Las Tormentas: relámpagos, vientos y lluvias


Las Tormentas

Una tormenta es un periodo de mal tiempo, por lo general con nubes negras mucha lluvia o granizo, truenos, rayos, y viento fuerte. Las peores tormentas son los tornados, que se originan sobre tierra firme.

Tormenta eléctrica

Las tormentas suelen estar acompañadas de relámpagos, vientos fuertes, lluvia e incluso granizo.

Las tormentas son uno de los fenómenos atmosféricos más espectaculares, y a veces pueden llegar a ser muy virulentas. Estos fenómenos se producen por los cumulonimbus, nubes que se desarrollan cuando la atmósfera está inestable. Se entiende por atmósfera inestable aquella situación en la que se producen importantes movimientos del aire en sentido vertical. Esto pasa cuando el aire es más frío de lo habitual en la parte más alta de la troposfera, lo que suele ocurrir cuando pasa un frente frío o bien en situaciones de bajas presiones.

La formación de la tormenta se desarrolla según el siguiente proceso:

  • El calentamiento de la tierra origina una corriente de aire ascendente. Este aire se enfría progresivamente hasta condensarse con la consiguiente formación de pequeños cumulus.
  • A diferencia de las situaciones de buen tiempo, la corriente ascendente no se para y la nube crece rápidamente en sentido vertical.
  • El cumulus continúa creciendo en sentido vertical y está a punto de convertirse en una nube de tormenta. Cuando alcanza la isoterma de los ºC, las cargas eléctricas que se han ido generando comienzan a ordenarse dentro de la nube. La parte superior será positiva y la inferior negativa. Además, se comienzan a formar dentro de la nube grandes gotas o partículas de granizo. La fuerte corriente ascendente los mantiene en suspensión.
  • El cumulus se ha transformado ya en un cumulonimbus que puede llegar a tener hasta 10 km de altura. En su parte superior la temperatura puede ser muy baja (-20ºC o -30ºC). Esto favorece una intensa sobresaturación del aire que origina una gran cantidad de gotas de lluvia o de granizo, algunas de las cuales caerán en forma de precipitación.
  • Las cumulonimbus, son grandes nubes de desarrollo vertical.

    Las cumulonimbus, son grandes nubes de desarrollo vertical.

    La nube de tormenta se desgasta al desaparecer la corriente ascendente que la alimentaba. La tierra ya se ha enfriado y fuertes corrientes descendentes de viento provocan chubascos de gran intensidad que acaban por deshacer la nube. La tormenta ha acabado y algunas capas de cirrus o cirroestratus serán los únicos restos de este extraordinario fenómeno de la naturaleza.

En las zonas frías, las tormentas suelen formarse a lo largo de los frentes meteorológicos. En las zonas cálidas, las tormentas se generan porque el aire caliente sube y se enfría hasta formar nubes y lluvia.

Las tormentas formadas por convección o por un frente frío suelen tener una duración corta ya que, como hemos visto, cuando la tierra se enfría la tormenta se acaba. Las depresiones también pueden formar tormentas cuya duración suele ser más larga ya que se acostumbran a formar numerosos cumulonimbus.

En las zonas del litoral también se producen formaciones de tormentas que pueden llegar a ser muy virulentas ya que las corrientes ascendentes tardan mucho en pararse porque el agua del mar se enfría muy lentamente. Y eso hace que se formen nubes de tormenta durante varias horas.

Uno de los hechos más característicos de las tormentas es el acompañamiento a las mismas de fenómenos eléctricos: rayos, relámpagos y truenos.

Durante el transcurso de una tormenta se favorece la formación de iones particulares que contiene la atmósfera. Los iones positivos en la parte alta y los negativos en la parte baja de la nube. Además, la tierra también se carga de iones positivos. Todo ello genera una diferencia de potencial de millones de voltios que acaban originando fuertes descargas eléctricas entre distintos puntos de una misma nube, entre nubes distintas o entre la nube y la tierra: a dicha descarga eléctrica la denominamos rayo. El relámpago es el fenómeno luminoso asociado a un rayo, aunque también suele darse este nombre a las descargas eléctricas producidas entre las nubes.

