Granizo

Viva

Subclase de	precipitación
Color	blanco, Blanca
Material	helado
Por buena razón	convección atmosférica , cumulonimbus

El granizo es un clima de lluvias de tipo sólido . Está formado por bolas de hielo desarticuladas ( granizo ) cuyo diámetro puede variar desde unos pocos milímetros hasta unos veinte centímetros, pero generalmente es de 5 a 50 milímetros. El código METAR para el granizo es GR.

Se forma específicamente en nubes cumulonimbus ; una nube de fuerte extensión vertical debido a la inestabilidad del aire donde las poderosas corrientes ascendentes elevan rápidamente aire muy húmedo, que se condensa y luego se congela a medida que asciende como resultado del rápido enfriamiento. Los granizos descienden luego a la periferia del cumulonimbus y comienzan a derretirse cuando pasan por debajo de la altitud de la isoterma de cero grados .

Las lluvias de granizo duran poco tiempo, afectan solo un área limitada a lo largo de un corredor en la tormenta. Dentro de la precipitación de granizo, el diámetro de las piedras de granizo no es uniforme porque la tasa de aumento y la densidad de humedad en una nube convectiva varían de un punto a otro. El granizo también puede afectar una gran superficie y dejar varias docenas de toneladas de hielo en el suelo. Estas masas de hielo a menudo producen una gran sorpresa para los observadores porque el granizo cae con mayor frecuencia en verano y cuando la temperatura en el suelo es alta (comúnmente 30 ° C ).

Origen

Una tormenta se forma en una masa de aire cálido y húmedo, muy por encima del punto de congelación y muy inestable . El aire así levantado eventualmente se saturará , porque su temperatura disminuye con la altitud de acuerdo con la ley de los gases ideales . El exceso de humedad forma primero la nube y luego las gotas de lluvia. Los granizos crecen cuando las gotas de lluvia contenidas en la tormenta continúan elevándose en la fuerte corriente ascendente y se congelan. Para congelar, las gotas deben estar por debajo del punto de congelación y encontrar un núcleo de congelación .

Tan pronto como una gota se congela en los niveles superiores de la troposfera (capa inferior de la atmósfera de la Tierra ), donde la temperatura está por debajo de los -10 ° C , se convierte en un núcleo tan helado que puede comenzar a formar granizo. Los hallazgos de embrión rodeado por vapor de agua y gotas de líquido mantenido, el sobreenfriamiento pueden existir hasta una temperatura de -39 ° C . Como la presión de vapor de saturación del hielo es menor que la del agua a estas temperaturas, el vapor de agua contenido en el aire por ascenso rápido se condensará principalmente en los núcleos de hielo. Por lo tanto, el granizo crecerá más rápido que las gotas de lluvia en una atmósfera húmeda como la de una tormenta.

Además, los embriones de granizo "canibalizan" el vapor de agua de las gotas superenfriadas que los rodean. De hecho, en la superficie de las gotas siempre hay un intercambio de vapor de agua con el aire circundante y el granizo parece atraer las moléculas de agua hacia él porque es más fácil para ellas condensarse allí que en la gota (ver efecto Bergeron ). Finalmente, las gotas de lluvia que entran en contacto con el granizo se congelan instantáneamente en su superficie.

Esto permite que el granizo crezca rápidamente en áreas de la nube con alto contenido de líquido. La tasa de crecimiento es especialmente alrededor importante -13 ° C . El proceso también se lleva a cabo en una corriente ascendente muy fuerte que llevará los granizos a una altura muy alta en la atmósfera, hasta más de 15 km de altitud, a una velocidad ascendente a menudo superior a 40 km / h .

Por tanto, la formación de granizo no tiene nada que ver con la de la nieve . Este último se forma en nubes estratiformes con poco movimiento vertical, a temperaturas por debajo de cero grados centígrados y en una masa de aire que contiene relativamente poca humedad donde hay pocas gotas superenfriadas. En estas condiciones, los cristales de hielo que se forman son muy pequeños y crecen lentamente para formar copos.

