615 Zenbakia 2012-03-02 / 2012-03-09

Gaiak

La tesis defendida con este título se ha realizado con un triple objetivo: primeramente, se ha estudiado la distribución y las características de los rayos sobre el País Vasco; en segundo lugar, se ha caracterizado la actividad eléctrica en función de las condiciones meteorológicas bajo las que se producen las tormentas; en tercer lugar, se han obtenido las distintas relaciones que se pueden establecer entre los rayos que se registran en las tormentas y la precipitación que en ellas se produce.

Los datos correspondientes a los rayos con los que se ha realizado el estudio proceden de la red de detección de rayos de AEMET, mientras que los datos de la precipitación proceden de las estaciones meteorológicas que el mismo organismo mantiene en Bilbao, San Sebastian y Vitoria. Todos estos datos han sido cotejados y depurados debidamente.

Comentemos que un sistema de detección de rayos se compone de un conjunto de antenas que detectan las ondas electromagnéticas emitidas por los rayos. Este hecho permite localizar los rayos y conocer sus características físicas, tales como la intensidad, la polaridad (rayos positivos o negativos) y la carga que transportan. Características de la actividad eléctrica sobre el País Vasco

Los resultados obtenidos del estudio de la actividad eléctrica sobre el País Vasco podemos resumirlos en los siguientes puntos:

a) La distribución espacial de los rayos sobre el País Vasco, presenta un máximo pronunciado sobre el área del Gran Bilbao que alcanza los 3 rayos/km2 y año. En el resto del territorio el patrón observado es básicamente aleatorio, con un valor medio anual de 1 rayo/km2 y año. No se aprecia una correlación espacial de los rayos con la orografía (Figura 1).

El máximo de actividad eléctrica observado sobre el Gran Bilbao podría estar relacionado con un efecto térmico urbano y también con la influencia que ejercen los contaminantes en los procesos de carga eléctrica nubosa, tal y como sugieren distintas investigaciones sobre actividad eléctrica sobre grandes áreas urbanas.

c) En invierno los rayos se producen mayoritariamente en la vertiente cantábrica, siendo más escasos en la vertiente mediterránea. En primavera, ocurre el hecho contrario: la baja temperatura del Cantábrico inhibe la formación de tormentas sobre sus aguas y sobre el litoral, lo que deriva en un descenso de la actividad eléctrica en estos lugares respecto al interior (Figura 2 y 3). En verano los rayos se distribuyen de forma aleatoria en todo el territorio con un patrón similar al global.

d) Los rayos positivos (llevan carga positiva de la nube a tierra) representan el 7% del total y muestran una variación estacional; de esta forma, en invierno el 35 % de los rayos son positivos, mientras que en verano este valor desciende al 5%.

e) La intensidad de los rayos de ambas polaridades presenta una variación estacional: en invierno los rayos son más intensos que en verano, alcanzando valores medios en torno a los 90 kiloamperios (positivos y negativos). En verano, los rayos negativos presentan una intensidad media de 25 kiloamperios y de 40 kiloamperios los rayos positivos.

f) La intensidad media anual de los rayos, tanto para rayos positivos como para negativos, es máxima en el cuadrante nordeste del territorio, con un valor medio de 40 kiloamperios, mientras que los valores mínimos aparecen en el cuadrante suroeste del mismo, con un valor medio de 20 kiloamperios (Figura 4).

g) Los rayos en verano y primavera responden al ciclo diurno de calentamiento solar, con un máximo en la actividad eléctrica a media tarde. En invierno los rayos no muestran una hora preferente de aparición, pues están asociados a advecciones de masas de aire polar que cruzan el atlántico (Figura 5). La actividad eléctrica se produce fundamentalmente en verano, siendo mucho más escasa en invierno (Figura 6).