El calor producido por la descarga eléctrica calienta el aire y lo expande bruscamente y después se contrae al enfriarse, dando lugar a ondas de presión que se propagan como ondas sonoras. Estas ondas sonoras que se propagan a la velocidad del sonido (300 m/s) son el denominado trueno.

Puede determinarse, de una forma aproximada, la distancia en metros a la que se produce la descarga eléctrica, para ello se multiplica por 300 los segundos transcurridos entre el momento de producirse el rayo y el momento que oímos el trueno.

Además de los rayos, relámpagos y truenos, usualmente produce lluvias intensas (aguaceros o chubascos) o granizo. En ambientes muy secos es posible que la precipitación se evapore antes de llegar al suelo; en tal caso se habla de tormenta seca.

Características

Formación de una tormenta.

Formación de una tormenta.

Una tormenta se caracteriza esencialmente por:

  • existencia de fenómenos eléctricos 
  • intensidad de precipitación elevada e incluso a veces granizo
  • vientos fuertes y racheados
  • descenso brusco de la temperatura en superficie
  • variaciones súbitas de presión en superficie.

Para que se forme una tormenta es necesaria la existencia de inestabilidad potencial en aire húmedo que de lugar a la formación de nubes tipo cumulonimbo, con temperaturas a cada nivel más altas que las del entorno y velocidades ascendentes superiores a 1 m/s.

El movimiento ascendente puede ser:

  • ascenso frontal
  • convección por insolación 
  • ascenso en bloque forzado por la orografía y/o la brisa 
  • ascenso forzado por líneas de convergencia

Componentes de una tormenta

 Las tormentas presentan una estructura que se compone de uno o varios centros activos denominados células. Una célula es una nube elemental que comprende en algún momento de su desarrollo como mínimo una corriente ascendente bien establecida y una descendente.

El ciclo de vida de una tormenta oscila entre media hora y varias horas. Durante ese tiempo, la tormenta puede permanecer estacionaria o recorrer de quince a treinta kilómetros, en promedio, en la dirección de los vientos dominantes.

Fases de una tormenta

En todas las células se distinguen tres fases: desarrollo, madurez y disipación.

Tormenta Unicelular

Está compuesta por una sola célula, un radio comprendido ente 5 y 10 km y una duración inferior a 1 hora. Típica en verano. Se pueden diferenciar tres etapas:

ETAPA CÚMULO

  • ascenso aire caliente y húmedo
  • liberación de calor latente 
  • corrientes ascendentes (5-10 m/s) elevan gotitas por encima de 0ºC gotas subfundidas coexisten con cristales de hielo hasta –40ºC
  • descenso presión en superficie 
  • convergencia en bajos niveles
  • Dura unos 15 min y la nube puede llegar hasta la tropopausa. 
  • Etapa sin truenos ni relámpagos

ETAPA DE MADUREZ

  • precipitación abandona base de la nube 
  • velocidades ascendentes en el centro de la nube llegan a su valor máximo (>30 m/s)
  • inicio corrientes descendentes por arrastre
  • zona de divergencia y pseudofrente frío bajo la nube 
  • formación del yunque
  • la nube puede llegar hasta altitudes de 12 ó 18 km 
  • máxima intensidad de precipitación
  • posible producción de rayos y relámpagos 
  • en ambiente muy seco y cálido: tormenta seca
  • dura entre 15 y 30 minutos

ETAPA DE DISIPACIÓN

  • las corrientes descendentes dominan toda la nube 
  • disminución de temperatura
  • aumento de presión en superficie
  • siguen las lluvias aunque más débiles
  • puede durar unos 30 min.

