Un científico y un súper ordenador recrean la formación de un tornado

Imagen coloreada de la supercélula productora de tornados de casi 32 km. de largo y 19 km. de altura. La colección de imágenes de la simulación fue construida sobre datos reales recopilados cerca de la supercélula del 24 de mayo de 2011, que generó varios tornados incluyendo el EF-5 que tocó cerca de El Reno y Oklahoma City, Oklahoma.

Con la temporada de tornados acercándose rápidamente, o ya en marcha en estados vulnerables, a lo largo de los USA, nuevas simulaciones de superordenadores están dando a los meteorólogos una visión sin precedentes de la estructura de monstruosas tormentas y tornados. Una simulación reciente recrea una tormenta tipo supercélula, tornádica, que dejó un camino de destrucción sobre las Grandes Llanuras centrales en 2011.

Esta simulación es un paso más sobre este tipo de trabajos que ya comenzó tiempo atrás, y basado en este caso en concreto: el tornado de El Reno, Oklahoma, del 24 de mayo de 2011. El documento original, en inglés, puedes encontrarlo aquí.

La persona detrás de esa simulación es Leigh Orf, un científico del Instituto Cooperativo de Estudios a través de Satélites Meteorológicos (CIMSS) de la Universidad de Wisconsin-Madison. Dirige un grupo de investigadores que utilizan modelos informáticos para desvelar las partes móviles dentro de los tornados y las supercélulas que los producen. El equipo ha desarrollado experiencia en la creación de visualizaciones en profundidad de las supercélulas y discernir cómo se forman y, en última instancia, generan tornados.

El trabajo es particularmente relevante porque los Estados Unidos lideran el conteo mundial de tornados con más de 1.200 touchdowns al año, según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA).

El investigador Leigh Orf trabaja con el Instituto Cooperativo UW-Madison para Estudios a través de Satélites Meteorológicos y lidera un equipo que usa supercomputadoras y técnicas de modelado para recrear los eventos que conducen a la creación de un tornado. UW-MADISON .

En mayo de 2011, varios tornados tocaron tierra sobre el paisaje de Oklahoma en un corto episodio de cuatro días de tormentas severas. Una tras otra, las supercélulas generaron nubes de embudo que causaron daños materiales significativos y pérdidas de vidas. El 24 de mayo, un tornado en particular -el de “El Reno “- se registró como EF-5, la categoría de tornado más fuerte en la escala de Fujita mejorada. Permaneció en el suelo durante casi dos horas y dejó un camino de destrucción de 101 km. de largo.

La simulación más reciente de Orf recrea el tornado de El Reno, revelando en alta resolución los numerosos “mini-tornados” que se forman al comienzo del tornado principal. A medida que la nube de embudo se desarrolla, comienzan a fusionarse, agregando fuerza al tornado e intensificando las velocidades del viento. Eventualmente, se forman nuevas estructuras, incluyendo lo que Orf se refiere como la corriente de vorticidad en sentido longitudinal (SVC).

“El SVC se compone de aire refrigerado por la lluvia que se aspira en la corriente ascendente que impulsa todo el sistema”, dice Orf. “Se cree que esto es una parte crucial en el mantenimiento de la tormenta inusualmente fuerte, pero curiosamente, el SVC nunca hace contacto con el tornado. Más bien, fluye hacia arriba y alrededor de ella. ”

Cuando un tornado está completamente formado, la simulación revela varias estructuras que componen el tornado, incluyendo la corriente de vorticidad en sentido longitudinal (SVC), que se cree es un impulsor principal de la actividad tornadica (visto en amarillo). CORTESÍA DE IMAGEN DE UW-MADISON.

Utilizando datos reales de observación, el equipo de investigación fue capaz de recrear las condiciones climáticas presentes en el momento de la tormenta y presenciar los pasos que condujeron a la creación del tornado. Los datos archivados, tomados de un pronóstico del modelo operativo a corto plazo, fueron radiosondeos atmosféricos, un perfil vertical de la temperatura, la presión del aire, la velocidad del viento y la humedad. Cuando se combinan de la manera correcta, estos parámetros pueden crear las condiciones adecuadas para la formación de tornados, conocida como tornadogénesis.

