Lluvia gélida
La lluvia engelante o lluvia gélida es lluvia mantenida a temperaturas bajo cero por la masa de aire ambiental que provoca la congelación en contacto con las superficies. A diferencia de una mezcla de lluvia y nieve o gránulos de hielo, la lluvia helada está hecha completamente de gotas líquidas. Las gotas de lluvia se sobreenfrían al pasar a través de una capa de aire bajo cero a cientos de metros sobre el suelo y luego se congelan al impactar con cualquier superficie que encuentren, incluido el suelo, los árboles, los cables eléctricos, los aviones y los automóviles. El hielo resultante, llamado hielo glaseado, puede acumularse hasta un espesor de varios centímetros y cubrir todas las superficies expuestas. El código METAR para lluvia helada es FZRA.
Una tormenta que produce un espesor significativo de hielo glaseado a partir de la lluvia helada a menudo se denomina tormenta de hielo. Aunque estas tormentas no son particularmente violentas, la lluvia helada es notoria por causar problemas de tránsito en las carreteras, romper las ramas de los árboles y derribar las líneas eléctricas por el peso de la acumulación de hielo. Las líneas eléctricas caídas provocan cortes de energía en las áreas afectadas, mientras que el hielo acumulado también puede presentar riesgos elevados significativos. También es conocido por ser extremadamente peligroso para las aeronaves, ya que el hielo puede "remodelar" efectivamente la forma del perfil aerodinámico y las superficies de control de vuelo. (Ver formación de hielo atmosférica.)
Mecanismo
La lluvia helada a menudo se asocia con la aproximación de un frente cálido, cuando el aire bajo cero (temperaturas en o por debajo del punto de congelación) queda atrapado en los niveles más bajos de la atmósfera mientras que el aire caliente advecta está arriba. Esto sucede, por ejemplo, cuando un sistema de baja presión se mueve desde el valle del río Mississippi hacia las montañas Apalaches y el valle del río San Lorenzo de América del Norte durante la estación fría, con un fuerte sistema de alta presión más al este. Esta configuración se conoce como represamiento de aire frío y se caracteriza por aire muy frío y seco en la superficie dentro de la región de alta presión. El aire cálido del Golfo de México es a menudo el combustible para las precipitaciones heladas.
La lluvia helada se desarrolla cuando la nieve que cae se encuentra con una capa de aire caliente en lo alto, generalmente alrededor del nivel de 800 mbar (800 hPa; 80 kPa), lo que hace que la nieve se derrita y se convierta en lluvia. A medida que la lluvia sigue cayendo, pasa a través de una capa de aire bajo cero justo encima de la superficie y se enfría a una temperatura bajo cero (0 °C o 32 °F o 273 K). Si esta capa de aire bajo cero es lo suficientemente profunda, las gotas de lluvia pueden tener tiempo de congelarse en gránulos de hielo (aguanieve) antes de llegar al suelo. Sin embargo, si la capa de aire bajo cero en la superficie es muy poco profunda, las gotas de lluvia que caen a través de ella no tendrán tiempo de congelarse y caerán al suelo como lluvia sobreenfriada. Cuando estas gotas sobreenfriadas entran en contacto con el suelo, las líneas eléctricas, las ramas de los árboles, los aviones o cualquier otra cosa por debajo de 0 °C (32 °F; 273 K), una parte de las gotas se congela instantáneamente. El proceso físico específico por el cual esto ocurre se llama nucleación.
Observaciones
Las observaciones de superficie realizadas por estaciones tripuladas o automáticas son la única confirmación directa de la lluvia helada. Nunca se puede ver directamente la lluvia helada, la lluvia o la nieve en ningún tipo de radar meteorológico, ya sea Doppler o convencional. Sin embargo, es posible estimar indirectamente el área cubierta por lluvia helada con radar.
La intensidad de los ecos del radar (reflectividad) es proporcional a la forma (agua o hielo) de la precipitación y su diámetro. De hecho, la lluvia tiene un poder de reflexión mucho más fuerte que la nieve, pero su diámetro es mucho más pequeño. Por lo tanto, la reflectividad de la lluvia proveniente de la nieve derretida es solo un poco más alta. Sin embargo, en la capa donde la nieve se está derritiendo, los copos húmedos todavía tienen un gran diámetro y están cubiertos de agua, por lo que los retornos del radar son mucho más fuertes.
La presencia de esta banda brillante indica la presencia de una capa cálida sobre el suelo donde la nieve puede derretirse. Esto podría estar produciendo lluvia en el suelo o la posibilidad de lluvia helada si la temperatura está por debajo del punto de congelación. La imagen adjunta muestra cómo se puede ubicar un artefacto de este tipo con una sección transversal a través de datos de radar. La altura y la pendiente de la banda brillante darán pistas sobre la extensión de la región donde se está produciendo el derretimiento. Luego, es posible asociar esta pista con observaciones de superficie y modelos de predicción numérica para producir resultados como los que se ven en los programas meteorológicos de televisión, donde los ecos de radar se muestran claramente como precipitaciones de lluvia, mixtas y de nieve.
