Nube mamatus

Mammatus (también llamado mamma o mammatocumulus, que significa "nube mamaria") es un patrón celular de bolsas que cuelgan debajo de la base de una nube, típicamente una nube de lluvia cumulonimbus, aunque pueden estar unidas a otras clases de nubes madre. El nombre mammatus se deriva del latín mamma (que significa "ubre" o "pecho").

Según el Atlas Internacional de Nubes de la OMM, mamma es una característica complementaria de la nube más que un género, especie o variedad de nube. El distintivo "grumoso" Las partes inferiores se forman cuando el aire frío se hunde para formar bolsas, al contrario de las nubes que se elevan por convección de aire caliente. Estas formaciones fueron descritas por primera vez en 1894 por William Clement Ley.

Características

Los mammatus se asocian con mayor frecuencia con nubes de yunque y también con tormentas eléctricas severas. A menudo se extienden desde la base de un cumulonimbo, pero también se pueden encontrar debajo de altoestratos y cirros, así como en nubes de ceniza volcánica. Cuando ocurren en cumulonimbus, los mammatus suelen ser indicativos de una tormenta particularmente fuerte. Debido al entorno intensamente cizallado en el que se forman los mammatus, se advierte encarecidamente a los aviadores que eviten los cumulonimbus con mammatus, ya que indican turbulencia inducida por convección. Las estelas de vapor también pueden producir lóbulos, pero estos se denominan incorrectamente mammatus.

Los mamatos pueden aparecer como lóbulos lisos, irregulares o grumosos y pueden ser opacos o translúcidos. Debido a que los mamas se presentan como un grupo de lóbulos, la forma en que se agrupan puede variar desde un grupo aislado hasta un campo de mamas que se extiende a lo largo de cientos de kilómetros o se organizan a lo largo de una línea, y pueden estar compuestos por lóbulos de tamaño desigual o similar.. El lóbulo mamario individual tiene un diámetro promedio de 1 a 3 kilómetros (0,6 a 1,9 mi) y una longitud promedio de 1⁄2 kilómetro (0,3 millas). Un lóbulo puede durar una media de 10 minutos, pero un grupo completo de mama puede durar entre 15 minutos y unas pocas horas. Suelen estar compuestos de hielo, pero también pueden ser una mezcla de hielo y agua líquida o estar compuestos casi en su totalidad por agua líquida.

Fieles a su siniestra apariencia, las nubes mammatus a menudo son presagios de una tormenta inminente u otro sistema climático extremo. Por lo general, están compuestas principalmente de hielo, pueden extenderse por cientos de millas en cada dirección y las formaciones individuales pueden permanecer visiblemente estáticas durante diez a quince minutos seguidos. Suelen aparecer alrededor, antes o incluso después de condiciones climáticas adversas.

Mecanismos de formación hipotéticos

La existencia de muchos tipos diferentes de nubes mammatus, cada una con propiedades distintas y que se producen en entornos distintos, ha dado lugar a múltiples hipótesis sobre su formación, que también son relevantes para otras formas de nubes.

Una tendencia ambiental es compartida por todos los mecanismos de formación hipotéticos para las nubes mammatus: gradientes pronunciados de temperatura, humedad y momento (cizalladura del viento) a través del límite de aire entre la nube yunque y la subnube, que influyen fuertemente en las interacciones allí. Los siguientes son los mecanismos propuestos, cada uno descrito con sus deficiencias:

• El mal de una nube de cumulonimbus se hunde gradualmente mientras se extiende desde su nube de origen. A medida que el aire baja, se calienta. Sin embargo, el aire nublado se calentará más lentamente (a la tasa de lapso adiabático húmedo) que el subcloud, aire seco (a la velocidad de lapso adiabático seco). Debido al calentamiento diferencial, la capa cloud/sub-cloud se desestabiliza y se puede revertir convectivamente, creando una base de nube llena. Los problemas con esta teoría son que hay observaciones de los lóbulos de mammatus que no apoyan la presencia de fuertes subsidiencias en los lóbulos, y que es difícil separar los procesos de caída de hidrometeor y subsistencia de base nublada, por lo que no está claro si se está produciendo algún proceso.
• El enfriamiento debido a la caída de hidrometeor es un segundo mecanismo de formación propuesto. A medida que los hidrometeors caen en el aire seco del submarino, el aire que contiene la precipitación se enfría debido a la evaporación o sublimación. Siendo ahora más frescos que el aire ambiental e inestable, descienden hasta en equilibrio estático, en cuyo punto una fuerza restauradora curva los bordes de la caída hacia arriba, creando la apariencia lobida. Un problema con esta teoría es que las observaciones muestran que la evaporación de la nube no siempre produce mammatus. Este mecanismo podría ser responsable de la primera etapa del desarrollo, pero otros procesos (proceso nominal 1, arriba) pueden entrar en juego ya que los lóbulos se forman y maduran.
• También puede haber desestabilización en la base de la nube debido a la fusión. Si la base de la nube existe cerca de la línea de congelación, entonces el enfriamiento en el aire inmediato causado por el derretimiento puede conducir a la revocación convectiva, al igual que en los procesos anteriores. Sin embargo, este estricto entorno de temperatura no siempre está presente.
• Los procesos anteriores se basaron específicamente en la desestabilización de la capa de subcloud debido a efectos de calefacción adiabática o latente. Contando con los efectos termodinámicos de la caída de hidrometeor, otro mecanismo propone que la dinámica de la caída por sí sola sea suficiente para crear los lóbulos. Las inhomogeneidades en las masas de los hidrometeores a lo largo de la base de la nube pueden causar descendencia inhomogénea a lo largo de la base. El arrastre friccional y las estructuras asociadas de tipo eddy crean la apariencia de la caída. La principal deficiencia de esta teoría es que las velocidades verticales en los lóbulos se han observado como mayores que las velocidades de caída de los hidrometeores dentro de ellos; por lo tanto, debe haber un forzamiento dinámico hacia abajo, también.
• Otro método, que fue propuesto por Kerry Emanuel, se llama inestabilidad de desentrenamiento de base nublada (CDI), que actúa muy parecido a la formación de nubes convectivas. En CDI, el aire nublado se mezcla en el aire seco del submarino en lugar de precipitarse en él. La capa nublada se desestabiliza debido al enfriamiento evaporativo y se forman mammatus.
• Las nubes se someten a reorganización térmica debido a los efectos radiativos a medida que evolucionan. Hay un par de ideas sobre cómo la radiación puede causar la forma de mammatus. Uno es que, debido a que las nubes radiativamente frescas (Ley Stefan-Boltzmann) muy eficientemente en sus cimas, los bolsillos enteros de la nube fresca y negativamente flotante pueden penetrar hacia abajo a través de toda la capa y emerger como mammatus en la base de la nube. Otra idea es que a medida que la base se calienta debido al calentamiento radiativo de la emisión de onda larga de la superficie terrestre, la base se desestabiliza y revierte. Este método es válido sólo para nubes ópticamente gruesas. Sin embargo, la naturaleza de las nubes anviles es que se componen en gran medida de hielo, y por lo tanto son relativamente delgadas ópticamente.
• Se propone que las ondas de gravedad sean el mecanismo de formación de nubes de mammatus organizadas linealmente. De hecho, los patrones de onda se han observado en el entorno de mammatus, pero esto se debe principalmente a la creación de onda de gravedad como respuesta a un updraft convectivo que impida la tropopause y se propaga en forma de onda sobre toda la maldad. Por lo tanto, este método no explica la prevalencia de nubes de mammatus en una parte del mal contra otra. Además, las escalas de tiempo y tamaño para ondas de gravedad y mammatus no coinciden completamente. Los trenes de onda de gravedad pueden ser responsables de organizar el mammatus en lugar de formarlos.
• Kelvin-Helmholtz (K-H) inestabilidad prevalece a lo largo de los límites de la nube y resulta en la formación de protrusiones similares a las ondas (llamado billows Kelvin-Helmholtz) desde un límite de la nube. Mammatus no está en forma de billows K-H, por lo tanto, se propone que la inestabilidad puede desencadenar la formación de las protrusiones, pero que otro proceso debe formar las protrusiones en lóbulos. Sin embargo, la principal caída de esta teoría es que la inestabilidad de K-H se produce en un entorno estratificado, y el entorno de mammatus suele ser al menos algo turbulento.
• La inestabilidad de Rayleigh-Taylor es el nombre dado a la inestabilidad que existe entre dos fluidos de diferentes densidades, cuando el denso de los dos está encima del líquido menos denso. A lo largo de una interfaz cloud-base/sub-cloud, el aire denser, hidrometeor-laden podría causar mezcla con el aire sub-cloud de menor densidad. Esta mezcla tomaría la forma de nubes de mammatus. El problema físico con este método propuesto es que una inestabilidad existente a lo largo de una interfaz estática no se puede aplicar necesariamente a la interfaz entre dos flujos atmosféricos escalonados.
• El último mecanismo de formación propuesto es que los mammatus surgen de la convección Rayleigh-Bénard, donde la calefacción diferencial (cooling en la parte superior y la calefacción en la parte inferior) de una capa causa la recesión convectiva. Sin embargo, en este caso de mammatus, la base se enfría por los mecanismos termodinámicos mencionados anteriormente. A medida que la base de la nube baja, sucede en la escala de los lóbulos de mammatus, mientras que adyacente a los lóbulos, hay un ascenso compensador. Este método no ha demostrado ser un sonido observacional y se considera generalmente insubstancial.

Esta plenitud de mecanismos de formación propuestos muestra, al menos, que la nube mammatus generalmente no se comprende bien.