Granizo

El granizo es una forma de precipitación sólida. Es distinto de los gránulos de hielo ("aguanieve" en inglés americano), aunque los dos a menudo se confunden. Consiste en bolas o trozos irregulares de hielo, cada uno de los cuales se llama granizo. Los gránulos de hielo generalmente caen en climas fríos, mientras que el crecimiento del granizo se inhibe en gran medida durante las temperaturas superficiales frías.

A diferencia de otras formas de precipitación de hielo de agua, como el granizo (que está hecho de escarcha), los gránulos de hielo (que son más pequeños y translúcidos) y la nieve (que consiste en pequeñas escamas o agujas delicadamente cristalinas), los granizos suelen medir entre 5 mm (0,2 pulgadas) y 15 cm (6 pulgadas) de diámetro. El código de informe METAR para granizo de 5 mm (0,20 pulgadas) o más es GR, mientras que los granizos y granizos más pequeños se codifican como GS.

El granizo es posible dentro de la mayoría de las tormentas eléctricas (ya que es producido por cumulonimbus), así como dentro de las 2 millas náuticas (3,7 km) de la tormenta principal. La formación de granizo requiere entornos de fuerte movimiento ascendente del aire dentro de la tormenta principal (similar a los tornados) y alturas más bajas del nivel de congelación. En las latitudes medias, el granizo se forma cerca del interior de los continentes, mientras que en los trópicos tiende a estar confinado a elevaciones altas.

Hay métodos disponibles para detectar tormentas que producen granizo utilizando satélites meteorológicos e imágenes de radares meteorológicos. Los granizos generalmente caen a mayor velocidad a medida que aumentan de tamaño, aunque factores complicados como el derretimiento, la fricción con el aire, el viento y la interacción con la lluvia y otros granizos pueden ralentizar su descenso a través de la atmósfera terrestre. Se emiten advertencias de clima severo por granizo cuando las piedras alcanzan un tamaño dañino, ya que pueden causar daños graves a las estructuras hechas por el hombre y, más comúnmente, a los cultivos de los agricultores.

Definición

Cualquier tormenta que produce granizo que llega al suelo se conoce como granizada. Un cristal de hielo con un diámetro de >5 mm (0,20 pulgadas) se considera granizo. Los granizos pueden crecer hasta 15 cm (6 pulgadas) y pesar más de 0,5 kg (1,1 lb).

A diferencia de los gránulos de hielo, los granizos están en capas y pueden ser irregulares y agrupados. El granizo está compuesto de hielo transparente o capas alternas de hielo transparente y translúcido de al menos 1 mm (0,039 pulgadas) de espesor, que se depositan sobre la piedra de granizo a medida que viaja a través de la nube, suspendida en el aire con un fuerte movimiento ascendente hasta que su peso supera el corriente ascendente y cae al suelo. Aunque el diámetro del granizo varía, en los Estados Unidos, la observación promedio de granizo dañino es de entre 2,5 cm (0,98 pulgadas) y 4,4 cm (1,75 pulgadas) del tamaño de una pelota de golf.

Las piedras de más de 2 cm (0,80 pulgadas) generalmente se consideran lo suficientemente grandes como para causar daños. El Servicio Meteorológico de Canadá emite advertencias de tormentas severas cuando se espera granizo de ese tamaño o más. El Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU. tiene un umbral de 2,5 cm (0,98 pulgadas) o más de diámetro, a partir de enero de 2010, un aumento sobre el umbral anterior de granizo de 0,75 pulgadas (1,9 cm). Otros países tienen diferentes umbrales según la sensibilidad local al granizo; por ejemplo, las áreas de cultivo de uvas podrían verse afectadas negativamente por granizos más pequeños. Los granizos pueden ser muy grandes o muy pequeños, dependiendo de qué tan fuerte sea la corriente ascendente: las tormentas de granizo más débiles producen granizos más pequeños que las tormentas de granizo más fuertes (como las supercélulas), ya que las corrientes ascendentes más poderosas en una tormenta más fuerte pueden mantener los granizos más grandes en el aire.

Formación

El granizo se forma en nubes de tormenta fuerte, particularmente aquellas con corrientes ascendentes intensas, alto contenido de agua líquida, gran extensión vertical, gotas de agua grandes y donde una buena parte de la capa de nubes está por debajo de los 0 °C (32 °F) de congelación. Este tipo de fuertes corrientes ascendentes también pueden indicar la presencia de un tornado. La tasa de crecimiento de los granizos se ve afectada por factores como una elevación más alta, zonas de congelación más bajas y cizalladura del viento.

