Tornados: ¿Por qué Estados Unidos es el rey de los remolinos?

WEST LAFAYETTE, Indiana. — Durante los meses más cálidos en todo el Medio Oeste, estudiar el cielo en busca de señales de tormentas y tornados se convierte en uno de los pasatiempos más populares.

Dan Chavas, profesor asociado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, la Atmósfera y los Planetas de la Facultad de Ciencias de la Universidad Purdue, lo lleva más allá: todos los días, todo el día, estudia lo que hace que los tornados funcionen. Trabajando en la intersección de la ciencia del clima y la meteorología, observa la imagen general de lo que causa las tormentas severas y los tornados, y lo que determina dónde ocurren.

“Estudio tanto el clima como el clima extremo”, dice Chavas. “Mi investigación pregunta: ‘¿Por qué tenemos tormentas severas o tornados en absoluto?’ Hay regiones específicas de la Tierra que tienen más tormentas, más tornados que otros lugares. ¿Qué crea estas regiones tormentosas?”

Las regiones central y oriental de los Estados Unidos se encuentran entre los mejores lugares para tormentas severas y forman el punto de acceso de los tornados más dañinos y frecuentes de la Tierra. Chavas utiliza modelos informáticos del mundo real para realizar experimentos y determinar qué contribuye a la formación de estas tormentas.

“Hemos tenido estas suposiciones de décadas sobre lo que causa las tormentas”, dice. “Estamos validando esas hipótesis y descubriendo qué hace de América del Norte un punto de acceso tan importante”.

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Mover cielo y tierra

Chavas no es un cazador de tormentas. No está ahí afuera en una camioneta meteorológica cubierta de cables de satélite buscando tormentas individuales para las ideas que puedan producir. Tampoco puede hacer crecer tormentas en su laboratorio o desatar tornados para comprender su anatomía o comportamiento.

En cambio, aprovecha décadas de datos históricos ricos y detallados y modelos informáticos complejos para imaginar y probar escenarios hipotéticos. Es un probador de tormentas.

“Utilizamos modelos climáticos y meteorológicos, así como extensas bases de datos de tormentas eléctricas, rayos, datos atmosféricos y más, para preguntar: ‘¿Qué pasaría si el mundo fuera diferente?’”, dice Chavas. “Podemos usar estos modelos como laboratorios para hacer preguntas como ‘¿Qué le sucede al clima si aplana las Montañas Rocosas? ¿Qué pasaría si rellenara el Golfo de México? ¿Qué aspectos de las configuraciones continentales y montañosas modernas realmente importan? Vamos a probar realmente esta sabiduría convencional y predominante’”.

Ambos hipotéticos, aplanar las Montañas Rocosas y rellenar el Golfo de México, son el foco de estudios que Chavas y su equipo han realizado.

Durante más de 50 años, la sabiduría establecida decía que el Golfo de México, una fuente de aire cálido y húmedo que fluye tierra adentro hacia el este de las Montañas Rocosas, juega un papel importante en la formación de los tornados de América del Norte. Pero nadie lo sabía con certeza.

“Era una hipótesis muy razonable”, dice Chavas. “Había muchas explicaciones muy razonables. Pero nadie había podido probar estas ideas de 50 años porque surgieron cuando no había modelos climáticos con la potencia computacional necesaria. Ahora realmente podemos empezar a entender la física de la situación”.

Cuando su equipo llenó virtualmente el Golfo de México con tierra, encontraron que un Golfo de México seco afectaba la frecuencia y la gravedad de las tormentas mucho menos de lo que esperaban. Sin el Golfo de México, las tormentas severas se desplazaron hacia el este desde las Grandes Llanuras centrales hasta Illinois, aunque se redujeron sobre el sur de Texas.

“Las tormentas severas y los tornados se forman en ambientes con ingredientes específicos para cómo la temperatura, la humedad y, especialmente, la velocidad y la dirección del viento cambian con la altura en la atmósfera”, dice Chavas. “El clima determina dónde y cuándo estos ingredientes se pueden encontrar juntos para producir estos tipos de tormentas. Los modelos informáticos nos permiten comprender por qué los ingredientes están ahí en primer lugar y qué papel juega cada uno en el clima que vemos”.

