de la tormenta eléctrica en formación. En una tormenta eléctrica típica, aproximadamente 500 millones de kilogramos de vapor de agua se elevan a la atmósfera de la Tierra . [16] [ verificación fallida ]
En la etapa madura de una tormenta eléctrica, el aire calentado continúa ascendiendo hasta que alcanza una zona de aire más cálido y no puede ascender más. A menudo, esta "capa" es la tropopausa . En cambio, el aire se ve obligado a expandirse, lo que le da a la tormenta una forma característica de yunque . La nube resultante se llama cumulonimbus incus . Las gotas de agua se fusionan en gotas más grandes y pesadas y se congelan para convertirse en partículas de hielo. A medida que caen, se derriten para convertirse en lluvia. Si la corriente ascendente es lo suficientemente fuerte, las gotas se mantienen en el aire el tiempo suficiente para volverse tan grandes que no se derriten por completo, sino que caen como granizo . Mientras las corrientes ascendentes aún están presentes, la lluvia que cae arrastra el aire circundante con ella, creando también corrientes descendentes . La presencia simultánea de una corriente ascendente y una corriente descendente marca la etapa madura de la tormenta y produce nubes cumulonimbus. Durante esta etapa, puede producirse una turbulencia interna considerable , que se manifiesta como vientos fuertes, rayos severos e incluso tornados . [17]
Por lo general, si hay poca cizalladura del viento , la tormenta entrará rápidamente en la etapa de disipación y se "dispersará" [14] , pero, si hay un cambio suficiente en la velocidad o dirección del viento, la corriente descendente se separará de la corriente ascendente y la tormenta puede convertirse en una supercélula , donde la etapa madura puede mantenerse durante varias horas. [18]
En la etapa de disipación, la tormenta está dominada por la corriente descendente. Si las condiciones atmosféricas no favorecen el desarrollo de supercélulas, esta etapa se produce con bastante rapidez, aproximadamente entre 20 y 30 minutos después de que comienza la tormenta. La corriente descendente empujará hacia abajo la tormenta, golpeará el suelo y se extenderá. Este fenómeno se conoce como ráfaga descendente . El aire frío que la corriente descendente lleva al suelo corta la entrada de la tormenta, la corriente ascendente desaparece y la tormenta se disipa. Las tormentas eléctricas en una atmósfera prácticamente sin cizalladura vertical del viento se debilitan tan pronto como envían un límite de salida en todas las direcciones, que luego corta rápidamente su entrada de aire relativamente cálido y húmedo y mata el crecimiento posterior de la tormenta. [19] La corriente descendente que golpea el suelo crea un límite de salida . Esto puede causar ráfagas descendentes, una condición potencialmente peligrosa para el vuelo de las aeronaves, ya que se produce un cambio sustancial en la velocidad y dirección del viento, lo que resulta en una disminución de la velocidad del aire y la consiguiente reducción de la sustentación de la aeronave. Cuanto más fuerte sea el límite de salida , más fuerte será la cizalladura vertical del viento resultante. [20]
Existen cuatro tipos principales de tormentas eléctricas: de una sola célula, multicelulares, de línea de turbonadas (también denominada línea multicelular) y supercelulares. [7] El tipo que se forma depende de la inestabilidad y de las condiciones relativas del viento en las diferentes capas de la atmósfera (" cizalladura del viento "). Las tormentas eléctricas de una sola célula se forman en entornos de baja cizalladura vertical del viento y duran solo entre 20 y 30 minutos.