Naturaleza de las capas de los granizos

Al igual que otras precipitaciones en las nubes cumulonimbus, el granizo comienza como gotas de agua. A medida que las gotas ascienden y la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, se convierten en agua sobreenfriada y se congelarán al entrar en contacto con los núcleos de condensación. Una sección transversal a través de una gran piedra de granizo muestra una estructura similar a una cebolla. Esto significa que el granizo está formado por capas gruesas y translúcidas, que se alternan con capas finas, blancas y opacas. La teoría anterior sugería que los granizos estaban sujetos a múltiples descensos y ascensos, cayendo en una zona de humedad y volviéndose a congelar a medida que se elevaban. Se pensaba que este movimiento hacia arriba y hacia abajo era el responsable de las sucesivas capas del granizo. Una nueva investigación, basada tanto en la teoría como en el estudio de campo, ha demostrado que esto no es necesariamente cierto.

La corriente ascendente de la tormenta, con velocidades del viento dirigidas hacia arriba de hasta 180 km/h (110 mph), empuja los granizos que se están formando hacia la nube. A medida que el granizo asciende, pasa a áreas de la nube donde varía la concentración de humedad y gotas de agua sobreenfriada. La tasa de crecimiento del granizo cambia según la variación de la humedad y las gotas de agua sobreenfriada que encuentra. La tasa de acumulación de estas gotas de agua es otro factor en el crecimiento del granizo. Cuando el granizo se desplaza hacia una zona con alta concentración de gotas de agua, las capta y adquiere una capa translúcida. Si el granizo se mueve hacia un área donde la mayor parte del vapor de agua está disponible, adquiere una capa de hielo blanco opaco.

Además, la velocidad del granizo depende de su posición en la corriente ascendente de la nube y de su masa. Esto determina los distintos espesores de las capas del granizo. La tasa de acumulación de gotas de agua sobreenfriada sobre el granizo depende de las velocidades relativas entre estas gotas de agua y el granizo mismo. Esto significa que, en general, los granizos más grandes se formarán a cierta distancia de la corriente ascendente más fuerte, donde pueden pasar más tiempo creciendo. A medida que el granizo crece, libera calor latente, lo que mantiene su exterior en una fase líquida. Debido a que experimenta un 'crecimiento húmedo', la capa externa es pegajosa (es decir, más adhesiva), por lo que un solo granizo puede crecer al chocar con otros granizos más pequeños, formando una entidad más grande con una forma irregular.

El granizo también puede experimentar un 'crecimiento seco' en el que la liberación de calor latente a través de la congelación no es suficiente para mantener la capa exterior en estado líquido. El granizo que se forma de esta manera parece opaco debido a las pequeñas burbujas de aire que quedan atrapadas en la piedra durante la congelación rápida. Estas burbujas se unen y escapan durante el modo de 'crecimiento húmedo', y el granizo es más claro. El modo de crecimiento de una piedra de granizo puede cambiar a lo largo de su desarrollo, y esto puede resultar en distintas capas en la sección transversal de una piedra de granizo.

El granizo seguirá subiendo en la tormenta hasta que su masa ya no pueda ser soportada por la corriente ascendente. Esto puede llevar al menos 30 minutos en función de la fuerza de las corrientes ascendentes en la tormenta que produce granizo, cuya cima suele tener más de 10 km de altura. Luego cae hacia el suelo sin dejar de crecer, en base a los mismos procesos, hasta salir de la nube. Más tarde comenzará a derretirse a medida que pasa al aire por encima de la temperatura de congelación.

Por lo tanto, una trayectoria única en la tormenta es suficiente para explicar la estructura en capas del granizo. El único caso en el que se pueden discutir múltiples trayectorias es en una tormenta eléctrica multicelular, donde el granizo puede ser expulsado desde la parte superior de la celda "madre" y capturado en la corriente ascendente de una celda "hija" más intensa. Este, sin embargo, es un caso excepcional.

Factores que favorecen el granizo

El granizo es más común en el interior continental de las latitudes medias, ya que la formación de granizo es considerablemente más probable cuando el nivel de congelación está por debajo de la altitud de 11.000 pies (3.400 m). El movimiento del aire seco hacia fuertes tormentas sobre los continentes puede aumentar la frecuencia del granizo al promover el enfriamiento por evaporación, lo que reduce el nivel de congelación de las nubes de tormenta, lo que da al granizo un mayor volumen para crecer. En consecuencia, el granizo es menos común en los trópicos a pesar de una frecuencia mucho más alta. de tormentas eléctricas que en las latitudes medias porque la atmósfera sobre los trópicos tiende a ser más cálida en una altitud mucho mayor. El granizo en los trópicos ocurre principalmente en elevaciones más altas.

