Descubren un fenómeno físico que permitirá mejorar el pronóstico de tormentas y tornados

Un estudio internacional, del que participó el investigador del CONICET Pablo Mininni, será útil para predecir mejor la probabilidad de tormentas y tornados y mejorar el entendimiento del clima y de los procesos que lo regulan. El trabajo se publicó en la prestigiosa revista Science.

Está establecido, en la comunidad científica, que fenómenos atmosféricos, como las tormentas y los tornados, de movimientos atmosféricos o vientos de 100 kilómetros (km) a 1000 km de extensión se desprenden de la circulación global de la atmósfera que tiene movimientos de aire que abarcan escalas de 10 mil kilómetros o más.  “Para entender mejor este fenómeno, hay que imaginarse que cuando uno revuelve el té con azúcar, genera un gran remolino en la taza, y luego ese ‘gran remolino’ genera remolinos más chiquitos que mezclan muy eficientemente el azúcar. Algo parecido ocurre en la atmósfera. Existe un mecanismo mediante el cual la circulación atmosférica en escala planetaria le entrega su energía a estructuras más chiquitas para que se formen tornados o tormentas”, explica Mininni, investigador del CONICET en el Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA, CONICET-UBA).

Por ejemplo, un tornado, o un huracán, se ve en la imagen satelital como un remolino. “El tamaño de estos remolinos es típicamente de entre 100 km y 500 km y a veces de mayor extensión”, indica el investigador quien es doctor en Física.

Ahora, el trabajo de Mininni realizado con colegas de Alemania, de Francia y de Estados Unidos, comprobó empíricamente una teoría de setenta años de antigüedad: que, de modo inverso, pequeños y varios movimientos atmosféricos del orden de los 10 km pueden ir juntándose y generar estructuras ordenadas como tormentas, tornados y otros fenómenos que alcanzan una extensión en escalas de los 500 a 1000 km. “En 1950 se planteó la hipótesis que postula que movimientos realmente chiquitos, de 10 kilómetros, pueden autoorganizarse para generar una estructura muy grande en la atmósfera. En este nuevo trabajo demostramos por primera vez que efectivamente ocurre esto y lo pudimos comprobar a través de estudios empíricos y de simulaciones con una supercomputadora”, indica el investigador del CONICET. Y continúa: “A partir de nuestra investigación, ahora se sabe que los dos mecanismos de formación de tormentas, tornados y otros eventos coexisten, es decir, que se pueden generar a partir de la suma de pequeños movimientos atmosféricos o bien a partir de estructuras de grandes movimientos atmosféricos que se van desordenando”.

Simulaciones y datos empíricos

¿De dónde provienen las fuentes de energía en la atmósfera que producen vientos, tornados, tormentas y otros fenómenos? “En la atmósfera hay dos fuentes de energía relacionadas con la radiación solar. Una es que el Ecuador está más caliente que los polos, y eso genera un movimiento del aire en escala planetaria. Y la otra diferencia es que el suelo está más caliente que las capas más altas de la atmósfera, porque absorbe la radiación solar”, explica Mininni.

Mininni y colegas de la Universidad de Rostock, en Alemania, de la Universidad de Lyon, en Francia, y de otras instituciones, desarrollaron un software y utilizaron una supercomputadora para a partir de simulaciones de gran resolución espacial comprobar la factibilidad de que los movimientos atmosféricos derivados de fuentes de energía de radiación solar de tamaño característico de 10 kilómetros pueden organizarse y generar una estructura energética que tenga un tamaño de 100 o 400 kilómetros, como es típicamente una tormenta.

“Esperábamos este resultado, nos tomó un año la simulación. Nos parecía muy viable el fenómeno, simulaciones más chicas nos indicaban que para los parámetros de la atmósfera terrestre este proceso de autoorganización podía ocurrir. Como el resultado respondió una pregunta de setenta años de antigüedad en la comunidad de la física atmosférica, decidimos mandar el trabajo a la revista Science y finalmente fue publicado”, afirma Mininni.

Asimismo, el equipo internacional de investigación comparó los resultados de la simulación con datos reales que se registraron a partir de observaciones meteorológicas realizadas desde la década de 1980 en adelante.

Pronóstico del tiempo 

La atmósfera es muy sensible a pequeños cambios. “Por eso, también es difícil hacer el pronóstico: un pequeño cambio te genera dos o tres días después un cambio grande en el estado de la atmósfera, y eso hace difícil pronosticar si llueve o no llueve. Los resultados de nuestro trabajo pueden cambiar la forma en la cual se estima el error en el pronóstico y por lo tanto se puedan mejorar los cálculos”, destaca Mininni.

“Si ahora se considera, tal como mostramos en nuestro trabajo, que la información y los mecanismos por los cuales pequeños movimientos atmosféricos pueden organizarse de modo tal de generar un tornado o una tormenta, la calidad de los pronósticos podrá mejorar. Asimismo, la hipótesis que demostramos es una variable para considerar a la hora de estudiar y comprender mejor las variaciones de temperatura de la Tierra asociadas del cambio climático”, explica el investigador del CONICET.

Referencia bibliográfica: Alexakis, A., Marino, R., Mininni, P. D., van Kan, A., Foldes, R., & Feraco, F. (2024). Large-scale self-organization in dry turbulent atmospheres. Science, 383(6686), 1005-1009.

DOI: 10.1126/science.adg8269
 
Por Cintia Kemelmajer y Bruno Geller