Las tormentas eléctricas organizadas y los grupos/líneas de tormentas eléctricas pueden tener ciclos de vida más largos, ya que se forman en entornos de cizalladura vertical del viento significativa, normalmente mayor de 25 nudos (13 m/s) en los 6 kilómetros (3,7 mi) más bajos de la troposfera , [21] lo que ayuda al desarrollo de corrientes ascendentes más fuertes, así como varias formas de clima severo. La supercélula es la más fuerte de las tormentas eléctricas, [7] más comúnmente asociada con granizo grande, vientos fuertes y formación de tornados. Los valores de agua precipitable de más de 31,8 milímetros (1,25 pulgadas) favorecen el desarrollo de complejos de tormentas eléctricas organizadas. [22] Aquellas con fuertes lluvias normalmente tienen valores de agua precipitable mayores de 36,9 milímetros (1,45 pulgadas). [23] Los valores ascendentes de CAPE de más de 800 J/kg suelen ser necesarios para el desarrollo de convección organizada. [24]
Este término se aplica técnicamente a una sola tormenta eléctrica con una corriente ascendente principal. También conocidas como tormentas eléctricas de masa de aire , son las tormentas eléctricas típicas de verano en muchas localidades templadas. También se producen en el aire frío inestable que a menudo sigue al paso de un frente frío desde el mar durante el invierno. Dentro de un grupo de tormentas eléctricas, el término "célula" se refiere a cada corriente ascendente principal separada. Las células de tormenta eléctrica ocasionalmente se forman de forma aislada, ya que la aparición de una tormenta eléctrica puede desarrollar un límite de salida que establece el desarrollo de una nueva tormenta eléctrica. Estas tormentas rara vez son severas y son el resultado de la inestabilidad atmosférica local; de ahí el término "tormenta eléctrica de masa de aire". Cuando estas tormentas tienen un breve período de clima severo asociado con ellas, se las conoce como tormenta severa de pulso. Las tormentas severas de pulso están mal organizadas y ocurren aleatoriamente en el tiempo y el espacio, lo que las hace difíciles de pronosticar. Las tormentas eléctricas de una sola célula normalmente duran entre 20 y 30 minutos. [15]
Este es el tipo más común de desarrollo de tormentas eléctricas. Las tormentas eléctricas maduras se encuentran cerca del centro del grupo, mientras que las tormentas eléctricas que se disipan existen en su lado de sotavento. Las tormentas multicelulares se forman como grupos de tormentas, pero luego pueden evolucionar en una o más líneas de turbonadas . Si bien cada célula del grupo puede durar solo 20 minutos, el grupo en sí puede persistir durante horas a la vez. A menudo surgen de corrientes ascendentes convectivas en o cerca de cadenas montañosas y límites meteorológicos lineales, como frentes fríos fuertes o valles de baja presión. Este tipo de tormentas son más fuertes que la tormenta unicelular, pero mucho más débiles que la tormenta supercelular. Los peligros con el grupo multicelular incluyen granizo de tamaño moderado, inundaciones repentinas y tornados débiles. [15]
Una línea de turbonadas es una línea alargada de tormentas eléctricas severas que se pueden formar a lo largo o delante de un frente frío . [25] [26] A principios del siglo XX, el término se usó como sinónimo de frente frío . [27] La línea de turbonadas contiene fuertes precipitaciones , granizo , relámpagos frecuentes , fuertes vientos en línea recta y posiblemente tornados y manganesos . [28] Se puede esperar un clima severo en forma de fuertes vientos en línea recta en áreas donde la línea de turbonadas en sí tiene la forma de un eco de arco , dentro de la parte de la línea que se arquea más. [29] Los tornados se pueden encontrar a lo largo de las ondas dentro de un patrón de onda de eco de línea , o LEWP, donde hay áreas de baja presión de mesoescala. [30] Algunos ecos de arco en el verano se llaman derechos y se mueven bastante rápido a través de grandes secciones de territorio. [31] En el borde posterior del escudo de lluvia asociado con líneas de turbonadas maduras, se puede formar una estela de baja presión , que es un área de baja presión de mesoescala que se forma detrás del sistema de alta presión de mesoescala normalmente presente bajo el dosel de lluvia, que a veces se asocia con una ráfaga de calor . [32] Este tipo de tormenta también se conoce como "Viento del lago pedregoso" ( chino simplificado :石湖风; chino tradicional :石湖風; shi2 hu2 feng1) en el sur de China. [33]