El crecimiento del granizo se vuelve cada vez más pequeño cuando la temperatura del aire cae por debajo de los -30 °C (-22 °F), ya que las gotas de agua sobreenfriada se vuelven raras a estas temperaturas. Alrededor de las tormentas eléctricas, lo más probable es que haya granizo dentro de la nube a alturas superiores a los 20 000 pies (6100 m). Entre los 3000 m (10 000 pies) y los 6100 m (20 000 pies), el 60 % del granizo aún se encuentra dentro de la tormenta, aunque el 40 % se encuentra ahora en el aire despejado debajo del yunque. Por debajo de 10.000 pies (3.000 m), el granizo se distribuye por igual dentro y alrededor de una tormenta hasta una distancia de 2 millas náuticas (3,7 km).

Climatología

El granizo ocurre con mayor frecuencia en el interior de los continentes en latitudes medias y es menos común en los trópicos, a pesar de que la frecuencia de las tormentas es mucho mayor que en las latitudes medias. El granizo también es mucho más común a lo largo de las cadenas montañosas porque las montañas fuerzan los vientos horizontales hacia arriba (lo que se conoce como levantamiento orográfico), lo que intensifica las corrientes ascendentes dentro de las tormentas eléctricas y aumenta la probabilidad de granizo. Las elevaciones más altas también dan como resultado que haya menos tiempo disponible para que el granizo se derrita antes de llegar al suelo. Una de las regiones más comunes para el granizo grande es a través del norte montañoso de la India, que reportó uno de los números de muertes relacionados con el granizo más altos registrados en 1888. China también experimenta tormentas de granizo significativas.Europa central y el sur de Australia también experimentan muchas tormentas de granizo. Las regiones donde ocurren con frecuencia tormentas de granizo son el sur y oeste de Alemania, el norte y este de Francia y el sur y este de Benelux. En el sureste de Europa, Croacia y Serbia experimentan frecuentes caídas de granizo.

En América del Norte, el granizo es más común en el área donde se encuentran Colorado, Nebraska y Wyoming, conocida como "Hail Alley". 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. Al norte de esta área y también a favor del viento de las Montañas Rocosas se encuentra la región Hailstorm Alley de Alberta, que también experimenta una mayor incidencia de eventos de granizo significativos.

Detección a corto plazo

El radar meteorológico es una herramienta muy útil para detectar la presencia de tormentas productoras de granizo. Sin embargo, los datos de radar deben complementarse con el conocimiento de las condiciones atmosféricas actuales que pueden permitir determinar si la atmósfera actual es propicia para el desarrollo de granizo.

El radar moderno escanea muchos ángulos alrededor del sitio. Los valores de reflectividad en múltiples ángulos sobre el nivel del suelo en una tormenta son proporcionales a la tasa de precipitación en esos niveles. Sumando las reflectividades en el Líquido Integrado Verticalmente o VIL, se obtiene el contenido de agua líquida en la nube. La investigación muestra que el desarrollo de granizo en los niveles superiores de la tormenta está relacionado con la evolución del VIL. VIL dividido por la extensión vertical de la tormenta, llamada densidad VIL, tiene una relación con el tamaño del granizo, aunque esto varía con las condiciones atmosféricas y, por lo tanto, no es muy preciso.Tradicionalmente, el tamaño y la probabilidad del granizo se pueden estimar a partir de datos de radar por computadora utilizando algoritmos basados ​​en esta investigación. Algunos algoritmos incluyen la altura del nivel de congelación para estimar el derretimiento del granizo y lo que quedaría en el suelo.

Ciertos patrones de reflectividad también son pistas importantes para el meteorólogo. El pico de dispersión de tres cuerpos es un ejemplo. Este es el resultado de la energía del radar que golpea el granizo y se desvía hacia el suelo, donde se desvía hacia el granizo y luego hacia el radar. La energía tardó más en ir del granizo al suelo y viceversa, a diferencia de la energía que pasó directamente del granizo al radar, y el eco está más lejos del radar que la ubicación real del granizo en el mismo trayectoria radial, formando un cono de reflectividades más débiles.

