Aprendiendo del Relámpago

Poco a poco, detectores de relámpagos ubicados en el espacio revelan lo que ocurre dentro de las tormentas más potentes. Los científicos esperan usar estas técnicas para predecir peligros climáticos.

17 de diciembre, 2000 -- Para la mayoría de las personas que observan una tormenta, los destellos de los relámpagos son sólo líneas de luz blanca quemando la noche, anunciando el chasquido y el retumbar del trueno. Pero estos brillantes destellos de luz -- descargas eléctricas entre las regiones positivas y negativas de las nubes -- iluminan también nuestro conocimiento acerca de lo que ocurre en la atmósfera y nos dan información sobre las tormentas, información que puede ayudar a mejorar las medidas de emergencia, salvando vidas y bienes.

Para recolectar esta información, la NASA utiliza una flota de sensores ubicados a nivel del suelo, en aviones y en órbita alrededor de la Tierra. Estos sensores detectan los ralámpagos y tipifican el comportamiento eléctrico de las tormentas, -- todo ello con el objectivo de lograr avances en la climatología y en las "pronto-predicciones."

Derecha: Espectacular fotografía de relámpagos descargándose cerca del Observatorio Nacional de Kitt Peak en Tucson, Arizona. Imagen cortesía de Adam Block del Observatorio Nacional Optico de Astronomía.

Las predicciones más precisas y oportunas ó "pronto-predicciones," ayudarán a la gente a evaluar las medidas de evacuación, a las autoridades de aviación a trazar rutas y operaciones de reabastecimiento de combustible, además de que permitirán un mejor monitoreo de las tormentas, previniendo la interrupción de sistemas y minimizando los riesgos en los lanzamientos espaciales de la NASA. Otro beneficio potencial es la obtención de algoritmos que permitan predecir el riesgo de incendios forestales. 

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"Incrementar resultados... se traduce en beneficios de costo y vidas," dice el Dr. Dennis Boccippio, un científico atmosférico del Centro Marshall de Vuelos Espaciales en Huntsville, Alabama.

Las observaciones realizadas desde el suelo demoran unos cinco minutos en analizar una tormenta y realizar un informe de sus propiedades. Pero, dice Boccippio, "en esos cinco minutos la tormenta ha evolucionado mucho." Las observaciones desde satélites infrarrojos -- de los que obtenemos esos famosos mapas de rastreo de huracanes que llenaron los informes del tiempo el último verano y otoño -- pueden demorar entre 20 y 30 minutos en repasar el "disco" de la Tierra visible al satélite. Como dice Boccippio, y en lo que muchas víctimas de las tormentas probablemente están de acuerdo, es en que "eso tiene un precio." Actualizar el promedio de relámpagos a intervalos de un minuto, colaborará a los esfuerzos de las "pronto-predicciones," según Boccippio.

Con este objetivo, la meta de los investigadores dirigidos por el Dr. Hugh Christian, de NASA y el Centro Global de Clima e Hidrología (GHCC en inglés) de Huntsville, Alabama, es colocar un sensor de relámpagos en órbita geosincrónica (geoestacionaria), de modo que los científicos puedan monitorear las tormentas durante todos sus ciclos de desarrollo. Este sensor, llamado Sensor Mapeador de Relámpagos (LMS en inglés), "básicamente, girará con la Tierra," dándole una visión constante de las tormentas, dice Boccippio.

"El objetivo final de esta tecnología," dice Boccippio, "es mejorar los pronósticos en tiempo real. ... Son estas actualizaciones rápidas las que tienen entusiasmados a los meteorólogos."

Medir los relámpagos desde el espacio es relativamente simple y económico. Los satélites deben tener una óptica fina, pero como dice Boccippio son "escencialmente, cámaras de vídeo digitales glorificadas."

Una de sus propiedades únicas es la habilidad de detectar relámpagos durante el día, cuando el ojo humano no los percibe. Además, debido a la naturaleza de "evento impulsivo," del relámpago, la información es pequeña en tamaño. Se asegura que la información será fácil de manejar y de distribuir entre los usuarios.

El Grupo Relámpago ya ha desarrollado y volado con éxito, dos detectores ópticos de relámpagos. El primero fue el Detector Optico Transiente (OTD). Este "instrumento climatológico de gran escala" reunió un registro de cinco años de observaciones de relámpagos, entre Abril de 1995 y Abril del 2000. 

La Misión de Medición de la Lluvia Tropical (TRMM) fué lanzada en Noviembre de 1997 y ha estado entregando imágenes de alta resolución y mediciones de lluvia en los trópicos, entre las latitudes 35 grados norte y sur. El TRMM lleva cinco instrumentos sensores únicos, entre los que está el Sensor y Cámara de Relámpagos (LIS) que permite a los científicos estudiar la distribución y variaciones globales de los relámpagos. 

