Se analiza la estructura cristalina de 57 granizos provenientes de tres tormentas severas ocurridas en la provincia de Mendoza durante el verano 1976-77. Se observan secciones delgadas de las piedras y se clasifica, en las diferentes tormentas, el tipo de embriones que iniciaron la formación del granizo. Se mide el tamaño y la orientación de los cristales en las distintas capas de varios granizos y se infiere la temperatura ambiente en la cual estos han crecido. Los resultados obtenidos, junto con los datos del radiosondeo y la información del radar, se utilizan para reconstruir posibles trayectorias de los granizos en la nube.The crystallographic structure of 57 hailstones from three severe storms, are analyzed. The hailstorms took place in Mendoza, during the summer 1976-77. Thin sections of the stones are studied and a classification of the hailstone embryo type are made. The size and orientation of the crystals in the hailstone layers indicate the ambient temperature on which the growth of the hailstones took place. The obtained results, together with radiosounding and radar data are used in order to get the hailstone trajectories in the clouds.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Levi, Laura

Lubart, Luisa

Nuñez, J. M.

Saluzzi, M. E.

Núñez, José Miguel

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

GEOACTAjVol.10,n.1 (1979) pag 41 a 50ESTUDIO COMPARATIVO DE LA ESTRUCTURA DE GRANIZOSLuisa Lubart, M. E. Saluzzi*,  J.M. Nuñez * y L.Levi **Servicio Meteorológico Nacional*Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales** Comisión Nacional de Energía Atómica Buenos Aires, República ArgentinaRESUMENSe analiza la estructura cristalina de 57 granizos provenientes de tres tormentas severas ocurridas en la provincia de Mendoza durante el verano 197ó"77. Se observan se£ cienes delgadas de las piedras y se clasifica, en las diferentes tormentas, el tipo de embrio*  nes que iniciaron la formación del granizo. Se mide el tamaño y la orientación de las cris­tales en las distintas capas de varios granizos y se infiere la temperatura ambiente en la cual éstos han crecido. Los resultados obtenidos, ¡unto con los datos del radiosondeo y la infor­mación del radar, se utilizan para reconstruir posibles trayectorias de los granizos en la nube.ABSTRACTThe crystallographic structure of 57 hailstones from three severe storms, are anlysed. The hailstorms took place in Mendoza, during the summer 1976“77.Thin sections of the stones are studied and a classification of the hailstone embryo type are made.The size and orientation of the crystals in the hailstone layers indícate the ambient tempe roture on which the growth of the hailstones took place.The obtained results, together with radiosounding and radar data are used in order to get the hailstone trajectories in the clouds.42 ESTUDIO COMPARATIVO...INTRODUCCIONDebido a la severidad de las tormentas granice ras, resulta difícil obtener informa” ción de las condiciones que existen durante el crecimiento de las piedras de granizo, a tra­vés de medidas directas en la nube. Teniendo en cuenta que1 la estructura del granizo re fie" ja, en cierto grado, las condiciones bajo las cuales se ha formado, utilizamos la piedra de granizo como un sensor de la tormenta que lo produjo.La historia del crecimiento de un granizo puede representarse esquemáticamente por dos etapas: el crecimiento del embrión y el desarrollo posterior de las capas subsiguientes (Fe­derar et al. 1978).Teniendo en cuenta su forma, los embriones se clasifican de manera simple en dos categorías: esférico y cónico. Se considera que los embriones esféricos provienen de gotas con. geladas y que los cónicos