Cuando el área de baja presión llamada Bernd decidió estacionarse sobre parte de Europa central en el verano de 2021, los peligros asociados con los eventos de precipitaciones excesivas se hicieron dramáticamente evidentes en forma de inundaciones catastróficas resultantes. Los registros meteorológicos muestran que es probable que ocurran con mayor frecuencia en Alemania fenómenos naturales extremos como sequías, pero también lluvias torrenciales y granizadas como resultado del cambio climático. Y sus consecuencias podrían ser aún más devastadoras. Los granizos, por ejemplo, pueden causar daños a cultivos, vehículos y edificios, y también pueden ser peligrosos para las personas y los animales expuestos. Es aún más importante que los modelos meteorológicos puedan predecir la posibilidad y el alcance de tales precipitaciones con la mayor precisión posible. Para hacer esto, 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, proporciona información esencial a través de nuevos experimentos que se llevan a cabo con granizo artificial de la impresora 3D. «Lo que hemos aprendido hasta ahora es que la forma del granizo determina su velocidad antes del impacto», explica el Dr. Miklós Szakáll del Instituto de Física Atmosférica (IPA) de JGU. El equipo de Szakáll pudo demostrar que los granizos lobulados desarrollan menos energía cinética y, por lo tanto, menos potencial de destrucción que los granizos con una superficie lisa.

El granizo y el aguanieve, como se denominan a los pequeños gránulos de hielo blando triturados, se forman cuando las gotas de agua se congelan en las nubes tormentosas. Este proceso de congelación se ve favorecido por la turbulencia y los procesos físicos complejos en estas nubes, que pueden extenderse a altitudes muy elevadas. Estas partículas de hielo se derriten a medida que pasan por capas de aire más cálidas en su camino hacia abajo. El resultado son gotas de lluvia grandes y frías, que a menudo son la causa de aguaceros extremos. Suponiendo que las partículas de hielo no tienen tiempo de derretirse por completo antes de tocar el suelo, llegan en forma de granizo o aguanieve.

Experimentos con granizo natural y artificial

Las condiciones dentro de las nubes determinan la forma, el tamaño y la masa característicos de estas gotitas congeladas. «En nuestros experimentos con granizos naturales, vimos que se derriten en gotas de lluvia que pueden tener varios milímetros de diámetro. Los granizos grandes también pueden explotar durante el proceso de fusión, formando numerosas gotas de agua pequeñas”, 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 Mainz produjo granizo y partículas de aguanieve a partir de agua congelada en el laboratorio. En condiciones realistas de temperatura y humedad, los investigadores examinaron de cerca cómo caían o se derretían en el túnel de viento vertical. También usaron una impresora 3D para producir granizo artificial y gránulos grises basados ​​en sus contrapartes naturales, incluso la densidad del material correspondía a la del hielo. Usaron esto para medir las propiedades de caída libre de los objetos que se hunden, factores que son particularmente relevantes para los procesos microfísicos involucrados en eventos de precipitación extrema.

El granizo y los gránulos grises se colgaron libremente en un flujo de aire vertical generado 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 diseñado.

«Si aplicamos los conocimientos que obtuvimos de estos experimentos sobre los aspectos microfísicos de la precipitación a los modelos utilizados para analizar las nubes de tormenta, podemos anticipar mejor lo que harán», explica el profesor Stephan Borrmann de la IPA y director del Instituto Max Planck de Química. “Esto es particularmente importante en vista del aumento esperado de eventos climáticos extremos como sequías y lluvias intensas, que también ocurrirán en nuestras latitudes debido al cambio climático”, enfatizó Borrmann.

Los experimentos en Maguncia se llevaron a cabo como parte del proyecto HydroCOMET financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG). Los resultados se publicaron en cinco revistas especializadas y como contribución de un libro.

Los expertos que revisaron los resultados de HydroCOMET calificaron muy positivamente los experimentos de laboratorio realizados en Maguncia y las publicaciones asociadas. En particular, enfatizaron el importante papel de la infraestructura existente, es decir, el túnel de viento vertical.

fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia. Nota: El contenido se puede editar por estilo y longitud.

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