El Tiempo en Langreo

viernes, 21 de junio de 2013

Los Desagües,los Tornados, las Tolvaneras y Coriolis. Desmitificando el Mito.

Un saludo muy esperado el que les mando a todos los meteolocos que tuvieron la paciencia de seguirme durante el origen de este espacio dedicado a la meteorología y a su divulgación, y que tras un parón bastante largo, fruto del trabajo en otros espacios de divulgación científica, y del propio trabajo requerido por el Máster en Meteorología que curso actualmente en Madrid; va a volver a las andadas con más asiduidad de lo que en un principio tenía pensado cuando cree el blog.

Y es que tras las charlas del primer seminario realizado por ACOMET este fin de semana pasado, me he dado cuenta de que saber mucho de algo, y no darlo a conocer, es algo que las personas hoy en día no podemos permitirnos, y más si el saber está directamente relacionado con algo que cada día afecta más al discurrir de la vida diaria del ser humano, y que cada vez tiene más relevancia en sectores donde nunca hubiera podido imaginarme ni tan siquiera que pudiera aparecer.

Dicho esto y antes de ponernos en faena, dar mi más sincera enhorabuena a los organizadores del primer seminario de divulgación de la meteorología para comunicadores que se impartió en el CosmoCaixa de Alcobendas el fin de semana del 15-16 de Junio, con especial mención a los ponentes de dichas jornadas. Gracias a ellos hemos podido aprender todos un sinfín de cosas que esperamos tanto yo, como el resto de asistentes, poder transmitiros con el paso del tiempo en nuestros pequeños rincones del saber.Felicidades a todos.





Metámonos ya en faena, y que mejor que hacerlo explicándoos un poco la razón de escribir este primer post tras este periodo de inactividad en "el meteorus". El pasado Martes, tuve el último de los exámenes del primer curso del máster, en el que la dinámica atmosférica era su principal protagonista; y gracias a él, surgió este pequeño artículo. En concreto, gracias a la primera pregunta del cuestionario que decía así:¿Si llenamos de agua un lavabo en Argentina y quitamos el tapón, observaremos alguna diferencia en la fenomenología asociada a si realizamos este mismo proceso en Madrid?

No os quedéis con las ciudades, la parte importante es si existe una diferencia dependiendo del hemisferio del planeta en el que nos encontremos. El primer impulso que surge, sobretodo si tenemos ciertos conocimientos de física de fluidos asociada a la atmósfera, es pensar en nuestra querida fuerza de Coriolis, una fuerza ficticia que surge como consecuencia de encontrarnos en un sistema de referencia no inercial asociado a la rotación del planeta sobre un determinado eje. Esta fuerza ficticia, lo que genera es una alteración de la dirección de la velocidad: Hacia la derecha del movimiento en el hemisferio norte, y hacia la izquierda en el hemisferio sur; pero nunca del módulo de la misma, es decir, nunca aumenta o disminuye la velocidad del fluido.Sus ecuaciones matemáticas son las siguientes:

U es la velocidad zonal (de W a E si es positiva); v es la velocidad meridional (De N a S si es positiva) y w es la velocidad vertical (Negativa se trata de ascensos).f es el Parámetro de Coriolis:


Siendo omega la velocidad de rotación terrestre y fhy la latitud del planeta en la que te encuentres.

 Traducido a la atmósfera, su principal efecto se observa en el sentido de giro de las borrascas y los anticiclones:

Ciclón Extratropical Explosivo Klauss frente a las Costas del Cantábrico rozando con las costas Atlánticas de Francia
Ciclón Tropical Rusty al NE de Australia(Categoría 4)
Como podemos apreciar, a pesar de que ambos sistemas son de bajas presiones, en el hemisferio norte giran en contra de las agujas del reloj, mientras que en Australia, giran a favor de las agujas del reloj.
Teniendo en cuenta este aspecto, es fácil pensar que esta misma fenomenología, sucede también en el caso de los desagües de las casas, y por extensión en fenómenos meteorológicos como los tornados, las tolvaneras o incluso las tormentas organizadas (supercélulas) que pueden llegar a tener rotación propia (formación de mesociclón).
Supercélula del 22 de Abril del 2013 en Oklahoma cazada por Roger Hill
A este pensamiento, también contribuye una vez más y de manera velada, una de las series más vistas de la historia de la televisión en su capítulo décimo sexto de su sexta temporada: Los Simpsons. Desde mi punto de vista, es bastante descorazonador que sea una serie de dibujos animados de dudosa calidad en lo que a temas científicos se refiere, una de las principales fuentes de información en una de las fuerzas más importantes que tenemos en el planeta. Según el capítulo de la susodicha serie televisiva, lo que ya vimos anteriormente en el caso de los ciclones, debería de volver a repetirse en el caso del desagüe, y por extensión a todos aquellos fenómenos rotatorios que podemos tener en la superficie terrestre que estén relacionados con cualquier tipo de fluido, y este ha sido una de las mayores fuentes de ignorancia y de error a la hora de interpretar este fenómeno en prácticamente todo el mundo.
Existen infinidad de páginas web, documentos, información, artículos que incluso parecen más o menos serios, en los que se afirma que Bart Simpson lleva razón en lo expuesto en su capítulo, es decir, en EEUU el agua del retrete gira en sentido antihorario, mientras que en Australia ocurre lo contrario. En Youtube, llega a ser incluso un "viral" esta percepción, con infinidad de vídeos que lo corroboran, unos vídeos que he de decir, no están trucados ni mucho menos.

Pero bueno, sin más rodeos os comunico que la respuesta es....


NO


En ambos hemisferios, tanto en el Hemisferio Norte, como en el Hemisferio Sur, el agua puede girar en un sentido o en otro indistintamente. La causa del giro no se encuentra en la aceleración de Coriolis, sino en otro tipo de flujo que comúnmente se denomina como Flujo Ciclostrófico. 