Estructura en capas

Una sección transversal de los granizos muestra que tienen una estructura de piel de cebolla, es decir, formada por capas de crecimiento gruesas y translúcidas que se alternan con capas finas, blancas y opacas. La teoría anteriormente quería que los granizos estuvieran sujetos a varios viajes de ida y vuelta, volviendo a caer en el humedal y luego volviéndose a congelar en una nueva fase ascendente, que habría generado las sucesivas capas. Sin embargo, la investigación teórica y de campo ha demostrado que este no es el caso.

De hecho, el granizo ascendente atraviesa áreas de la nube donde varía la concentración de humedad y las gotas superenfriadas . Su tasa de crecimiento cambia según las variaciones encontradas. La tasa de acumulación de gotitas es otro factor de crecimiento. Estos últimos se aglomeran por contacto con los granizos. Así, cuando el granizo pasa por una zona rica en gotitas, adquirirá una capa traslúcida al capturarlas, mientras que en las regiones de la tormenta donde se encuentra disponible principalmente vapor de agua, una capa de escarcha blanca opaca.

Además, la piedra de granizo se mueve verticalmente a una velocidad variable que depende de su posición en la corriente ascendente y de su peso. Esto es lo que va a variar el espesor de las capas porque la tasa de captura de las gotitas superenfriadas (acreción) depende de las velocidades relativas entre ellas y los granizos, favoreciendo ciertas velocidades de ascenso. El crecimiento de granizo provoca la liberación de calor latente , que puede mantener el exterior del granizo líquido, haciéndolo más "pegajoso". Las piedras de granizo pueden agregarse en dos o más, dependiendo de las colisiones, para formar formas irregulares más grandes.

Así, el granizo se eleva hasta que su peso ya no puede ser soportado por la corriente ascendente, lo que tarda al menos treinta minutos dada la fuerza de estas corrientes en una granizada cuya cima suele tener más de 10 km de altura. Luego comienza a descender al suelo mientras continúa su crecimiento por los mismos procesos hasta que sale de la nube. Este único camino en la tormenta es, por lo tanto, suficiente para explicar la configuración estratificada del granizo. El único caso en el que se puede hablar de multitrayectoria es el de las tormentas multicelulares donde una piedra de granizo puede ser expulsada de la parte superior de la célula madre y ser recogida en la corriente ascendente de una célula hija más intensa, pero es 'este es un caso excepcional .

Caída

El tamaño máximo de granizo en la nube no es el que se encuentra en el suelo. De hecho, una vez que sale de la nube, el granizo comienza a sublimarse porque el aire ya no está saturado allí. Cuando pasa a la capa donde la temperatura supera el punto de congelación , también comienza a derretirse y evaporarse. Lo que encontramos en el suelo es, por tanto, lo que no se puede transformar y depende de la altura del nivel de congelación.

La velocidad de caída del granizo depende de la aceleración terrestre (9,81 m / s 2 ) que lo atrae al suelo, del empuje de Arquímedes que lo opone (fuerza insignificante), de la colisión con otros granizos y gotas de lluvia, la componente vertical de el viento (contra el viento) y la viscosidad del aire (más precisamente, el coeficiente de arrastre ). Cuando las fuerzas se equilibran, la aceleración cesa y el granizo ha alcanzado su velocidad terminal . Esto es difícil de determinar teóricamente ya que todos estos parámetros solo se conocen de manera imperfecta y un granizo no es una esfera perfecta. Una formulación simplificada de la velocidad de caída terminal de un granizo esférico es la siguiente:

{\ Displaystyle V = {\ sqrt {{8 \ over 3} {\ rho _ {g} \ over \ rho _ {a}} Rg}}}

V es la velocidad terminal;
ρ g es la densidad del granizo (que puede ser inferior a 1000 kg / m³ debido al aire atrapado);
ρ a es la densidad del aire;
R es el radio de la piedra de granizo;
g es la aceleración de la gravedad.