Más recientemente, se han analizado las propiedades de polarización de los retornos de los radares meteorológicos para diferenciar entre granizo y lluvia intensa. El uso de la reflectividad diferencial (), en combinación con la reflectividad horizontal (), ha dado lugar a una variedad de algoritmos de clasificación de granizo. Las imágenes satelitales visibles están comenzando a usarse para detectar granizo, pero las tasas de falsas alarmas siguen siendo altas con este método.

Tamaño y velocidad terminal

El tamaño de las piedras de granizo se determina mejor midiendo su diámetro con una regla. En ausencia de una regla, el tamaño del granizo a menudo se estima visualmente comparando su tamaño con el de objetos conocidos, como monedas. El uso de objetos como huevos de gallina, guisantes y canicas para comparar el tamaño de los granizos es impreciso debido a sus variadas dimensiones. La organización del Reino Unido, TORRO, también escala tanto para granizo como para granizo.

Cuando se observa en un aeropuerto, el código METAR se usa dentro de una observación meteorológica de superficie que se relaciona con el tamaño del granizo. Dentro del código METAR, GR se usa para indicar granizo más grande, de un diámetro de al menos 0,25 pulgadas (6,4 mm). GR se deriva de la palabra francesa grêle. El granizo de menor tamaño, así como los gránulos de nieve, utilizan la codificación GS, que es la abreviatura de la palabra francesa grésil.

La velocidad terminal del granizo, o la velocidad a la que cae el granizo cuando golpea el suelo, varía. Se estima que un granizo de 1 cm (0,39 pulgadas) de diámetro cae a una velocidad de 9 m/s (20 mph), mientras que piedras de 8 cm (3,1 pulgadas) de diámetro caen a una velocidad de 48 m/s. s (110 mph). La velocidad del granizo depende del tamaño de la piedra, su coeficiente de arrastre, el movimiento del viento a través del cual cae, las colisiones con las gotas de lluvia u otras piedras de granizo y el derretimiento cuando las piedras caen a través de una atmósfera más cálida. Como los granizos no son esferas perfectas, es difícil calcular con precisión su coeficiente de arrastre y, por lo tanto, su velocidad.

Registros de granizo

Los megacriometeores, grandes rocas de hielo que no están asociadas con tormentas eléctricas, no son reconocidos oficialmente por la Organización Meteorológica Mundial como "granizo", que son agregaciones de hielo asociadas con tormentas eléctricas y, por lo tanto, los registros de características extremas de los megacriometeores no se dan como registros de granizo..

• Más pesado: 1,02 kg (2,25 libras); Distrito de Gopalganj, Bangladesh, 14 de abril de 1986.
• Diámetro más grande medido oficialmente: 7,9 pulgadas (20 cm) de diámetro, 18,622 pulgadas (47,3 cm) de circunferencia; Vivian, Dakota del Sur, 23 de julio de 2010.
• Circunferencia más grande medida oficialmente: 18,74 pulgadas (47,6 cm) de circunferencia, 7,0 pulgadas (17,8 cm) de diámetro; Aurora, Nebraska, 22 de junio de 2003.
• Precipitación de granizo promedio más grande: Kericho, Kenia experimenta tormentas de granizo, en promedio, 50 días al año. Kericho está cerca del ecuador y la elevación de 2200 metros (7200 pies) contribuye a que sea un punto caliente para el granizo. Kericho alcanzó el récord mundial de 132 días de granizo en un año.

Riesgos

El granizo puede causar daños graves, especialmente en automóviles, aeronaves, tragaluces, estructuras con techos de vidrio, ganado y, más comúnmente, cultivos. Los daños por granizo en los techos a menudo pasan desapercibidos hasta que se observan más daños estructurales, como filtraciones o grietas. Es más difícil reconocer daños por granizo en techos de tejas y techos planos, pero todos los techos tienen sus propios problemas de detección de daños por granizo. Los techos de metal son bastante resistentes al daño por granizo, pero pueden acumular daños estéticos en forma de abolladuras y revestimientos dañados.

El granizo es uno de los peligros de tormentas eléctricas más importantes para las aeronaves. Cuando las piedras de granizo superan los 13 mm (0,5 pulgadas) de diámetro, los aviones pueden dañarse gravemente en cuestión de segundos. Los granizos que se acumulan en el suelo también pueden ser peligrosos para los aviones que aterrizan. El granizo también es una molestia común para los conductores de automóviles, ya que abolla gravemente el vehículo y agrieta o incluso rompe los parabrisas y las ventanas, a menos que esté estacionado en un garaje o cubierto con un material de protección. El trigo, el maíz, la soja y el tabaco son los cultivos más sensibles a los daños por granizo. El granizo es uno de los peligros más caros de Canadá.