Figura 1. Distribución espacial de la densidad media de rayos sobre el País Vasco en el periodo 1992-1996 expresada en número de rayos por kilómetro cuadrado y año. (Figura: Elaboración propia)

Figura 2. Distribución espacial de la densidad de rayos registrados durante los inviernos del periodo 1992-1996 expresada en número de rayos por kilómetro cuadrado. (Figura: Elaboración propia)

Figura 3. Distribución espacial de la densidad de rayos registrados durante las primaveras del periodo 1992-1996 expresada en número de rayos por kilómetro cuadrado. (Figura: Elaboración propia)

Figura 4. Distribución espacial de la intensidad media de los rayos en el periodo 1992-1996 expresada en kiloamperios. (Figura: Elaboración propia)

Figura 5. Distribución horaria de la actividad eléctrica diaria, que se expresa mediante el porcentaje de rayos frente al total diario, y para cada estación del año. (Figura: Elaboración propia)

Figura 6. Distribución mensual del número de rayos sobre Bilbao, Vitoria y San Sebastián durante el periodo 1992-1996. (Figura: Elaboración propia)Condiciones meteorológicas bajo las que se producen las tormentas

Para estudiar las condiciones meteorológicas bajo las que se producen las tormentas se ha establecido primeramente una clasificación subjetiva de tipos de tiempo basada en tres factores:

a) La dirección del viento en el nivel de presión de 850hPa (1500 metros): viento de origen marítimo, Viento de origen ibérico, viento de origen continental europeo y viento débil de origen local.

b) El tipo de circulación atmosférica a 500hPa (5500 metros): circulación zonal, con vientos predominantes de componente oeste, circulación meridiana, con vientos de dirección norte-sur, circulación desprendida, coloquialmente conocidas como gotas frías.

c) La configuración sinóptica en superficie o ubicación de los centros de acción, depresiones y anticiclones.

De esta forma se han obtenido 31 situaciones sinópticas tipo bajo las cuales han podido ser clasificados el 95% de los días estudiados.

A continuación se ha asignado cada tormenta estudiada a la correspondiente configuración sinóptica, obteniéndose los siguientes resultados fundamentales:

a) Las tormentas que ocurren bajo vientos marítimos se producen principalmente entre noviembre y marzo, cuando las depresiones se sitúan sobre el continente europeo (Figura 7). Los rayos que se producen bajo estas situaciones representan el 10% de los rayos totales registrados en todo el año, aunque entre noviembre y marzo el 85% de los rayos tienen un origen marítimo.

b) Las tormentas que ocurren bajo vientos de origen ibérico, producen tan solo el 5% de los rayos totales, y se producen principalmente en el mes de mayo cuando las depresiones se sitúan al oeste de la Península Ibérica (Figura 8).

d) Las tormentas que ocurren bajo vientos de origen continental (Figura 9), no producen más del 2% de los rayos totales. Estas tormentas se producen principalmente entre febrero y junio, cuando una depresión se centra en el Mediterráneo.

e) Las tormentas que ocurren bajo vientos de carácter local producen el 82% de los rayos registrados en todo el periodo de estudio, y representan el 95% de todos los rayos que se producen entre junio y septiembre. Existen dos configuraciones meteorológicas de tipo local bajo las que se producen las tormentas: las denominadas Depresiones Aisladas en Niveles Altos (DANA) o gota fría (Figura 10), que cobran una gran importancia entre abril y junio, y las configuraciones en forma de baja térmica y pantano barométrico (Figura 11) que se producen entre los meses de junio y agosto debido al calor, siendo las más activas eléctricamente.

Figura 7. Depresión europea.

Figura: http://www.wetterzentrale.de/

Figura 8. Depresión atlántica.

Figura: http://www.wetterzentrale.de/

Figura 9. Depresión mediterránea.

Figura: http://www.wetterzentrale.de/

Figura 10. Pantano barométrico y baja térmica.

Figura: http://www.wetterzentrale.de/

Figura 11. Depresión aislada en niveles altos (DANA).

Figura: http://www.wetterzentrale.de/Relaciones entre los rayos y la precipitación en las tormentas

Una de las principales cuestiones que se han planteado en el estudio de tormentas es conocer la relación existente entre la precipitación y la actividad eléctrica que se produce en la misma. Es un hecho empírico observado que tras el impacto de un rayo la precipitación experimenta un incremento. No obstante, también se observa el hecho contrario: la precipitación se puede producir en ausencia o con escasa actividad eléctrica.