Las tormentas supercelulares son tormentas grandes, generalmente severas , de estado casi estable que se forman en un entorno donde la velocidad o la dirección del viento varía con la altura (" cizalladura del viento "), y tienen corrientes descendentes y ascendentes separadas (es decir, donde su precipitación asociada no cae a través de la corriente ascendente) con una corriente ascendente fuerte y giratoria (un " mesociclón "). Estas tormentas normalmente tienen corrientes ascendentes tan poderosas que la parte superior de la nube de tormenta supercelular (o yunque) puede atravesar la troposfera y alcanzar los niveles inferiores de la estratosfera . Las tormentas supercelulares pueden tener 24 kilómetros (15 millas) de ancho. La investigación ha demostrado que al menos el 90 por ciento de las supercélulas causan condiciones climáticas severas . [18] Estas tormentas pueden producir tornados destructivos , granizos extremadamente grandes (10 centímetros o 4 pulgadas de diámetro), vientos en línea recta de más de 130 km/h (81 mph) e inundaciones repentinas . De hecho, las investigaciones han demostrado que la mayoría de los tornados se producen a partir de este tipo de tormenta eléctrica. [34] Las supercélulas son generalmente el tipo de tormenta eléctrica más fuerte. [15]
En los Estados Unidos, una tormenta eléctrica se clasifica como severa si los vientos alcanzan al menos 93 kilómetros por hora (58 mph), el granizo tiene 25 milímetros (1 pulgada) de diámetro o más, o si se informan nubes embudo o tornados . [35] [36] [37] Aunque una nube embudo o un tornado indican una tormenta eléctrica severa, se emite una advertencia de tornado en lugar de una advertencia de tormenta eléctrica severa . Se emite una advertencia de tormenta eléctrica severa si una tormenta eléctrica se vuelve severa o pronto se volverá severa. En Canadá, una tasa de lluvia mayor a 50 milímetros (2 pulgadas) en una hora, o 75 milímetros (3 pulgadas) en tres horas, también se utiliza para indicar tormentas eléctricas severas. [38] Las tormentas eléctricas severas pueden ocurrir a partir de cualquier tipo de célula de tormenta. Sin embargo, las multiceldas , superceldas y líneas de turbonadas representan las formas más comunes de tormentas eléctricas que producen clima severo. [18]
Un sistema convectivo de mesoescala (MCS) es un complejo de tormentas eléctricas que se organiza en una escala mayor que las tormentas eléctricas individuales pero menor que los ciclones extratropicales , y normalmente persiste durante varias horas o más. [39] El patrón general de nubes y precipitaciones de un sistema convectivo de mesoescala puede tener forma redonda o lineal e incluir sistemas meteorológicos como ciclones tropicales , líneas de turbonadas , eventos de nieve con efecto lago , bajas polares y complejos convectivos de mesoescala (MCC), y generalmente se forman cerca de frentes meteorológicos . La mayoría de los sistemas convectivos de mesoescala se desarrollan durante la noche y continúan su vida útil hasta el día siguiente. [14] Suelen formarse cuando la temperatura de la superficie varía en más de 5 °C (9 °F) entre el día y la noche. [40] El tipo que se forma durante la estación cálida sobre la tierra se ha observado en América del Norte, Europa y Asia, con un máximo de actividad observado durante las últimas horas de la tarde y la noche. [41] [42]