Efectos
A nivel del suelo
La lluvia helada a menudo provoca importantes cortes de energía al formar hielo glaseado. Cuando la lluvia helada o llovizna es ligera y no prolongada, el hielo que se forma es delgado y generalmente solo causa daños menores (aliviando árboles de sus ramas muertas, etc.). Sin embargo, cuando se acumulan grandes cantidades, es uno de los tipos de peligro invernal más peligrosos. Cuando la capa de hielo supera aproximadamente los 6,4 mm (0,25 in), las ramas de los árboles con ramas muy cubiertas de hielo pueden romperse bajo el enorme peso y caer sobre las líneas eléctricas. Las condiciones de viento y los rayos, cuando están presentes, exacerbarán el daño. Las líneas eléctricas cubiertas de hielo se vuelven extremadamente pesadas, lo que hace que se rompan los postes de soporte, los aisladores y las líneas. El hielo que se forma en las carreteras hace que los viajes en vehículos sean peligrosos. A diferencia de la nieve, el hielo húmedo casi no proporciona tracción y los vehículos se deslizarán incluso en pendientes suaves. Debido a que la lluvia helada no golpea el suelo como una bolita de hielo (llamada "aguanieve") sino como una gota de lluvia, se adapta a la forma del suelo o del objeto, como la rama de un árbol o un automóvil. Esto forma una gruesa capa de hielo, a menudo llamada "glaseado".
La lluvia helada y el hielo glaseado a gran escala se denomina tormenta de hielo. Los efectos sobre las plantas pueden ser graves, ya que no pueden soportar el peso del hielo. Los árboles pueden romperse ya que están inactivos y son frágiles durante el clima invernal. Los pinos también son víctimas de las tormentas de hielo, ya que sus agujas atrapan el hielo, pero no pueden soportar el peso. En febrero de 1994, una severa tormenta de hielo causó daños por más de mil millones de dólares en el sur de los Estados Unidos, principalmente en Mississippi, Tennessee, Alabama y el oeste de Carolina del Norte, especialmente en los Apalaches. Una tormenta de hielo particularmente severa golpeó el este de Canadá y el norte de Nueva York y Nueva Inglaterra en la tormenta de hielo de América del Norte de 1998.
Árbol derribado por una gruesa capa de esmalte en el centro de Ljubljana, Eslovenia
Esmalte en un árbol en La Malbaie, Quebec
Hielo en árboles coníferos en Tomaszów Mazowiecki, Polonia
Un abedul está muy doblado bajo una gruesa capa de hielo glaseado en Celje, Eslovenia.
Consecuencias de la lluvia helada en el óblast de Moscú, Rusia, diciembre de 2010
Cortes de energía debido al peso del hielo en las líneas o ramas de árboles que sobresalen
Aeronave
La lluvia helada se considera un peligro extremo para las aeronaves, ya que provoca una formación de hielo estructural muy rápida, congelando los componentes necesarios. La mayoría de los helicópteros y aviones pequeños carecen del equipo de deshielo necesario para volar bajo una lluvia helada de cualquier intensidad, y la lluvia helada intensa puede abrumar incluso los sistemas de deshielo más sofisticados de los aviones grandes. La formación de hielo puede aumentar el peso de una aeronave, pero normalmente no lo suficiente como para causar un peligro. El principal peligro proviene del hielo que cambia la forma de sus superficies aerodinámicas. Esto reducirá la sustentación y aumentará la resistencia. Los tres factores aumentan la velocidad de pérdida y reducen el rendimiento de la aeronave, lo que dificulta mucho el ascenso o incluso el mantenimiento de la altitud.
Una aeronave puede evitar más fácilmente la lluvia helada moviéndose hacia aire más cálido. En la mayoría de las condiciones, esto requeriría que el avión descienda, lo que generalmente puede hacer de manera segura y fácil, incluso con una acumulación moderada de hielo estructural. Sin embargo, la lluvia helada va acompañada de una inversión de temperatura en el aire, lo que significa que las aeronaves deben ascender para trasladarse a un aire más cálido, lo cual es una tarea potencialmente difícil y peligrosa incluso con una pequeña cantidad de acumulación de hielo.
Por ejemplo, en 1994, el vuelo 4184 de American Eagle encontró mucho tráfico aéreo y mal tiempo que pospuso la llegada de este vuelo al Aeropuerto Internacional O'Hare de Chicago, donde debía haber aterrizado en ruta desde Indianápolis, Indiana. El ATR-72, un turbopropulsor bimotor que transportaba a 68 personas, entró en un patrón de espera a 105 km o 65 millas al sureste de O'Hare. A medida que el avión volaba en círculos, gotas de nubes sobreenfriadas, lluvia helada o llovizna helada formaban una cresta de hielo en la superficie superior de sus alas, lo que finalmente provocó que el piloto automático de la aeronave se desconectara repentinamente y los pilotos perdieran el control. El ATR se desintegró al impactar con un campo debajo; todos los pasajeros y la tripulación murieron.