tienen su origen en crecimiento de tipo "riming”.En un trabajo reciente, Knight y Knight (1978) hacen una clasificación de los em” briones de más de 10000 granizos provenientes de tormentas producidas en diferentes zonas de EE.UU., Africa y Europa. Encuentran que, en uno recolección de piedras realizada en un mis" mo lugar, generalmente hay más del 80% de embriones de la misma categoría. Además obser­van que, cuando la temperatura de la base de la nube es baja ( de ”5 hasta + 10°C), predo­mina el embrión de tipo cónico y que cuando esta temperatura es mayor que + 10^C, predomi­nan embriones de gota congelada.Por otra parte, investigaciones realizadas en aeraciones artificiales sobre la orlen" tación, el tamaño y la opacidad de los cristales (Levi y Aufdermour, 1970; Levi et al., 1974; Macklin y Rye, 1974; Rye y Macklin, 1975; Levi et ai., 1978; Corras y Macklin, 1975), han dado resultados que permiten determinar, en coda una de las capas que forman el granizo na­tural, el tipo de crecimiento, seco ó húmedo, y estimar los temperaturas del aire que encuen’ tra el granizo en la nube (Ta) y la do depósito (Tj).En este trabajo, se estudian granizos provenientes de tres tormentas producidas en LUBART. SALUZZI, NW y LEVI 43lo provincia de Mendoza durante el verano 1976"77. Se proponen posibles trayectorias para Jos granizos analizados, y las condiciones que experimentan durante su formación en la nube.LAS TORMENTAS GRANICERASCaracterísticas sinópticasLas tres tormentas que originaron los granizos estudiados, participan de las caracterís­ticas generales de las que se producen en el norte de Mendoza. En todas, estaban dadas las coa di dones superficiales de alta temperatura y humedad y, asimismo, la parte delantera de una va­guada de altura estaba interesando la zona. Las tormentas del 22“12“76 y del 27“2“77 fueron frontales. Ambas se formaron sobre la pendiente frontal, cuyo empuje facilitó el proceso. Sin embargo, estos frentes eran débiles y por lo tanto no favorecieron la formación de hileras de gran­des nubes, sino que éstas resultaron eventos aislados en la zona. Esta circunstancia las hace seme­jantes a las tormentas de masa de aire. La tormenta del 22~12 muestra ecos simbióticos que al unirse reactivan la producción de hidrometeoros, conformando para el radar una gran masa nubo­sa con varios focos altamente reflectantes. Lo del 27”2 se singulariza por disponer, en superficie, de valores menores de temperatura y punto de roció, dando por lo tanto nubes de base más alta y ecos reflectantes más numerosos pero bien aislados. La tercer tormenta, del 18“1“77, era de ma­sa de aire y se puede considerar la más representativa en su génesis.Los granizosSe analizaron 57 granizos provenientes de las tres tormentas consideradas. En la Tabla1 se registra lugar y fecha de ocurrencia de la precipitación, número de granizos recogidos y diá­metro máximo y medio de las piedras que "forman coda lote.Tabla 1Puesto N° Fecha Lote N° de granizosDiám. máx. ( cm.)Diám. medio £ cm)Rivadavia 2148 22-12-76 B 8 5,6 4,5Rivadavia 3152 22-12-76 C 10 4,6 2,4Rivadavia 2858 18-1-77 1 12 1,3 1,0C. Mendoza 5913 27-2-77 E 15 3,0 2,5C. Mendoza 6612 27-2-77 G 12 3,0 2,444 ESTUDIO COMPARATIVO...METODO DE ANALISIS DE LOS GRANIZOSEstudio de lo estructuro cristalinoOída uno de los granizos se seccionó a través de w centro, en el plano ecuatorial, y se obtuvieron las réplicas plásticas correspondientes. Se prepararon luego, secciones delgadas de aproximadamente 2 y 0,6 mm de espesor que se observaron, respectivamente, por luz natu” ral y luz polarizada, y se obtuvieron las fotografías. Del análisis de estas fotografías se pudo estimar, en forma cualitativa, la opacidad de las