Tormentas Complejas

En la etapa de madurez de una tormenta unicelular es posible que se desarrolle:

  • Tormenta multicelular: si el ambiente es favorable y como consecuencia del ascenso que fuerzan las corrientes descendentes. Constituida por n células en diversas fases de desarrollo, consecutivas entre sí. Es la más típica. Puede durar varias horas. Si hay tiempo severo: lluvias muy fuertes/inundaciones. 
  • Tormenta supercelular : si la corriente ascendente es muy potente y el viento varía con la altura, la célula única adquiere en su interior un movimiento de rotación. Si tiempo severo: vientos de más de 90 kt, granizo gigante, tornados.

Electrificación de las Tormentas

El rayo se resume brevemente como una descarga electrostática en la atmósfera y se produce entre dos nubes o bien entre una nube y la superficie. El rayo ocurre cuando la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos supera un límite de aproximadamente 30.000 voltios. Es entonces cuando se produce la ruptura dieléctrica del aire, convirtiéndolo en conductor eléctrico y produciendo una descarga eléctrica en forma de rayo.

Rayo: Descarga eléctrica que se produce en la fase madura de una tormenta. Puede ser:

  • Dentro de una misma nube: la mayor parte
  • De una nube a otra
  • De una nube al suelo: aproximadamente un 20%.

Por otra parte, el relámpago es el resplandor resultante de esta gran descarga, la cual libera tanta energía y de manera tan repentina, que fuerza una manifestación lumínica. El cómo se produce exactamente un rayo es un proceso que la ciencia no comprende absolutamente del todo y del que existen varias explicaciones (sin mencionar las consabidas controversias).

Formación de los rayos

Relámpagos en un tormenta eléctrica.

Relámpagos en un tormenta eléctrica.

Algunas veces las tormentas vienen acompañadas de fenómenos luminosos y sonoros llamados rayos. El fenómeno luminoso es comúnmente conocido como relámpago. Mientras que un rayo es una chispa de electricidad gigante (una descarga eléctrica) que golpea la tierra. Durante el transcurso de una tormenta se favorece la formación de iones que contiene la atmósfera.

Esta electricidad se genera dentro de las nubes de tormenta por la frotación (generando polarización eléctrica) de las gotas y los cristales de hielo entre sí. Los iones positivos se ubican en la parte alta y los negativos en la parte baja de la nube.

Además, la tierra también se carga de iones positivos. Todo ello genera una diferencia de potencial de millones de voltios que acaban originando fuertes descargas eléctricas entre distintos puntos de una misma nube, entre nubes distintas o entre la nube y la tierra (las cargas negativas son atraídas por lo cargo positiva de la tierra).

En caso de buen tiempo: existencia en la atmósfera de campo eléctrico muy tenue.

  • normal a la superficie
  • orientado de arriba abajo
  • decrece con la altura
  • verano: 130 V/m.

Se toma la tierra con potencial cero y la atmósfera con potencial positivo. La fuerte contaminación hace aumentar el campo eléctrico llegándose a valores de 500 V/mEn situaciones de tormenta el campo eléctrico entre la base de la nube y el suelo puede llegar a 3.000.000 V/m. La diferencia de potencial entre suelo y nube y nube-nube lleva a la generación de relámpagos.

Formas de los Rayos

  • Forked lightning o rayos en zig-zag. 
  • Ribbon lightning o rayos en cinta
  • Bead lightning o rayos en collar 
  • Ball lightning o “bola de fuego 
  • Sheet lightning o relámpagos en sábana 
  • Heat lightning o rayo caliente

Formación de un rayo

Formación de un rayo

El rayo es visible con trayectorias sinuosas y de ramificaciones irregulares, a veces de muchos kilómetros de distancia. Esta descarga puede desplazarse hasta 13 kilómetros, provocar una temperatura de unos 28,000°C; nada más para darnos una idea esta temperatura, la temperatura del rayo es tres veces la temperatura del Sol. El rayo tiene un potencial eléctrico de más de 100 millones de voltios y una intensidad de 20.000 amperes. En el punto de entrada a la tierra, el rayo puede destruir, de acuerdo a su potencia y a las características del suelo, un radio de 20 metros.