Las formas de MCS que se desarrollan en los trópicos se encuentran en la Zona de Convergencia Intertropical o en las vaguadas monzónicas , generalmente durante la estación cálida entre la primavera y el otoño. Los sistemas más intensos se forman sobre la tierra que sobre el agua. [43] [44] Una excepción son las bandas de nieve por efecto lago , que se forman debido al aire frío que se mueve a través de cuerpos de agua relativamente cálidos y se producen desde el otoño hasta la primavera. [45] Las bajas polares son una segunda clase especial de MCS. Se forman en latitudes altas durante la estación fría. [46] Una vez que el MCS original muere, el desarrollo posterior de tormentas eléctricas puede ocurrir en conexión con su vórtice convectivo de mesoescala remanente (MCV). [47] Los sistemas convectivos de mesoescala son importantes para la climatología de las precipitaciones de los Estados Unidos sobre las Grandes Llanuras, ya que aportan a la región aproximadamente la mitad de su precipitación anual de la estación cálida. [48]
Las tormentas eléctricas se mueven por advección del viento y por propagación a lo largo de los límites de salida hacia fuentes de mayor calor y humedad. Muchas tormentas eléctricas se mueven con la velocidad media del viento a través de la troposfera de la Tierra , los 8 kilómetros (5,0 mi) más bajos de la atmósfera terrestre . Las tormentas eléctricas más débiles son dirigidas por vientos más cercanos a la superficie de la Tierra que las tormentas eléctricas más fuertes, ya que las tormentas eléctricas más débiles no son tan altas. Las células y complejos de tormentas eléctricas organizados y de larga duración se mueven en ángulo recto con respecto a la dirección del vector de cizalladura vertical del viento . Si el frente de ráfaga, o borde delantero del límite de salida, avanza por delante de la tormenta eléctrica, su movimiento se acelerará en tándem. Esto es más un factor con tormentas eléctricas con fuertes precipitaciones (HP) que con tormentas eléctricas con bajas precipitaciones (LP). Cuando las tormentas eléctricas se fusionan, lo que es más probable cuando existen numerosas tormentas eléctricas próximas entre sí, el movimiento de la tormenta eléctrica más fuerte normalmente dicta el movimiento futuro de la célula fusionada. Cuanto más fuerte sea el viento medio, menos probable será que otros procesos intervengan en el movimiento de la tormenta. En el radar meteorológico , las tormentas se rastrean utilizando una característica destacada y rastreándola de un escaneo a otro. [18]
Una tormenta eléctrica de formación posterior, comúnmente denominada tormenta eléctrica de entrenamiento , es una tormenta eléctrica en la que se produce un nuevo desarrollo en el lado de barlovento (generalmente el lado oeste o suroeste en el hemisferio norte ), de modo que la tormenta parece permanecer estacionaria o propagarse en una dirección hacia atrás. Aunque la tormenta a menudo parece estacionaria en el radar, o incluso moviéndose contra el viento, esto es una ilusión. La tormenta es realmente una tormenta multicelular con células nuevas y más vigorosas que se forman en el lado de barlovento, reemplazando a las células más antiguas que continúan desplazándose a favor del viento. [49] [50] Cuando esto sucede, es posible que se produzcan inundaciones catastróficas. En Rapid City, Dakota del Sur , en 1972, una alineación inusual de vientos en varios niveles de la atmósfera se combinó para producir un conjunto de células en entrenamiento continuo que dejaron caer una enorme cantidad de lluvia sobre la misma área, lo que resultó en una inundación repentina devastadora . [51] Un evento similar ocurrió en Boscastle , Inglaterra, el 16 de agosto de 2004, [52] y sobre Chennai el 1 de diciembre de 2015. [53]
Cada año, muchas personas mueren o sufren lesiones graves a causa de tormentas eléctricas severas a pesar de que se las advierte con anticipación [ cita requerida ] . Si bien las tormentas eléctricas severas son más comunes en primavera y verano, pueden ocurrir en casi cualquier momento del año.