Para un granizo de 1 cm de diámetro, la velocidad de caída calculada es de 10,4 m / s . Para un diámetro de 8 cm , la velocidad de caída es de 29,1 m / sy para un diámetro de 20 cm la velocidad de caída es de 46 m / s . Este valor es consistente con la tasa de ascenso en las nubes cumulonimbus supercelulares que pueden alcanzar de 45 a 50 m / s. Esta fórmula simplificada está corroborada por estimaciones experimentales que establecen que la velocidad terminal se expresa de la siguiente manera:

{\ Displaystyle V = 11,45 \ veces {\ sqrt {d}}}

d es el diámetro expresado en centímetros . Consideramos un granizo de 1 cm de diámetro. La fórmula simplificada anterior da una velocidad terminal de 10,43 m / s, mientras que la fórmula anterior da una velocidad terminal de 11,45 m / s (o 11,83 según otras fórmulas). La diferencia entre las 2 estimaciones es solo del 10%, lo que es perfectamente aceptable dadas las diferentes formas de los granizos. Pruppacher llega a la misma conclusión:

"Observe de (10-176) que los granizos gigantes pueden tener velocidades de caída terminales de hasta 45 m / s. Estas grandes velocidades terminales implican que deben existir velocidades de corriente ascendente comparables dentro de las nubes para permitir el crecimiento de tales partículas. "

Traducción al francés: “Tenga en cuenta que los granizos gigantes pueden tener velocidades de caída terminales de hasta 45 m / s. Estas enormes velocidades finales implican la existencia de corrientes ascendentes que tienen una velocidad comparable para permitir la formación de tales partículas. "

Demostración de la fórmula simplificada

Las fuerzas notables son la resistencia del aire y el peso.

El volumen ocupado por un granizo esférico de radio R es:

{\ Displaystyle {4 \ over 3} \ pi R ^ {3}}

Entonces, si es la densidad de la piedra de granizo, su masa será: ${\ Displaystyle \ rho _ {g}}$

{\ Displaystyle m = {4 \ over 3} \ pi R ^ {3} \ rho _ {g}}

El peso de la piedra de granizo es ( g es la aceleración de la gravedad):

{\ Displaystyle P = \ rho _ {g} {4 \ over 3} \ pi R ^ {3} g}

La resistencia del aire es:

{\ Displaystyle R = {1 \ over 2} \ rho _ {a} C_ {D} SV ^ {2}}

donde ρ a es la densidad del aire, (superficie irregular) es el coeficiente de arrastre, S es el par maestro y V es la velocidad. ${\ Displaystyle C_ {D} \ approx 1}$

El par principal de granizo es S = π R² . En equilibrio, tenemos P = R y por lo tanto obtenemos:

{\ Displaystyle {1 \ over 2} \ rho _ {a} \ pi R ^ {2} V ^ {2} = {4 \ over 3} \ rho _ {g} \ pi R ^ {3} g}

Por tanto, la velocidad terminal en función del radio es:

{\ Displaystyle V = {\ sqrt {{8 \ over 3} {\ rho _ {g} \ over \ rho _ {a}} Rg}}}

Entonces, a una densidad de aire comparable, la velocidad de caída es proporcional a la raíz cuadrada del radio. Tenga en cuenta que las dimensiones son consistentes.

Hacemos R = 5 × 10¯³ (diámetro de 1 cm). Recuerda que g = 10. También ρ a = 1.225 SI. Por tanto obtenemos:

{\ Displaystyle V = {\ sqrt {{8 \ over 3} {10 ^ {3} \ over 1.225} \ times 5 \ times 10 ^ {- 3} \ times 10}} = {\ sqrt {8 \ times 5 \ times 10 \ over 1.225 \ times 3}} = 10.4}

Sra

Ahora, si multiplicamos el radio por 8, la velocidad de caída aumenta en ${\ Displaystyle {\ sqrt {8}} = 2.8}$

La velocidad terminal es entonces 10,4 × 2,8 = 29,1 m / s.