Los rayos se pueden clasificar de acuerdo a su inicio y destino en: Nube a cielo o “duende”, que son descargas hacia la atmósfera, más arriba de las nubes; Nube a Tierra, los más típicos y espectaculares (y peligrosos, por supuesto); intranubes, es decir dentro de una misma nube, aparecen  como relámpagos con algunos truenos; Internubes, de una nube a otra con truenos. No hay que olvidar los relámpagos, los cuales se producen dentro de la nube.

Trueno: onda sonora que viaja en todas direcciones, producida por el calentamiento súbito (30.000ºC) del aire traspasado por el relámpago.

Cuando el rayo se calienta, este calor producido por la descarga eléctrica calienta el aire y lo expande bruscamente y después se contrae al enfriarse, dando lugar a ondas de presión que se propagan como ondas sonoras que se propagan a la velocidad del sonido (300 m/s) son el denominado trueno, que no es otra cosa que la onda expansiva provocada por esta tremenda energía liberada, originando el ruido característico que todos hemos oído alguna vez. No todos los rayos producen truenos, se calcula que aproximadamente sólo el 60%. Esto se debe a que a menudo, las ondas de varios rayos consecutivos se mezclan para formar una, o se anulan mutuamente.

Granizo

Formación del granizo

Formación del granizo

Tipo de precipitación consistente en granos aproximadamente esféricos de hielo y de nieve combinados, en general, en capas alternas. Las verdaderas piedras de granizo sólo se producen al empezar algunas tormentas y cuando la temperatura del suelo es bastante inferior a la de congelación.

Usualmente se produce en nubes de gran desarrollo vertical. Hay distintos tipos:

  • Granizo blando: formado por proceso Bergeron en una nube con poco agua líquida; el hielo crece por asentamiento de vapor y las gotitas subenfriadas que se agregan forman partículas de hielo opaco de 1mm aprox.
  • Granizo duro : puede ser granizo blando que cae sobre una región de contenido alto de agua líquida por encima del nivel de congelación formándose una funda de hielo transparente (graupel) o por congelación de una gota de nieve fundida o gota de lluvia, en cuyo caso son gránulos de hielo transparente
  • Verdadero granizo : constituido por acumulaciones concéntricas de hielo transparente y opaco, cuyo embrión es una gota de lluvia arrastrada por la corriente ascendente y congelada; el hielo opaco (cencellada) se forma por el impacto de las gotas subenfriadas que se congelan instantáneamente (crecimiento seco o acreción de cencellamiento) y el transparente (vidriado) por congelación de una película mojada formada por rápida acumulación de gotas subenfriadas en partes de la nube con mucho agua líquida (crecimiento húmedo).

Medición y evaluación

La medida de los rayos (nube-suelo) se realiza mediante el método “Lightning direction-finder” que se basa en la detección de las ondas de radio producidas por el relámpago. A tales ondas se les conoce como “sferics”. Con modelos, predicciones sobre la probabilidad de rayos. Correlación con imágenes de satélite y de radar permite, además, mejorar el estudio de las tormentas.

Para el estudio de las tormentas también se utiliza el radar meteorológico.

No hay que olvidar, los huracanes o tifones que son tormentas enormes que se forman sobre los océanos tropicales cercanos al Ecuador. En este caso, el aire húmedo caliente sube, se enfría y forma nubes que giran en remolino. Los vientos alrededor del ojo de la tormenta arrecian a velocidades superiores a los 320 Kilómetros por hora.

3 Respuestas a “Las Tormentas: relámpagos, vientos y lluvias

  1. Estoy preocupada . No me gustan las tormentas ayer sab 1/02/14 vi un relampago q alumbro toda la casa gigante y me asuste vi un rayo caer cerca de mi casa

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