Los rayos nube-tierra ocurren con frecuencia en el marco de las tormentas eléctricas y presentan numerosos peligros para los paisajes y las poblaciones. Uno de los peligros más importantes que pueden plantear los rayos son los incendios forestales que pueden provocar. [54] En un régimen de tormentas eléctricas de baja precipitación (LP), donde hay poca precipitación, la lluvia no puede evitar que se inicien incendios cuando la vegetación está seca, ya que los rayos producen una cantidad concentrada de calor extremo. [55] En ocasiones, los rayos causan daños directos. [56] En áreas con una alta frecuencia de rayos nube-tierra, como Florida, los rayos causan varias muertes por año, más comúnmente a personas que trabajan al aire libre. [57]
La lluvia ácida es también un riesgo frecuente producido por los rayos. El agua destilada tiene un pH neutro de 7. La lluvia "limpia" o no contaminada tiene un pH ligeramente ácido de alrededor de 5,2, porque el dióxido de carbono y el agua del aire reaccionan juntos para formar ácido carbónico , un ácido débil (pH 5,6 en agua destilada), pero la lluvia no contaminada también contiene otras sustancias químicas. [58] El óxido nítrico presente durante los fenómenos de tormenta eléctrica, [59] causado por la oxidación del nitrógeno atmosférico, puede dar lugar a la producción de lluvia ácida, si el óxido nítrico forma compuestos con las moléculas de agua en la precipitación, creando así lluvia ácida. La lluvia ácida puede dañar las infraestructuras que contienen calcita u otros compuestos químicos sólidos. En los ecosistemas, la lluvia ácida puede disolver los tejidos vegetales de la vegetación y aumentar el proceso de acidificación en los cuerpos de agua y en el suelo , lo que resulta en la muerte de organismos marinos y terrestres. [60]
Cualquier tormenta eléctrica que produzca granizo que llegue al suelo se conoce como granizada. [61] Las nubes de tormenta que son capaces de producir granizos suelen adquirir una coloración verde. El granizo es más común a lo largo de las cadenas montañosas porque las montañas fuerzan los vientos horizontales hacia arriba (conocido como elevación orográfica ), intensificando así las corrientes ascendentes dentro de las tormentas eléctricas y haciendo que el granizo sea más probable. [62] Una de las regiones más comunes para el granizo grande es en la montañosa India del norte, que informó una de las tasas de muertes relacionadas con el granizo más altas registradas en 1888. [63] China también experimenta importantes granizadas. [64] En toda Europa, Croacia experimenta frecuentes ocurrencias de granizo. [65]
En América del Norte, el granizo es más común en el área donde se unen Colorado , Nebraska y Wyoming , conocida como "Hail Alley". [66] El granizo en esta región ocurre entre los meses de marzo y octubre durante las horas de la tarde y la noche, con la mayor parte de las ocurrencias 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. [67] En América del Sur, las áreas propensas al granizo son ciudades como Bogotá, Colombia.
El granizo puede causar graves daños, en particular a automóviles , aviones, tragaluces, estructuras con techo de cristal, ganado y, más comúnmente, a los cultivos de los agricultores . [67] El granizo es uno de los peligros de tormenta más importantes para los aviones. Cuando las piedras de granizo superan los 13 milímetros (0,5 pulgadas) de diámetro, los aviones pueden sufrir daños graves en cuestión de segundos. [68] Las piedras de granizo que se acumulan en el suelo también pueden ser peligrosas para los aviones que aterrizan. El trigo, el maíz, la soja y el tabaco son los cultivos más sensibles a los daños del granizo. [63] El granizo es uno de los peligros más costosos de Canadá. [69] Las tormentas de granizo han sido la causa de eventos costosos y mortales a lo largo de la historia. Uno de los primeros incidentes registrados ocurrió alrededor del siglo IX en Roopkund , Uttarakhand, India. [70] La piedra de granizo más grande en términos de circunferencia máxima y longitud jamás registrada en los Estados Unidos cayó en 2003 en Aurora, Nebraska , Estados Unidos. [71]
Un tornado es una violenta columna de aire giratoria en contacto tanto con la superficie de la Tierra como con una nube cumulonimbus (también conocida como nube de tormenta) o, en casos raros, con la base de una nube cúmulo . Los tornados vienen en muchos tamaños, pero típicamente tienen la forma de un embudo de condensación visible , cuyo extremo angosto toca la tierra y a menudo está rodeado por una nube de escombros y polvo . [72] La mayoría de los tornados tienen velocidades de viento de entre 40 y 110 mph (64 y 177 km/h), tienen aproximadamente 75 metros (246 pies) de ancho y viajan varios kilómetros (algunas millas) antes de disiparse. Algunos alcanzan velocidades de viento de más de 300 mph (480 km/h), se extienden más de 1.600 metros (1 milla) de ancho y permanecen en el suelo durante más de 100 kilómetros (docenas de millas). [73] [74] [75]