En su estudio más reciente con el estudiante graduado Funing Li, recién publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, el equipo comparó el potencial de clima severo en América del Norte, famosa por los tornados, con América del Sur, que tiene una geografía similar a la de América del Norte y también muchas tormentas severas, pero muchos menos tornados. Su investigación ha sido financiada por la Fundación Nacional de Ciencias y la NASA.

Encontraron que la textura áspera de la superficie de la tierra al este de las montañas Andes, su aspereza determinada en parte por las colinas y los árboles altos de la región amazónica, puede jugar un papel importante en la prevención de tornados sobre el centro de América del Sur. En contraste, en América del Norte, muchos tornados se forman al este de las Montañas Rocosas, donde el aire fluye desde la superficie oceánica mucho más suave del Golfo de México. El equipo primero utilizó experimentos de modelos climáticos en los que la América del Sur ecuatorial se suavizó para ser similar a una superficie oceánica, lo que aumentó drásticamente el potencial de tornados en el centro de América del Sur. También realizaron experimentos en los que la región del Golfo de México se hizo más áspera para ser similar a una superficie terrestre boscosa, lo que suprimió fuertemente el potencial de tornados en América del Norte.

“Una superficie áspera aguas arriba significa que aguas abajo el viento ya no está cambiando la velocidad y la dirección con la altura de manera muy fuerte cerca de la superficie, a lo que nos referimos como ‘cizallamiento del viento’”, dice Chavas. “No cambia los ingredientes para las tormentas severas, pero el cizallamiento del viento en el 1 kilómetro de aire sobre el suelo es un ingrediente crítico para los tornados”.

Alerta de tormenta

El clima real y las aplicaciones del mundo real fascinan a Chavas, una fascinación que nació después de que un árbol destrozado por la tormenta cayera sobre su casa en Wisconsin cuando tenía 4 años.

Las implicaciones del mundo real de su investigación, cómo será el clima la próxima semana, el próximo mes, el próximo año y el próximo siglo, son lo que lo impulsa.

“Si queremos entender cómo el cambio climático afectará el clima en el futuro, necesitamos entender cómo el clima determina el clima en primer lugar”, dice Chavas. “No tenemos una muy buena comprensión de cómo el clima controla el clima severo que tenemos”.

Comprender cómo la aspereza de la superficie y el cambio de uso del suelo afectan el clima, por ejemplo, puede permitir que los humanos del futuro puedan predecir mejor, e incluso afectar parcialmente, los patrones climáticos. Si la tierra áspera del Amazonas, incluido un componente de los árboles del Amazonas, protege a América del Sur de los tornados, ¿podría el renacimiento de los bosques del este de los Estados Unidos afectar también a los tornados?

El cambio climático afecta los patrones de flujo de la atmósfera y la distribución de la humedad en la tierra, dice Chavas.

“Si cambiamos la superficie terrestre y la trayectoria del aire que fluye tierra adentro desde el Golfo de México, puede tener un impacto directo en estos ingredientes que dan lugar a tornados más tierra adentro. Cuando pensamos en el cambio climático, pensamos que se calienta y la tierra se seca. Pero si la corriente en chorro cambia dónde y cuán rápido fluye el aire tierra adentro, puede cambiar dónde y cómo se forman los tornados. Los lugares que antes no los veían pueden verlos más, y los lugares que tenían más pueden ver menos”, dice. “Necesitamos comprender el clima ahora para ayudarnos a predecir mejor el clima del futuro”.

Acerca de la Universidad Purdue

La Universidad Purdue es una institución pública de investigación que demuestra la excelencia a escala. Clasificada entre las 10 mejores universidades públicas y con dos universidades entre las cuatro mejores de los Estados Unidos, Purdue descubre y difunde el conocimiento con una calidad y escala insuperables. Más de 105,000 estudiantes estudian en Purdue a través de modalidades y ubicaciones, incluidos casi 50,000 en persona en el campus de West Lafayette. Comprometida con la asequibilidad y la accesibilidad, el campus principal de Purdue ha congelado la matrícula 13 años consecutivos. Vea cómo Purdue nunca se detiene en la búsqueda persistente del próximo gran avance, incluido su primer campus urbano integral en Indianápolis, la Escuela de Negocios Mitchell E. Daniels, Jr., Purdue Computes y la iniciativa One Health, en https://www.purdue.edu/president/strategic-initiatives.

Escritor / Contacto de prensa: Brittany Steff, bsteff@purdue.edu

Fuente: Dan Chavas, dchavas@purdue.edu