Tormentas de primavera

En las últimas jornadas en la Península Ibérica se están registrando focos tormentosos que están dando lugar a gran cantidad de descargas eléctricas sobre la superficie terrestre. La mayoría de las descargas producidas no suelen generar daños. Pero en ocasiones causan incendios forestales o se originan daños materiales en bienes e instalaciones. En la comarca de Alba de Tormes por ejemplo aún se recuerdan los daños que produjo la caída de un rayo en una vivienda de la Urbanización Los Cisnes el 2 de marzo de 2012.

Un rayo también puede causar graves daños personales. El último suceso señalado en España ha tenido lugar el 14 de mayo de 2013 cuando una de dichas descargas causó heridas graves a un hombre en Madrid.

Pero poco sabemos de las tormentas; ¿cómo se forman?, ¿cómo se generan  los rayos en una tormenta? y sobre todo ¿cuando aparecen las tormentas?

Las tormentas suelen aparecer asociadas a frentes fríos, pero también pueden surgir tormentas en el seno de una masa de aire debido al caldeo solar de la superficie terrestre, sobre todo en primavera y verano.

Las tormentas necesitan dos ingredientes para que se produzcan: Una atmósfera inestable que favorezca el ascenso de un aire más cálido hacia las capas altas, y que el aire que asciende contenga una elevada humedad.

Hay dos maneras para que exista una inestabilidad en la atmósfera: o bien que se sitúe una masa de aire frío en altura sobre una masa cálida en los bajos niveles, o que el aire cercano a la superficie se caliente más que el aire en altura a causa del efecto de la absorción de la radiación solar que aumenta la temperatura del suelo.

En primavera la humedad ambiental es lo suficientemente elevada como para favorecer la generación de tormentas

En una tormenta hay una serie de efectos observables: Fuertes chubascos (aunque no siempre), granizo (no siempre), vientos racheados, rayos, relámpagos y truenos. El resultado visible en el cielo sería la formación de una nube tipo cumulonimbo.

Para el desarrollo de una tormenta se pasa por una serie de etapas. La primera etapa sería la de la formación del Cúmulo. En esta primera etapa se generan corrientes verticales ascendentes y comienza a entrar aire por los laterales del cúmulo. En esta etapa el interior de la nube aún tiene temperaturas positivas.  Visualmente observamos una nube en forma de cúmulo de una tonalidad oscura. Si observamos este tipo de formaciones en el cielo podemos preveer que una tormenta se va a producir en nuestra zona. Los radares aún no son capaces de detectar este tipo de nubes pero a simple vista sí podemos verlas.

La segunda etapa  es la llamada etapa de madurez. Se forma una nube tipo cumulonimbo acabada en yunque en la parte superior a unos 10.000 metros de altura. En esta etapa ya se produce precipitación en la base de la nube debido a que las gotas de agua en el interior por la condensación del vapor de agua alcanzan el tamaño suficiente para caer por efecto de la gravedad. Por ello se generan chubascos intensos que a veces son de granizo cuando la temperatura en el interior de cúmulo es menor que 0º Celsius y no da tiempo a que el agua se funda antes de llegar suelo. Es bastante frecuente que en el interior de la nube haya cristales de hielo aunque a la superficie terrestre llegue el agua en forma líquida porque en su caída cambia de estado de hielo a agua. En esta etapa aparecen corrientes descendentes por el centro de la nube, también un viento horizontal fuerte surge junto al suelo en el frente de avance de la tormenta. En esta etapa suele concentrarse la mayor cantidad de descargas eléctricas abarcando la tormenta un radio de hasta 35 kilómetros.

Imagen radar (de Palencia) día 15 de mayo de 2013 a las 23:00. Fuente AEMET

Durante la tercera y última etapa, la de disipación, desciende la intensidad de los chubascos. Ya sólo existen corrientes descendentes y la temperatura en la superficie baja por la llegada del aire frío de los niveles superiores de la atmósfera. La nube finalmente acaba desapareciendo.

Estas etapas presentadas mostrarían la formación de una única nube tormentosa, pero la realidad es que las tormentas suelen aparecer varias juntas enlazadas unas con otras, cada una de ellas en una etapa diferente. Estas tormentas unidas en una multicélula van avanzando llegando a alcanzar áreas de incluso cientos de kilómetros.