zonas que forman el granizo.Se realizó asimismo, para toda la muestra, una clasificación de los embriones en dos tipos: cónico y esférico.Un análisis más exhaustivo se llevó a cabo en 32 de los granizos estudiodos. Obser­vando las réplicas a través de un microscopio proyector se midió, en las sucesivas capas que for­man el granizo, el tamaño de los cristales (aproximadamente 100 cristales por zona) y se calcu­ló la superficie media O7 y la longitud medía 1 = elongación en la dirección radial. Con es­tos valores, y teniendo en cuenta resultados previos obtenidos en experiencias realizadas en aeraciones artificiales (Rye y Macklin, 1975; Levi et al., 1978), se determinaron las tempera­turas del aire de nube ( Ta ) y la del depósito (Tf ).Se midieron además, en algunos granizos, las orientaciones cristalográficas de alre­dedor de 100 cristales en cada capa. Estas medidas se realizaron de acuerdo a lo ya indicado en trabajos previos (Levi et al., 1974). Se calcularon, para cada una de las capas, los valores medios de los ángulos que forman los ejes c de los cristales con la dirección de crecimiento Se obtuvieron curvos de frecuencia H ( j? ), que muestran la distribución estadística de la orien­tación de los cristales.Los valores encontrados para H ( Levi et al., 1974; Macklin y Rye, 1974) y la estimación de la opacidad de las capas (Carras y Macklin, 1975) se utilizaron para ajustar las temperaturas Ta y T$, previamente estimadas con el estudio del tamaño de cristales. Cálculo de los parámetros de nube y estimación de lo trayectoriaConocidos el radio R del granizo en función de la temperatura R (To) y utilizando la curva de ascenso adiabático húmedo construida aplicando el modelo numérico de nube con­vectiva (Ghidella y Saluzzi, 1979) a los datos de coda tormento,se halla la función R(h),don’ LUBART, SALUZZI, NUflEZ y LEVI 45de h es lo altura sobre el nivel del mar.Por otra parte, y teniendo en cuenta que el análisis cristalográfico está res” tangido a piedras que tienen una simetría aproximadamente esférica, si éstos están formados fun” damen tal mente en crecimiento seco, dados R (Ta , Ts.) se puede calcular, para cada capa, el contenido de agua liquida (W), utilizando la ecuación de balance calórico.Conocidos W y dR/dh, se calcula la velocidad ascensional U (R) y el tiempo de formación de cada capa de granizo ( A t), aplicando la ecuación de crecimiento de la pie” dra.RESULTADOSEmbrionesPara los granizos provenientes de los tormentas del 22”12 y del 18” 1, se en" contró prevalencia de embriones esféricos. En la Figura lz que es una fotografía de una sección del granizo C8 perteneciente a la tormenta del 22“12, se observa un embrión de gota congelada.Por el contrario, el 80% de los embriones de los granizos provenientes de la tormenta del 27 ”2, eran de tipo cónico. La Figura 2, que es una fotografía de una sección del­gada del granizo Gil, ejemplifica un embrión de tipo cónico.Figura 1. Sección granizo C8 Figura 2. Sección granizo GilTrayectorias de los granizos y parámetros W, U ytLá evaluación de las trayectorias y de los parámetros W, U y t, se realizó para los granizos de los lotes B, Ce I. En la mayoria de las capas de las piedras analizadas se obtuvieron para Ts valores inferiores a 0°C (crecimiento seco). Teniendo en cuenta que las experiencias con acreciónos artificiales fueron realizadas en condiciones de crecimiento seco, resultó posible evaluar Ta a partir del tamaño de la cristales y determinar la función R (Ta).46 ESTUDIO COMPARATIVO,Tabla 2Fecha Lotew g/k) U ( rn/» )t( minutos )max. W min. “min. Um6x.22.12.76 B 5.8 2.1 16 39.6 7022.12.76 C 5.2 2.3 16.6 ’ 37.5 5218.1.77 • 4.3 2.5 18 30.2 28Datos meteorológicos y