La escala Fujita y la escala Fujita mejorada clasifican los tornados según los daños que causan. Un tornado EF0, la categoría más débil, daña árboles pero no causa daños significativos a las estructuras. Un tornado EF5, la categoría más fuerte, arranca edificios de sus cimientos y puede deformar grandes rascacielos. La escala TORRO, similar, varía desde un T0 para tornados extremadamente débiles hasta un T11 para los tornados más poderosos conocidos. [76] Los datos del radar Doppler , la fotogrametría y los patrones de remolinos en el suelo (marcas cicloidales) también se pueden analizar para determinar la intensidad y otorgar una calificación. [77]
Las trombas marinas tienen características similares a los tornados, caracterizados por una corriente de viento en forma de embudo en espiral que se forma sobre cuerpos de agua, conectándose con grandes nubes cumulonimbus. Las trombas marinas generalmente se clasifican como formas de tornados, o más específicamente, tornados no supercelulares que se desarrollan sobre grandes cuerpos de agua. [78] Estas columnas de aire en espiral se desarrollan con frecuencia dentro de áreas tropicales cercanas al ecuador , pero son menos comunes dentro de áreas de alta latitud . [79]
Las inundaciones repentinas son el proceso en el que un paisaje, más notablemente un entorno urbano, se ve sometido a inundaciones rápidas. [80] Estas inundaciones rápidas ocurren más rápidamente y son más localizadas que las inundaciones estacionales de ríos o inundaciones superficiales [81] y con frecuencia (aunque no siempre) están asociadas con lluvias intensas. [82] Las inundaciones repentinas pueden ocurrir con frecuencia en tormentas eléctricas de movimiento lento y generalmente son causadas por la fuerte precipitación líquida que las acompaña. Las inundaciones repentinas son más comunes en regiones áridas, así como en entornos urbanos densamente poblados, donde hay pocas plantas y cuerpos de agua presentes para absorber y contener el agua adicional. Las inundaciones repentinas pueden ser peligrosas para pequeñas infraestructuras, como puentes y edificios de construcción débil. Las plantas y los cultivos en áreas agrícolas pueden ser destruidos y devastados por la fuerza del agua embravecida. Los automóviles estacionados dentro de las áreas afectadas también pueden ser desplazados. También puede ocurrir erosión del suelo , exponiendo riesgos de fenómenos de deslizamientos de tierra .
Los vientos descendentes pueden producir numerosos peligros para los paisajes que experimentan tormentas eléctricas. Los vientos descendentes son generalmente muy potentes y a menudo se confunden con las velocidades del viento producidas por tornados, [83] debido a la cantidad concentrada de fuerza ejercida por su característica de viento recto-horizontal. Los vientos descendentes pueden ser peligrosos para las infraestructuras y edificios inestables, incompletos o de construcción débil. Los cultivos agrícolas y otras plantas en entornos cercanos pueden ser arrancados y dañados. Las aeronaves en proceso de despegue o aterrizaje pueden estrellarse. [14] [83] Los automóviles pueden ser desplazados por la fuerza ejercida por los vientos descendentes. Los vientos descendentes generalmente se forman en áreas donde los sistemas de aire de alta presión de corrientes descendentes comienzan a hundirse y desplazar las masas de aire debajo de ellos, debido a su mayor densidad. Cuando estas corrientes descendentes alcanzan la superficie, se extienden y se convierten en los destructivos vientos rectos-horizontales. [14]
El asma por tormenta eléctrica es el desencadenamiento de un ataque de asma por las condiciones ambientales causadas directamente por una tormenta eléctrica local. Durante una tormenta eléctrica, los granos de polen pueden absorber humedad y luego estallar en fragmentos mucho más pequeños que el viento dispersa fácilmente. Mientras que los granos de polen más grandes suelen ser filtrados por los pelos de la nariz, los fragmentos de polen más pequeños pueden atravesarlos y entrar en los pulmones, lo que desencadena el ataque de asma. [84] [85] [86] [87]
La mayoría de las tormentas eléctricas llegan y se van sin incidentes; sin embargo, cualquier tormenta eléctrica puede volverse severa , y todas las tormentas eléctricas, por definición, presentan el peligro de rayos . [88] La preparación y seguridad ante tormentas eléctricas se refiere a tomar medidas antes, durante y después de una tormenta eléctrica para minimizar las lesiones y los daños.