Las numerosas investigaciones realizadas con el fin de conocer cómo son las relaciones entre la precipitación y la actividad eléctrica en las tormentas, han dado con frecuencia resultados dispares. Este hecho se debe a los múltiples factores que gobiernan ambos procesos, la precipitación y los rayos, no encontrándose una relación simple o unívoca entre ambos.

En nuestro trabajo, se ha realizado un análisis de la producción de precipitación por rayo, tanto mediante técnicas subjetivas de análisis como objetivas. Las técnicas objetivas seleccionadas han sido: el Análisis en Componentes Principales (PCA) y los Mapas Autoorganizados (SOM) basados en las redes neuronales.

Los resultados obtenidos mediante distintas técnicas son similares, indicándonos los siguientes hechos:

1) Existe una marcada estacionalidad (verano-invierno) en la relación entre los rayos y la precipitación. En verano la producción de precipitación por cada rayo es unas 100 veces inferior a la de invierno. En concreto, en verano se observa una producción media de precipitación del orden de 10.104 m3 por rayo, mientras que en invierno puede llegar a 1000.104 m3 y 100.104 m3 por rayo en primavera.

2) Se pueden distinguir al menos tres tipos fundamentales de situaciones meteorológicas bajo las cuales la producción de precipitación por rayo tiene características semejantes: Situaciones meteorológicas asociadas a vientos de origen marítimo ocasionadas por depresiones centradas en el continente Europeo y en el Mediterráneo (Figuras 7 y 9). Estas situaciones se producen principalmente en invierno, final del otoño y principios de primavera. La producción de precipitación por rayo para todo el territorio alcanza un valor de 700.104 m3 , observándose una marcada variación espacial de este mismo valor: 300.104 m3 en Bilbao, 400.104 m3 en San Sebastián y 1400.104 m3 en Vitoria. Esta variación espacial se debe a que los rayos se localizan casi exclusivamente en la región costera, mientras que las precipitaciones presentan una distribución más homogénea en todo el territorio. Situaciones meteorológicas asociadas a vientos de origen ibérico ocasionadas por depresiones situadas al oeste de la Península Ibérica (Figura 8) y que se producen con mayor frecuencia en mayo, no siendo extrañas en otras épocas. La producción media de precipitación por rayo para todo el territorio alcanza un valor de 150.104 m3 por rayo, observándose una escasa variación espacial de este mismo valor: 123.104 m3 en Bilbao, 141.104 m3 en San Sebastián y 183.104 m3 en Vitoria. Situaciones meteorológicas asociadas a inestabilidad de tipo local ocasionada en verano por el calentamiento diurno (Figura 10): configuraciones en forma de pantano barométrico y de baja térmica. La producción de precipitación por rayo para todo el territorio alcanza un valor de 15.104 m3 por rayo, observándose escasa variación espacial entre Bilbao y Vitoria, pero algo más marcada entre estas dos localidades y San Sebastián: 10.104 m3 en Bilbao, 24.104 m3 en San Sebastián y 13.104 m3 en Vitoria.

3) Las tormentas que se producen bajo depresiones aisladas en niveles altos (Figura 11), presentan una gran variación tanto espacial como estacional en la producción de precipitación por rayo, no encontrándose un patrón constante.

Los resultados obtenidos en esta tesis pueden ser de gran interés en aplicaciones de tipo hidrológico, pues nos pueden permitir realizar una mejora en la estimación de la precipitación en amplias zonas no cubiertas por estaciones meteorológicas, complementando su utilidad con la de los radares meteorológicos.Bibliografía:Areitio J., I. Herrero, A. Ezcurra 2001. Cloud to ground lightning characteristics in the Spanish Basque Country Area during the period 1992-1996. Journal Atmos. Sol-Terr. 63, 1005-10015Ezcurra, A., J. Areitio, I. Herrero, 2002. Relationship between cloud to ground lightning and surface rainfall during 1992-1996 in the Spanish Basque Country. Atmos. Res. 61, 239-250.Ezcurra, A., J. Sáenz, G. Ibarra, J. Areitio, 2008. Rainfall yield characteristics of electrical storm observed in the Spanish Basque Country area during the period 1992-1996. Atmos. Res. 89, 233-242.