Si consideramos un radio de 10 cm, tenemos:

{\ displaystyle V = {\ sqrt {{8 \ over 3} {10 ^ {3} \ over 1.225} \ times 1 \ times 10 ^ {- 1} \ times 10}} = {\ sqrt {8000 \ over 1.225 \ times 3}} = 46}

Sra

Granizo pequeño

Las altísimas nubes cúmulos (nubes de chubascos), con una corriente ascendente mucho más baja y una cumbre menos fría, pueden dar pequeñas muy pequeñas (menos de 5 mm ) mediante un proceso similar. Este pequeño granizo a veces se llama aguanieve .

Daños e intentos de controlar el fenómeno.

El granizo causa, en promedio, mucho menos daño a los cultivos que las heladas y las sequías tardías de primavera, y mucho menos daño a la propiedad que las tormentas y los incendios, pero es y es, a nivel local y periódicamente, un fenómeno a veces devastador de las futuras cosechas de árboles y el vino (" calamidad agrícola " ) y bienes. Particularmente en monocultivos densos, los árboles que han sufrido fuertes granizadas son más vulnerables a ciertas infestaciones por parásitos, incluidos hongos.

En raras ocasiones, los granizos más grandes son peligrosos para las personas y los animales. Algunas regiones de Suiza, como Chaux-de-fond, se ven especialmente afectadas durante todo el año varias veces al mes, incluso en verano, por granizo de tamaño inusual que genera daños impresionantes.

Conocimiento

Prevenir o limitar los daños (incluso en zonas montañosas o altas de países cálidos donde son posibles las granizadas), implica una mejor comprensión del fenómeno en todos sus componentes (variabilidad, frecuencia de ocurrencia, ubicación, intensidad, vulnerabilidad de las culturas ...). Esto implica tomar en cuenta factores naturales (a ser observados en el contexto del cambio climático ), factores y marcos de gestión de riesgos y seguros / compensación ante desastres agrícolas, pasando así por la evaluación / mapeo de vulnerabilidades y problemáticas . La naturaleza particularmente aleatoria del granizo excluye las condiciones clásicas de los experimentos controlados (que también permitirían probar los dispositivos de control y evaluar científicamente su efectividad y costos / beneficios.

Recientemente se ha demostrado que en Francia graniza en promedio casi una vez al año en las regiones ubicadas entre el suroeste, el este de Francia y los Alpes del sur, regiones que concentran la mayor cantidad de huertos (cultivos entre los más vulnerables al granizo). El Gers es una de las zonas más granizadas de Francia, con daños a veces muy importantes: así, en 1971 este departamento se vio especialmente afectado con un 18 a 23% (según las fuentes) de pérdidas de productos agrícolas. Además, la agricultura industrial ha concentrado huertas en determinadas cuencas productivas transformadas en “verdaderas huertas continuas” sugiriendo una serie de “desastres a gran escala” . En Francia existen varias asociaciones, nacionales (Anelfa) o regionales (Association climatologique de la Moyen-Garonne et du Sud-Ouest, por ejemplo) que tienen como objetivo desarrollar estos medios de control (I + D).

Gran parte de la investigación se ha centrado en la experimentación (o la viabilidad económica) de medios para prevenir el granizo, a menudo sin éxito.

Para mejorar su conocimiento, Suiza invirtió recientemente (2018) 1 millón de francos suizos para implementar una red de 80 sensores automatizados, ubicados en ciertas áreas conocidas por ser sensibles al granizo. Este proyecto está gestionado por la Universidad de Berna y MétéoSuisse , con el apoyo de una aseguradora (La Mobilière).

De radar , por ejemplo, instalado en zonas de viñedo puede anunciar la llegada de nubes de granizo.

Mitigación

Supondría poder modificar el clima a gran altura y antes de que la tormenta esté sobre el sitio a proteger.

Hay muchas menos formas de protegerse del granizo que de las heladas tardías, el único dispositivo actualmente eficaz es la red contra granizo, que también es útil contra insectos y pájaros, pero que, sin embargo, tiene un costo significativo.