La preparación se refiere a las precauciones que se deben tomar antes de una tormenta eléctrica. Algunas preparaciones toman la forma de preparación general (ya que una tormenta eléctrica puede ocurrir en cualquier momento del día o del año). [89] Preparar un plan de emergencia familiar, por ejemplo, puede ahorrar tiempo valioso si una tormenta surge rápida e inesperadamente. [90] Preparar la casa quitando ramas y árboles muertos o podridos, que pueden ser derribados por vientos fuertes, también puede reducir significativamente el riesgo de daños a la propiedad y lesiones personales. [91]
El Servicio Meteorológico Nacional (NWS) de los Estados Unidos recomienda varias precauciones que las personas deben tomar si es probable que se produzcan tormentas eléctricas: [89]
Si bien la seguridad y la preparación suelen coincidir, la "seguridad en caso de tormenta eléctrica" generalmente se refiere a lo que las personas deben hacer durante y después de una tormenta. La Cruz Roja Estadounidense recomienda que las personas sigan estas precauciones si una tormenta es inminente o está en curso: [88]
El NWS dejó de recomendar la "agacharse para protegerse del rayo" en 2008, ya que no proporciona un nivel significativo de protección y no reduce significativamente el riesgo de morir o resultar herido por la caída de un rayo cercano. [92] [93] [94]
Las tormentas eléctricas ocurren en todo el mundo, incluso en las regiones polares, con mayor frecuencia en las áreas de selva tropical , donde pueden ocurrir casi a diario. En un momento dado, aproximadamente 2000 tormentas eléctricas están ocurriendo en la Tierra. [95] Kampala y Tororo en Uganda han sido mencionados como los lugares más atronadores de la Tierra, [96] una afirmación también hecha para Singapur y Bogor en la isla indonesia de Java . Otras ciudades conocidas por la actividad de tormentas frecuentes incluyen Darwin , Caracas, Manila y Mumbai . Las tormentas eléctricas están asociadas con las diversas estaciones monzónicas en todo el mundo, y pueblan las bandas de lluvia de ciclones tropicales . [97] En las regiones templadas, son más frecuentes en primavera y verano, aunque pueden ocurrir a lo largo o delante de frentes fríos en cualquier época del año. [98] También pueden ocurrir dentro de una masa de aire más fría después del paso de un frente frío sobre un cuerpo de agua relativamente más cálido. Las tormentas eléctricas son raras en las regiones polares debido a las temperaturas frías de la superficie. [ cita requerida ]
Algunas de las tormentas eléctricas más potentes de los Estados Unidos se producen en el Medio Oeste y los estados del Sur . Estas tormentas pueden producir granizo de gran tamaño y tornados potentes. Las tormentas eléctricas son relativamente poco comunes a lo largo de gran parte de la Costa Oeste de los Estados Unidos , [99] pero ocurren con mayor frecuencia en las zonas del interior, en particular los valles de Sacramento y San Joaquín de California. En primavera y verano, ocurren casi a diario en ciertas zonas de las Montañas Rocosas como parte del régimen monzónico de América del Norte . En el Noreste , las tormentas adquieren características y patrones similares a los del Medio Oeste, pero con menor frecuencia y severidad. Durante el verano, las tormentas eléctricas de masas de aire son una ocurrencia casi diaria en las partes central y sur de Florida. [ cita requerida ]
Si se conoce la cantidad de agua que se condensa y se precipita posteriormente desde una nube, se puede calcular la energía total de una tormenta eléctrica. En una tormenta eléctrica típica, se levantan aproximadamente 5×10 8 kg de vapor de agua, y la cantidad de energía liberada cuando este se condensa es de 10 15 julios . Esta es del mismo orden de magnitud de la energía liberada dentro de un ciclón tropical, y más energía que la liberada durante la explosión de la bomba atómica en Hiroshima, Japón , en 1945. [16] [ verificación fallida ]
Los resultados del Monitor de Explosiones de Rayos Gamma de Fermi muestran que los rayos gamma y las partículas de antimateria ( positrones ) pueden generarse en tormentas eléctricas potentes. [100] Se sugiere que los positrones de antimateria se forman en destellos de rayos gamma terrestres (TGF). Los TGF son breves explosiones que ocurren dentro de tormentas eléctricas y están asociadas con relámpagos. Las corrientes de positrones y electrones chocan más arriba en la atmósfera para generar más rayos gamma. [101] Alrededor de 500 TGF pueden ocurrir todos los días en todo el mundo, pero la mayoría pasan desapercibidos.
