M3 Convección y Sistemas Convectivos

Tópico

La convección atmosférica es el mecanismo por el cual el aire cálido y húmedo asciende en corrientes verticales intensas, liberando en ese ascenso el calor latente que alimenta el crecimiento de los cúmulos y, cuando ese crecimiento continúa, de los cumulonimbos. Es precisamente esa liberación de calor latente la que hace que el aire que asciende siga siendo más cálido que el aire que lo rodea, y por eso siga acelerando hacia arriba en vez de detenerse.

La convección atmosférica no ocurre siempre a la misma escala: va desde el cúmulo individual, que mide entre uno y cinco kilómetros de ancho y vive apenas entre media hora y una hora, hasta los sistemas convectivos de mesoescala, que superan los cien kilómetros de extensión y pueden mantenerse activos durante más de seis horas. Qué tan grande y duradero termina siendo un episodio de convección atmosférica depende de dos condiciones del entorno que lo rodea, y es esa dependencia la que hace que la escala de la convección cambie tanto de un episodio a otro.

Esas dos condiciones del entorno son la energía convectiva disponible y la cizalladura del viento, y son ellas las que determinan qué forma termina tomando la convección atmosférica. Cuando la energía convectiva disponible es alta pero la cizalladura del viento es baja, el resultado es una convección de célula única, aislada y de vida corta; cuando, en cambio, la cizalladura del viento también es alta, esa misma energía convectiva disponible se organiza en estructuras mucho más duraderas, como la supercélula o el sistema convectivo de mesoescala. Así, es la cizalladura del viento la que hace que la energía disponible se convierta en una tormenta organizada en lugar de disiparse en una celda aislada.

La célula básica de toda esta convección atmosférica es el cumulonimbo: dentro de él, el updraft, la corriente ascendente que sostiene a la nube, se alimenta del aire rico en energía convectiva disponible que ocupa la baja troposfera, y alcanza velocidades de entre cinco y cincuenta metros por segundo. Junto a ese updraft aparece la corriente descendente, que la evaporación de la lluvia que cae dentro de la misma nube genera al enfriar el aire que la rodea, lo que hace que ese aire se vuelva más denso que el que lo circunda y descienda con fuerza hacia el suelo.

En las supercélulas, ese mismo updraft cumple una función adicional: inclina hacia la vertical la vorticidad horizontal que ya existe en el aire del entorno, y es esa inclinación —conocida como el mecanismo de Rotunno-Klemp— la que hace que el propio updraft empiece a girar sobre sí mismo, dando origen al mesociclón que caracteriza a la supercélula.

La organización en un sistema convectivo de mesoescala, en cambio, no depende de que el updraft gire, sino de que la cizalladura del viento sea lo bastante fuerte como para separar espacialmente al updraft de la corriente descendente, lo que hace que ambos puedan coexistir sin que uno interrumpa al otro y que el sistema se mantenga activo durante muchas horas. Cuando estos sistemas convectivos deben representarse dentro de modelos numéricos de baja resolución, que no logran resolverlos de manera explícita, se recurre a esquemas de ajuste que eliminan la energía convectiva disponible en un tiempo de ajuste convectivo de entre una y dos horas, sustituyendo así al propio proceso de la convección atmosférica por una aproximación estadística de su efecto.

El comportamiento que resulta de todo esto varía según la forma que tome la convección atmosférica: un cúmulo ordinario nace, madura y se disipa en apenas entre media hora y una hora; una multicélula se sostiene mediante celdas sucesivas que se renuevan cada quince a veinte minutos; una supercélula mantiene su rotación de manera persistente mientras dura la tormenta; y un sistema convectivo de mesoescala puede propagarse durante la noche empujado por su propia bolsa de aire frío —el aire denso y frío que sus corrientes descendentes acumulan cerca del suelo—, lo que hace que la tormenta se desplace incluso lejos de donde nació. Así, desde el cúmulo individual más simple hasta el sistema convectivo de mesoescala más extenso, toda esta jerarquía de la convección atmosférica responde al mismo balance entre la energía convectiva disponible que la impulsa y la cizalladura del viento que decide cómo se organiza.

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