La idea de cambiar el clima local es antigua:

En la Edad Media , en Europa , las campanas de las iglesias sonaban para evitar el granizo (y daños a las cosechas).
Después de la invención del cañón, se dispararon disparos de cañón hacia las nubes. Este método tiene su versión moderna con cañones de granizo modernos.
Al comienzo de XX XX siglo, algunos pensaban que el electro-sensores utilizados en electroculture cambiando los parámetros eléctricos de la atmósfera, podrían mejorarse y dispuestas alrededor de la cultura de riesgo para tener una función de granizo , probado en Francia en 1911 por la Sociedad de Estudios científicos de Angers (subvencionado ese año por el Ministerio de Agricultura).
Después de la Segunda Guerra Mundial , se probó la siembra de nubes en un intento por reducir los daños por granizo, particularmente en los Estados Unidos y la ex URSS.
Al aumentar el número de núcleos de congelación , se espera aumentar el número de granizos a expensas de su tamaño. El yoduro de plata se usa con mayor frecuencia para esto. Pero los meteorólogos están muy divididos sobre la efectividad de este método, que solo dio buenos resultados en condiciones favorables de laboratorio (trabajo de Vonnegut y Schaeffer en 1947 , en los Estados Unidos). En la década de 1970, los investigadores rusos dijeron que habían desarrollado un método de siembra riguroso, preciso y eficiente en la Unión Soviética que incluía la detección por radar de la zona de granizo dentro de la tormenta, seguida de fuego, artillería o proyectiles de cohetes que siembran nubes con yoduro de plata entre 3.000 y 8.000. metros. Afirman poder reducir los daños a los cultivos hasta en un 70 a 98%. Los experimentos se llevaron a cabo en al menos 15 países entre 1965 y 2005 con resultados a menudo mixtos o nulos.
Este método también plantea la cuestión de la toxicidad de la plata que cae con la lluvia o en piedras de granizo más pequeñas. Según Anelfa (asociación francesa), los niveles de yoduro de plata a 100 m de un generador y en el aire en una red de generadores son respectivamente 10 μg / m3 y 10-4 μg / m3 (según un modelo de difusión de penacho). Anelfa compara estas cifras con la tasa de 10 μg / m3 durante 8 horas consecutivas admitidas en Estados Unidos y Reino Unido por compuestos de plata en el contexto de riesgo laboral. Estas siembras, además, no son crónicas y se realizan en altura. No obstante, se sabe que la nanoplata es altamente tóxica para los microorganismos y presenta un riesgo de penetración del organismo humano / animal a través del tracto respiratorio, con efectos a corto o largo plazo aún poco conocidos.

Otro método consiste en difundir en altura, dentro de la celda de tormenta y en la zona de generación de granizo, sales higroscópicas ( cloruro de calcio / sales de aluminio y cloruro de sodio ), mediante globos. Tan pronto como se le advierte (a través de un servicio de SMS de pago en Francia), el agricultor debe activar su sistema de siembra en la nube; hasta 15 minutos antes de la precipitación ( "entre 450 y 1000 metros sobre el nivel del mar. La siembra de una nube por este dispositivo requiere el uso de al menos veinte globos para tener del orden de 2 a 4 kg de sales por nube (y desde 5 a 10 kg por tormenta), por lo que este dispositivo debe ser movilizado dentro de una red de agricultores (...) Según un informe (2010) de la Organización Meteorológica Mundial, "intenta sembrar nubes con sales higroscópicas [...] no han traído resultados demostrables "" ). En 2020, la inversión es de 1.800 € por puesto de tiro, a los que se suman los costes operativos / consumibles: 350 € por globo disparado a lo que se suma el coste de la suscripción al sistema de alerta (aproximadamente 800 € / año). En 2020, según la OMM citado por el Sr. Hirshy "de la misma manera que para el yoduro de plata, la Organización Meteorológica Mundial concluyó que" los impactos ambientales y ecológicos imprevistos de las técnicas de siembra no se han demostrado pero no se pueden excluir ", sin comentar sobre el impacto de las sales higroscópicas en la salud humana ” .