En raras ocasiones, se sabe que los granizos masivos causan conmociones cerebrales o traumatismos craneales fatales. Las granizadas han sido la causa de eventos costosos y mortales a lo largo de la historia. Uno de los primeros incidentes conocidos ocurrió alrededor del siglo IX en Roopkund, Uttarakhand, India, donde parece que entre 200 y 600 nómadas murieron a causa de heridas causadas por granizo del tamaño de pelotas de cricket.

Acumulaciones

Las zonas estrechas donde el granizo se acumula en el suelo en asociación con la actividad de las tormentas eléctricas se conocen como rayas de granizo o franjas de granizo, que pueden detectarse por satélite después de que pasan las tormentas. Las tormentas de granizo normalmente duran desde unos pocos minutos hasta 15 minutos de duración. Las tormentas de granizo acumuladas pueden cubrir el suelo con más de 5,1 cm (2 pulgadas) de granizo, hacer que miles pierdan energía y derribar muchos árboles. Las inundaciones repentinas y los deslizamientos de tierra en áreas de terreno empinado pueden ser una preocupación debido a la acumulación de granizo.

Se han informado profundidades de hasta 18 pulgadas (0,46 m). Un paisaje cubierto de granizo acumulado generalmente se parece a uno cubierto de nieve acumulada y cualquier acumulación significativa de granizo tiene los mismos efectos restrictivos que la acumulación de nieve, aunque en un área más pequeña, en el transporte y la infraestructura. El granizo acumulado también puede causar inundaciones al bloquear los desagües, y el granizo puede transportarse en el agua de la inundación, convirtiéndose en un aguanieve similar a la nieve que se deposita en elevaciones más bajas.

En ocasiones algo raras, una tormenta eléctrica puede volverse estacionaria o casi estacionaria mientras produce granizo prolíficamente y se producen profundidades significativas de acumulación; esto tiende a suceder en áreas montañosas, como el caso del 29 de julio de 2010de un pie de acumulación de granizo en el condado de Boulder, Colorado. El 5 de junio de 2015, cayó granizo de hasta cuatro pies de profundidad en una cuadra de la ciudad de Denver, Colorado. Los granizos, descritos entre el tamaño de abejorros y pelotas de ping pong, estuvieron acompañados de lluvia y fuertes vientos. El granizo cayó solo en un área, dejando el área circundante intacta. Cayó durante una hora y media entre las 22:00 y las 23:30 horas. Un meteorólogo del Servicio Meteorológico Nacional en Boulder dijo: "Es un fenómeno muy interesante. Vimos la parada de la tormenta. Produjo grandes cantidades de granizo en un área pequeña. Es algo meteorológico". Los tractores utilizados para despejar el área llenaron de granizo más de 30 volquetes.

La investigación centrada en cuatro días individuales que acumularon más de 5,9 pulgadas (15 cm) de granizo en 30 minutos en el frente de Colorado ha demostrado que estos eventos comparten patrones similares en las características observadas del tiempo sinóptico, el radar y los rayos, lo que sugiere la posibilidad de predecir estos eventos antes de que ocurran. Un problema fundamental en la continuación de la investigación en esta área es que, a diferencia del diámetro del granizo, la profundidad del granizo no suele informarse. La falta de datos deja a los investigadores y pronosticadores en la oscuridad cuando intentan verificar los métodos operativos. Se está realizando un esfuerzo cooperativo entre la Universidad de Colorado y el Servicio Meteorológico Nacional. El objetivo del proyecto conjunto es obtener la ayuda del público en general para desarrollar una base de datos de profundidades de acumulación de granizo.

Represión y prevención

Durante la Edad Media, la gente en Europa solía hacer sonar las campanas de las iglesias y disparar cañones para tratar de evitar el granizo y el consiguiente daño a los cultivos. Las versiones actualizadas de este enfoque están disponibles como cañones de granizo modernos. La siembra de nubes después de la Segunda Guerra Mundial se realizó para eliminar la amenaza del granizo, particularmente en la Unión Soviética, donde se afirmó que se logró una reducción del 70% al 98% en el daño a los cultivos por tormentas de granizo al desplegar yoduro de plata en las nubes usando cohetes y proyectiles de artillería. Pero estos efectos no se han replicado en ensayos aleatorios realizados en Occidente. Se han llevado a cabo programas de supresión de granizo en 15 países entre 1965 y 2005.