Según Orf, producir un tornado requiere un par de ingredientes necesarios, incluyendo humedad abundante, inestabilidad y cizalladura del viento en la atmósfera, y un disparador que mueve el aire hacia arriba, como una diferencia de temperatura o humedad. Sin embargo, la mera existencia de estas partes en combinación no significa que un tornado sea inevitable.

“En la naturaleza, no es raro que las tormentas tengan lo que entendemos que son todos los ingredientes adecuados para la tornadogénesis y, entonces, no pasa nada”, dice Orf. “Los cazadores de tormentas que rastrean tornados están familiarizados con la imprevisibilidad de la naturaleza, y nuestros modelos han demostrado comportarse de manera similar”.

Orf explica que, a diferencia de un programa de computadora típico, donde el código está escrito para ofrecer resultados consistentes, el modelado en este nivel de complejidad tiene variabilidad inherente y, en cierto modo, lo encuentra alentador ya que en la atmósfera real también exhibe esta variabilidad.

El modelado exitoso puede estar limitado por la calidad de los datos de entrada y el poder de procesamiento de las computadoras. Para lograr mayores niveles de precisión en los modelos, la recuperación de datos sobre las condiciones atmosféricas inmediatamente antes de la formación del tornado es ideal, pero sigue siendo una tarea difícil y potencialmente peligrosa. Con la complejidad de estas tormentas, puede haber factores sutiles (y actualmente desconocidos) en la atmósfera que influyen en si una supercélula forma un tornado.

Imagen colorizada de la supercélula productora de tornados de casi 32 km. de largo y 19 km. de altura. La imaginería de la simulación fue construida sobre datos del mundo real recopilados cerca del 24 de mayo de 2011 supercell, que generó varios tornados incluyendo el EF-5 que tocó cerca de El Reno y Oklahoma City, Oklahoma.

La resolución digital de una simulación de tornado a un punto en el que los detalles son lo suficientemente finos como para proporcionar información valiosa requiere una inmensa capacidad de procesamiento. Afortunadamente, Orf había ganado acceso a un superordenador de alto rendimiento, específicamente diseñado para manejar necesidades de computación complejas: el Superordenador de Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

En total, su simulación EF-5 tomó más de tres días de tiempo de ejecución. En contraste, llevaría décadas para que un ordenador de sobremesa convencional complete este tipo de procesamiento.

Mirando hacia el futuro, Orf está trabajando en la siguiente fase de esta investigación y continúa compartiendo las conclusiones del grupo con científicos y meteorólogos de todo el país. En enero de 2017, la investigación del grupo fue presentada en la portada del Boletín de la American Meteorological Society, AMS.

“Hemos completado la simulación EF-5, pero no planeamos detenernos allí”, dice Orf. “Seguiremos refinando el modelo y continuaremos analizando los resultados para entender mejor estos sistemas peligrosos y poderosos”.

El trabajo de Orf fue apoyado por CIMSS / SSEC, el Colegio de Ciencia y Tecnología de la Universidad Central de Michigan y la National Science Foundation (NSF). La investigación es parte del proyecto informático de Blue Waters, financiado por la NSF.

Los colaboradores de Orf en la simulación incluyen: Robert Wilhelmson, Departamento de Ciencia Atmosférica de la Universidad de Illinois; Bruce Lee, de Investigación y Consultoría de Alto Impacto sobre el Clima, LLC; Y Catherine Finley de la Universidad de St. Louis.

Lee y Finley son miembros de TWISTEX, el equipo que incluyó a Tim Samaras, quien falleció en la supercélula del 31 de mayo de 2013 en El Reno, Oklahoma.

Un comentario

  1. agustin gonzalez zumelzu dice:

    Espectacular

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