Pero antes de explicaros en que consiste el flujo ciclostrófico, tenemos que partir de un parámetro adimensional (No tiene unidades), cuyo cálculo nos determina que tipo de flujo es el que impera siempre en la parte de la atmósfera que estemos estudiando: 


Como bien dice la "señora wikipedia", dependiendo de su valor tendremos un tipo de flujo u otro. Desde un punto de vista genérico se considera que si el número de Rosby alcanza valores cercanos a 0,1 es cuando la fuerza de Coriolis se hace importante y tenemos que tenerla en cuenta. Es en este tipo de procesos en los que el flujo imperante se denomina flujo geostrófico (Correspondencia entre la fuerza del gradiente de presión y coriolis).

Pongamos por ejemplo el caso de una borrasca polar típica:


Islandia, tapada parcialmente por la parte central de la borrasca tiene unos 500 km de diámetro, luego extrapolando aproximadamente las dimensiones de la borrasca, podríamos considerar sus dimensiones en torno a los 2000 km de diámetro. Respecto a la velocidad de los vientos, un ciclón extratropical de las características del que estamos observando, puede llegar a generar vientos de hasta 120 km/h lo que son unos 34 m/s. Si sustituimos en la fórmula del número de Rosby:


Vemos como nos da un valor cercano a 0,1 lo que se consideran condiciones óptimas para considerar la aproximación geostrófica, y por lo tanto, unas condiciones en las que la aceleración de coriolis está muy patente.

Si llevamos el cálculo al caso de un tornado de por ejemplo 1 km de diámetro en su base (Se trataría de un tornado muy potente y grande, en general los valores de su diámetro una vez toca tierra suelen encontrarse por debajo de este valor)

Tornado F2 el 17 de Junio del 2009 en Kearney, NE Fotografiado por Roger Hill

Obtendríamos un valor de alrededor de 700, lo que no casa ni mucho menos con la fuerza de Coriolis. De hecho, cuando el valor del número de Rosby se acerca a 1000 o superiores, se dice que el flujo geostrófico no se aproxima a la realidad (Fuerza de Coriolis apenas relevante) y es cuando aparece el Flujo Ciclostrófico.

Para poder explicarlo, necesitamos partir del planteamiento de equilibrio de fuerzas, normales (perpendiculares) a un determinado flujo, pero en unas coordenadas específicas características de los flujos y que se adecuan precisamente para este uso, de nombre Coordenadas Naturales. Explicaros en que consisten estas coordenadas, así como de donde surge la ecuación de partida, llevaría mucho más tiempo, y probablemente no os enterarais de nada, por lo que quedaros con que tomamos un determinado fluido en movimiento, en este caso por ejemplo el agua en un lavabo, y de ese movimiento, nos quedamos con las fuerzas que intervienen en la superficie de dicho fluido, perpendiculares al movimiento que este describe. La ecuación entonces es la siguiente:


Donde V es la velocidad del fluido, f es el parámetro de coriolis, R es el radio de curvatura del movimiento del fluido (R>0 si el giro es contrario a las agujas del reloj) y la derivada representa el cambio de presión (geopotencial en realidad, pero para que lo entendáis es equivalente) que tendremos hacia la izquierda del  movimiento de desplazamiento del fluido, es decir, si el viento va de W a E, como cambia la presión hacia el N. Como f es despreciable, el segundo sumando se anula por lo tanto:


Lo que nos da unos valores de la velocidad de la siguiente forma:


Como los valores que tiene que tener una raíz cuadrada en su interior (Un número elevado a 1/2 equivale a una raiz cuadrada) tienen que ser positivos, para que las soluciones sean físicas y reales, existen dos soluciones posibles:


El caso superior es el caso típico de borrasca en el hemisferio norte, mientras que el de abajo es el típico de las borrascas en el Hemisferio S. Como podemos apreciar, estos resultados no dependen en ningún momento de la latitud en la que te encuentres, por lo que podemos tener el caso de arriba o el caso de abajo tanto en el hemisferio norte como en el sur indistintamente. El giro dependerá de otros aspectos como pueden ser en el caso del lavabo, la estructura del mismo, la zona donde se rellena, la rugosidad del lavabo...Y en el caso del los tornados, de la célula tormentosa que lo forme, la cizalladura de viento que tenga, o un sinfín de condiciones que nada tienen que ver con coriolis. De hecho, en el mundo del seguimiento tormentoso, se conoce perfectamente la existencia de tormentas ciclónicas y anticiclónicas dependiendo del sentido de giro que tenga la rotación de la misma, incluso en España se tienen dado divisiones de una célula en dos, una ciclónica y otra anticiclónica, proceso que se conoce con el nombre anglosajón de Storm Splitting

Storm Splitting del 10 de Octubre del 2012 en la Provincia de Ávila, fotografiada por "Rayo" en forotiempo.

El right mover se corresponde con la célula que cumple la primera condición antes expuesta en el esquema, y la left mover es la anticiclónica que se corresponde con la segunda opción. Como podemos apreciar, el flujo ciclostrófico llega a manifestarse en las tormentas, con lo que imaginaros en el caso de un lavabo, donde la escala es muchísimo menor.

Y aquí llegamos al final de este primer artículo de la nueva etapa del meteorus que hoy comienza. El post puede llegar a ser un poco denso, sobretodo por el volumen matemático que tenemos, por lo que es comprensible que tengáis cosas que preguntar o incógnitas que resolver. No dudéis en preguntarlo todo. Aspectos como este, en donde el error está tan expandido por la red, conviene que queden muy claros.

Un saludo a todos, espero que os guste.

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