En tiempos más contemporáneos, las tormentas eléctricas han asumido el papel de una curiosidad científica. Cada primavera, los cazadores de tormentas se dirigen a las Grandes Llanuras de los Estados Unidos y las Praderas Canadienses para explorar los aspectos científicos de las tormentas y tornados mediante el uso de grabaciones de vídeo. [102] Los pulsos de radio producidos por los rayos cósmicos se están utilizando para estudiar cómo se desarrollan las cargas eléctricas dentro de las tormentas eléctricas. [103] Los proyectos meteorológicos más organizados como VORTEX2 utilizan una serie de sensores, como el Doppler sobre ruedas , vehículos con estaciones meteorológicas automatizadas montadas , globos meteorológicos y aeronaves no tripuladas para investigar las tormentas eléctricas que se espera que produzcan condiciones meteorológicas severas. [104] Los rayos se detectan de forma remota utilizando sensores que detectan los rayos de nube a tierra con un 95 por ciento de precisión en la detección y dentro de los 250 metros (820 pies) de su punto de origen. [105]
Las tormentas eléctricas influyeron fuertemente en muchas civilizaciones antiguas. Los griegos creían que eran batallas libradas por Zeus , quien lanzaba rayos forjados por Hefesto . Algunas tribus indígenas americanas asociaban las tormentas eléctricas con el pájaro del trueno , que creían que era un sirviente del Gran Espíritu . Los nórdicos consideraban que las tormentas eléctricas ocurrían cuando Thor iba a luchar contra Jötnar , y que los truenos y relámpagos eran el efecto de sus golpes con el martillo Mjölnir . El hinduismo reconoce a Indra como el dios de la lluvia y las tormentas eléctricas. La doctrina cristiana acepta que las tormentas feroces son obra de Dios. Estas ideas todavía estaban dentro de la corriente principal hasta el siglo XVIII. [106]
Martín Lutero estaba caminando cuando comenzó una tormenta eléctrica, lo que le hizo orar a Dios para ser salvado y prometer convertirse en monje. [107]
Se han detectado tormentas eléctricas, evidenciadas por destellos de relámpagos , en Júpiter y están asociadas con nubes donde el agua puede existir tanto en forma líquida como de hielo, lo que sugiere un mecanismo similar al de la Tierra. (El agua es una molécula polar que puede transportar una carga, por lo que es capaz de crear la separación de carga necesaria para producir relámpagos). [108] Estas descargas eléctricas pueden ser hasta mil veces más potentes que los relámpagos en la Tierra. [109] Las nubes de agua pueden formar tormentas eléctricas impulsadas por el calor que se eleva desde el interior. [110] Las nubes de Venus también pueden ser capaces de producir relámpagos ; algunas observaciones sugieren que la tasa de relámpagos es al menos la mitad de la de la Tierra. [111]
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