Left: El satélite de NASA, Misión de Medición de la Lluvia Tropical (TRMM) estudia los trópicos, realizando mediciones de precipitaciones y relámpagos. Más información sobre el satélite TRMM -- incluyendo imágenes y datos del LIS - están disponibles en el sitio web del TRMM.

Boccippio y sus colegas Christian, el Dr. Steve Goodman y el Dr. Ken Cummins han enviado recientemente un estudio (paper) a la revista científica Monthly Weather Review, basado en sus investigaciones sobre las proporciones de relámpagos internubes y nube-a-suelo. El estudio, titulado "Estimación combinada de satélite y desde el suelo, de las proporciones de relámpagos internubes/nube-a-suelo sobre los Estados Unidos continentales," aparecerá en el número de Enero 2001. 

Boccippio y Goodman trabajan en el Centro Nacional de Ciencias y Tecnología Espacial en Huntsville, Alabama, formando parte del Grupo Relámpago. Cummins -- de Global Atmospherics, Inc. -- representa el lado comercial de la investigación. La compañía opera la Red Nacional de Detección de Relámpagos (NLDN), una red de cerca de 130 buscadores magnéticos de dirección y de tiempo-de-llegada, que cubren los Estados Unidos. 

Arriba: Al menos 130 buscadores magnéticos de dirección y de tiempo-de-llegada, como los que aparecen en la imagen de la izquierda, están ubicados a través de todo EEUU para detectar ocurrencias de relámpagos. Cada sensor puede detectar la dirección de un relámpago a 400 kilómetros de distancia. La ubicación de un rayo se determina por triangulación.

El estudio, enviado a la revista Monthly Weather Review está fundamentado en cuatro años de observaciones del OTD y el NLDN. Los autores estiman que, mientras que se ha realizado una investigación significativa dedicada a las variaciones en los promedios de relámpagos, ha habido por otro lado una escasez de investigación en las proporciones relativas de relámpagos internubes y nube-a-suelo. 

Las proporciones de relámpagos internubes y nube-a-suelo pueden ayudar a interpretar anomalías en tormentas severas. Los relámpagos internubes son los más comunes y aparecen como canales de luz emanando de un punto central. Los relámpagos nube-a-suelo son menos comunes pero más peligrosos. El primer tipo de relámpagos es más débil y difícil de medir a grandes distancias, mientras que los últimos son fáciles de medir desde el suelo. Mediciones, a escala global, de ambos tipos de relámpagos, son más fáciles de lograr desde el espacio. 

La proporción entre los dos tipos de relámpagos varía de tormenta en tormenta. En el pasado había sido difícil obtener una línea de base para esta proporción. Como deja en claro el estudio mencionado, uniendo mediciones realizadas desde satélites y desde el suelo se establece un promedio que permite a los científicos identificar una proporción anómala, "una que sea mucho más alta que la variedad del jardín," como lo dice Boccippio.

Los científicos descubrieron que, en el medio oeste y en las Grandes Llanuras, de EEUU, las tormentas eran más severas en promedio, y la proporción se acercaba hacia los relámpagos intranubes. En el sur, donde las tormentas tienden a ser menos severas de los que son en el medio oeste, había una proporción menor entre relámpagos intranubes y nube-a-suelo. El promedio, a largo plazo, en el sur Este es de 3:1, mientras que en el medio oeste era de 10:1 en promedio y mucho mayor durante las tormentas severas. Uno de los descubrimientos científicos claves, dice Boccippio, fue determinar "un promedio para los EEUU... y encontrar que había variaciones significativas por regiones."

Derecha: En esta fotografía se pueden ver ambos tipos de relámpagos, internube y nube-a-suelo. (El rayo nube-a-suelo está en el centro abajo de la imagen.)

Puede que ésto no signifique hacer añicos algún paradigma, pero este trabajo es un paso más hacia el objetivo de la NASA, de hacer avanzar la climatología y las "pronto-predicciones" de tormentas en tiempo real. Sin embargo, destaca Boccippio, todavía quedan "cuestiones básicas sin responder que necesitan ser abordadas." 

Relámpagos y electricidad atmosférica en el GHCC -- Página principal de estudios de relámpagos del Centro Global de Clima e Hidrología, incluye un enlace con el Grupo Relámpago mencionado arriba.

Centro Global del Clima e Hidrología (GHCC) -- Página principal. 

Una cartilla de relámpagos del GHCC -- Aprenda más acerca de los relámpagos, incluye la historia de la investigación de los relámpagos. 

Detectores de relámpagos ubicados en el espacio -- artículo de Science@NASA sobre los beneficios de medir los relámpagos desde el espacio. 

Cuando los relámpagos golpean gente -- Un artículo de Science@NASA discutiendo la frecuencia y los efectos en humanos golpeados por relámpagos.