Cuando el sistema de baja presión llamado Bernd decidió estacionarse en parte de Europa Central en el verano de 2021, los peligros asociados con los eventos de lluvia excesiva se hicieron evidentes dramáticamente en forma de inundaciones catastróficas resultantes. Los registros meteorológicos muestran que los fenómenos naturales extremos, como la sequía, pero también las fuertes lluvias y las tormentas de granizo, probablemente ocurran con mayor frecuencia en esta parte del mundo como resultado del cambio climático. Y sus consecuencias podrían llegar a ser aún más devastadoras. Los granizos, por ejemplo, pueden causar daños a cultivos, vehículos y edificios, y también pueden ser peligrosos para humanos y animales expuestos. Por lo tanto, es aún más importante que los modelos meteorológicos sean capaces de predecir con mayor precisión la posibilidad y el alcance de dicha precipitación. Para ello, los modelos meteorológicos numéricos deben basarse en interpretaciones matemáticas formuladas con precisión de los procesos físicos en las nubes.
El túnel de viento vertical de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), único en el mundo, está aportando información fundamental en este sentido a través de nuevos experimentos que se están realizando con granizo artificial fabricado con una impresora 3D. «Una cosa que hemos aprendido hasta ahora es que es la forma del granizo lo que determina su velocidad antes del impacto», explicó el Dr. Miklós Szakáll del Instituto de Física Atmosférica (IPA) en JGU. El equipo de Szakáll ha podido demostrar que los granizos lobulados desarrollan menos energía cinética y, por tanto, menos potencial destructivo que el granizo de superficie lisa.
Granizo y granizo, que es el término utilizado para describir pequeños gránulos de hielo blando precipitados, se forman cuando las gotas de agua se congelan dentro de las nubes de tormenta. Este proceso de congelación es promovido por turbulencias y procesos físicos complejos en estas nubes que pueden extenderse a altitudes muy altas. Estas partículas de hielo se derriten si pasan a través de capas de aire más cálidas en su camino hacia abajo. El resultado son gotas de lluvia grandes y frías, que suelen ser las culpables de las precipitaciones extremas. Suponiendo que las partículas de hielo no tienen tiempo de derretirse por completo antes de llegar al suelo, llegan en forma de granizo o granizo.
Experimentos con granizo natural y artificial
Las condiciones en el interior de las nubes determinan la forma, el tamaño y la masa característicos de estas gotitas congeladas. «En nuestros experimentos con granizos naturales, hemos visto que se derriten para formar gotas de lluvia que pueden tener varios milímetros de diámetro. Los granizos grandes también pueden explotar durante el proceso de fusión, formando numerosas gotitas de agua», agregó Szakáll. A partir de las mediciones registradas, su equipo pudo extrapolar parámetros que podrían utilizar como elementos principales para la simulación numérica de nubes y precipitaciones en modelos informáticos.
El equipo de investigación de Maguncia produjo granizo y partículas de granizo a partir de agua congelada en el laboratorio. Empleando condiciones realistas de temperatura y humedad, los investigadores observaron de cerca cómo caían o se derretían en el túnel de viento vertical. Además, usaron una impresora 3D para crear granizo artificial y gránulos de granizo modelados en sus contrapartes naturales, incluso la densidad del material se correspondía con la del hielo. Los utilizaron para medir las propiedades de caída libre de los objetos que descienden, factores que son particularmente relevantes para los procesos microfísicos en eventos de precipitación extrema.
Los gránulos de granizo y granizo se suspendieron libremente en una corriente de aire vertical producida artificialmente en el túnel de viento de seis metros de altura. Su comportamiento se registró utilizando cámaras infrarrojas y de alta velocidad y un sistema de imágenes holográficas especialmente desarrollado.
«Si aplicamos los conocimientos sobre los aspectos microfísicos de la precipitación que hemos obtenido a través de estos experimentos a los modelos utilizados para el análisis de las nubes de tormenta, podemos anticipar mejor lo que harán», explicó el profesor Stephan Borrmann de la IPA y director de Max Planck. Instituto de Química. “Esto se vuelve particularmente significativo en vista del probable aumento de eventos climáticos extremos, como sequías y lluvias torrenciales, que ocurrirán incluso en nuestra parte del mundo debido al cambio climático”, enfatizó Borrmann.
Los experimentos en Maguncia se llevaron a cabo bajo los auspicios del proyecto HydroCOMET patrocinado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG). Los resultados se han publicado en cinco revistas revisadas por pares y como contribución de un libro.
Los expertos que revisaron los hallazgos de HydroCOMET brindaron evaluaciones muy positivas de los experimentos de laboratorio realizados en Maguncia y las publicaciones asociadas. Destacaron especialmente el importante papel que juega la infraestructura disponible, es decir, el túnel de viento vertical.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