La efectividad del cañón anti-granizo (que se supone que tiene un efecto desintegrador de ondas de choque de granizo dentro de una nube de tormenta) es controvertida y no ha sido demostrada. Además, los meteorólogos no comprenden cómo podría actuar; sin embargo, todavía lo utilizan algunos productores en varios países. Se llevó a cabo un experimento controlado del método ruso (con evaluación de costo / beneficio) en la región de Lucerna (Suiza), en conjunto con centros de investigación italianos, suizos y franceses (Groupement National d'Etudes des Fléaux Atmosphériques o GNEFA).

Algunos huertos utilizan redes anti-granizo . A principios de la década de 1980 , según B. Levadoux (Universidad de Clermont II, 1982), los otros métodos de prevención aún no tenían una eficacia científicamente probada.

El control pasivo se reduce a "la elección de los sitios de plantación o la instalación de setos de protección (...) Si por sí solos no constituyen un medio de protección suficiente para hacer frente a episodios de heladas intensas, sin embargo representan un medio de protección complementario a la lucha activa que no debe descuidarse ” concluyó en 2020 Matthieu Hirschy ( Acta ).

Extremo

Registros aprobados por la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA):

En los Estados Unidos , el granizo con el récord de diámetro más grande, 8 pulgadas (el tamaño de un melón ), y el más pesado, 879 g , cayó en Vivian, Dakota del Sur , en23 de julio de 2010. Sin embargo, el de mayor circunferencia cayó en Aurora, Nebraska , el22 de junio de 2003. Este era 47,6 cm , o 0,3 cm más largo que el de Vivian;
El récord mundial de granizo más pesado es de 1,02 kg . Cayó en Gopalganj ( 23 ° 00 ′ N, 89 ° 56 ′ E ) en Bangladesh el14 de abril de 1986. Noventa y dos personas (92) murieron durante la tormenta, no necesariamente por la caída de granizo.

No aprobado por la OMM:

La 11 de agosto de 1958, una granizada devasta la región de Estrasburgo . Una gran piedra de granizo pesa 972 g .
El 25 de mayo de 2009 en Picardía y Nord-Pas-de-Calais en Francia, los granizos más grandes alcanzaron los 12 centímetros de diámetro durante un episodio de tormentas supercelulares .

Aviación

En casos raros, las grandes piedras de granizo han dañado seriamente las aeronaves que atraviesan un área de tormenta, por lo que los aviones deben evitar las tormentas incluso con un radar a bordo. De hecho, los granizos son muy reflectantes si son vistos directamente por el rayo del radar, pero si se encuentran detrás de un área de lluvia intensa, la señal que proviene de los granizos será atenuada por este último . Entonces puede parecerle al piloto que se dirige hacia un área de lluvia más débil, o incluso un despeje, una vez que haya pasado la lluvia intensa.

Notas y referencias

Notas

estimaciones in situ muestran que el grêlon 1 cm cae a unos 9 m / sy un 8 cm lo haría a 48 m / s en el mejor de los casos. Estas dos fuentes afirman imprudentemente que el "peso" de una piedra de granizo de 8 cm de diámetro sería de 700 gramos, mientras que una simple aritmética suponiendo que la piedra de granizo no contiene aire indica una masa de 268 g . Además, su estimación se basa en el trabajo de Auer, quien da una estimación de la velocidad de caída terminal de un granizo de acuerdo con la fórmula donde es el diámetro del granizo en centímetros con a = 9 yb = 0,8. Esta estimación es poco creíble porque los granizos pueden tener un diámetro de 20 cm o más, lo que implicaría velocidades de ascenso del orden de 100 m / s . Sin embargo, posteriormente se establecieron fórmulas más realistas que son bastante consistentes con el modelo simplificado. ${\ Displaystyle V \ approx ad ^ {b}}$ ${\ Displaystyle d \ in [0.1,8]}$

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Ver también

enlaces externos

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Asociación Nacional para el Estudio y la Lucha contra las Plagas Atmosféricas

Bibliografía

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