La generación de descargas o rayos producidos durante una tormenta está relacionada con la separación de las cargas existentes en el interior de la nube. Cuando no hay tormentas, el campo eléctrico de la atmósfera hace que los iones que contiene se distribuyan los positivos en los niveles superiores y los negativos cerca de la superficie.

Campo eléctrico atmosférico de buen tiempo

Pero la aparición del cúmulo tormentoso con sus corrientes ascendentes y descendentes durante su etapa de desarrollo hace que dentro de la nube se produzca una separación de cargas. Dentro de la nube las cargas positivas se situaran en la parte superior de la nube mientras que las negativas se situarán en la inferior.

Esquema de rayo nube tierra negativo

Como sabemos las cargas de signo opuesto tienden a atraerse. Ello va a provocar que justo debajo de la nube, sobre la superficie del suelo, comiencen a concentrarse iones positivos mientras que los negativos se alejan. Cuando la acumulación de cargas negativas en la base de la nube y las positivas del suelo es muy elevada, se desencadena una descarga para cancelar esa diferencia de cargas y tratar de volver a la situación normal inicial. Es el conocido como rayo nube a tierra negativo. La descarga suele producirse desde la base de la nube hasta el suelo utilizando como medio conductor una canal dentro de la masa de aire que hay entre el suelo y la nube. El camino elegido por las cargas en su viaje suele ser obviamente el aire que menos resistencia ofrezca al trasporte de las cargas. Ese camino es el rayo propiamente dicho. Al pasar las cargas por ese camino hacen que el aire se caliente bruscamente emitiendo una radiación que podemos observar visualmente.

Existen otros rayos nube a tierra positivos. Son rayos en los que las descargas se producen desde la parte superior del cumulonimbo (con carga positiva) hasta zonas del suelo con concentración elevada de cargas negativas (en zonas alejadas de la base del cúmulo). Se producen cuando la nube cumulonímbica se ha deformado por un viento lateral. Este tipo de rayos positivos son los causantes de los mayores daños.

Esquema de rayo nube tierra positivo

Existen mapas actualizados de la península en los que se presentan las localizaciones de los rayos nube-tierra con un error menor a 8 km. Así la Agencia Estatal de Meteorología en su página web presenta las localizaciones de las descargas nube-tierra tanto positivas como negativas de las ultimas 24 horas.

Mapa de rayos del día 15 de mayo de 2013 a las 23:00. Fuente AEMET

Cuando hay varias tormentas encadenadas unas con otras a veces se producen los conocidos como rayos nube a nube, que no son detectados por los sistemas de localización. En ellos las cargas de signo contrario se intercambian entre diferentes cumulonimbos para cancelarse. Suelen combinarse simultáneamente con los rayos nube tierra.

Cuando se producen las descargas el aire cercano al rayo se calienta bruscamente dilatándose y generando un sonido explosivo, es lo que llamamos trueno, y puede propagarse hasta varios kilómetros de distancia de la tormenta.

Los rayos son una de las causas de incendios forestales pero en un porcentaje muy bajo. El rayo viene a provocar entre 3 y 5% de los incendios forestales. Normalmente acontecen en situaciones de tormenta seca. Las consecuencias pueden ser graves, puesto que, al comenzar una tormenta, normalmente la alerta de los medios de vigilancia y extinción antifuego se reduce o cesa, pero afortunadamente es un fenómeno que se da en pocas ocasiones. Hay estudios que demuestran que la mayoría de las descargas nube tierra, que son las susceptibles de provocar incendios, suelen acontecer en días inestables húmedos. Días en principio de un bajo riesgo de fuego. Sólo si las condiciones excepcionales son tales que no exista precipitación en superficie (tormenta seca) existirá un riesgo de incendio por rayo.

En una situación propia de tormenta seca es necesaria una inestabilidad de la columna y una cierta humedad en altura que favorezcan el desarrollo convectivo, pero la principal característica es el alto poder desecante entre la base del cúmulo y la superficie. Ello hace que en superficie no exista precipitación y que el contenido de humedad de los combustibles sea muy bajo. En estas condiciones un rayo nube tierra se convierte en un potencial causante natural de incendio.