aplicación del modelo numéricoSedan en la Tabla 3 los resultados obtenidos de la aplicación del modelo numérico de nube convectiva a la estratificacion.de aire claro, en cuyo seno se formaron las nubes (GhiTabla 3Fecha h (Km)Te aire claro (°C)Tanube (°C)W(grAg)U(m/s)Tope (Km )Nivel superior Z32dbz1,9 15,5 16,4 0,00 46,1 -14,5 - 7,9 8,325 30,46,3 *16,0 - 9,3 8,597 31,3 supera6,5 -17,4 -10,7 8,852 32,0 los 10 km6,7 -18,8 -12,2 9,084 32,8 durante6,9 -20,3 -13,7 9,274 33,4 todo el22-42-76 7,1 -21,7 -15,1 9,368 34,0 13,9 lapso de7,3 -23,2 -16,6 9,226 34,6 la tor“7,5 -24,7 -17,9 8,536 35,1 menta7,7 -26,1 -19,0 6,915 35,77,9 -27,5 -20,0 4,841 36,38,1 -29,0 -21,3 3,379 36,98,3 -30,4 -22,7 2,583 37,62,04 -12,7 15,6 0,00 46,5 -14,4 - 9,9 8,794 28,27,1 -17,7 -14,1 9,437 28,67,5 -19,9 -16,8 9,159 28,318-1-77 7,7 -20,8 -17,9 8,158 28,0 11,1 8 km7,9 -21,7 -18,9 6,303 27,78,1 -22,6 -19,8 4,331 . 27,38,3 -23,5 -21,0 2,977 26,9Los observaciones del rodar se consideran para el momento de máximo desarrollo del eco granicero, considerando los t de crecimiento calculados.LVBART, SALU7.ZT, NUPEZ y LEVI A 7Para los muestras pertenecientes a los lotes B y C se encontraron pora TQ va” lores entre “18°y "22° C, mientras que para los granizos del lote I, Ta resultó estar compren” dida entre ”16° y ”20° C. Para ambas tormentas se encontró que los granizos describían trayec­torias cuyas alturas están comprendidas entre 7,5 y 8,3 km.En la Figura 3 se grafican como ejemplo dos trayectorias que corresponden a los granizos C6 e 12, características de las dos tormentas mencionadas.Figura 3. Trayectorias de los granizos: C6 e 12En lo referente a los cálculos de los parámetros de nube, éstos se realizaron siguiendo el esquema propuesto anteriormente. En la Tabla 2 se resumen, para cada lote, los valores máximos y mínimos calculados para el contenido de agua líquida (W) y para la veloci” dad de la corriente ascendente (U) y los tiempos t necesarios para la formación de granizos de máximo tamaño ( 2 cm ).Las valores de W máximo y de U mínimo corresponden a las primeras capas de . los granizos, mientras que W mínimo y U máximo correspondenc las capas periféricas.48 ESTUDIO COMPARATIVO...dello y Soluzzi, 1979), y los datos suministrados por la observación del radar F.P.S. 18.La temperatura del aire claro Tc se obtiene a partir.del radiosondeo y los valo­res de Ta , W y U, se calculan aplicando el modelo numérico. Finalmente, la determinación del tope de nube y del nivel superior Z (zona de elevada reflectividad que se corresponde con la zona de grande; gotas), se realiza por observación del radar.DISCUSIONLos resultados obtenidos a partir del análisis de estructura de granizos pueden compararse, para su discusión, con la información suministrada por el radar y con los datos re­sultantes de la aplicación del modelo numérico de nube convectiva.EmbrionesHemos encontrado en este trabajo, para las tormentas del 22.12. y del 18.1, prevalencia de embriones esféricos y temperatura de la base de la nube, obtenida por radio- sondeo + 10° C. Este resultado, estaría de acuerdo con el obtenido por Knight y Knight.Con respecto a la tormenta del 27.2, no hay datos meteorológicos, pero el he­cho de que la mayoría de los embriones eran de tipo cónico indicaría que la temperatura de la base.de la nube era en este caso más baja que para las tormentas anteriores.Contenido de aguo líquidaLo» valores del contenido de agua líquida calculados por estructura ( Tabla 2) coinciden bastante bien con los obtenidos mediante la aplicación del modelo numérico, corres­pondiente a las alturas donde tuvo lugar el crecimiento del granizo ( Tabla 3 ). Pora algunas capas de granizos, la evaluación de W por estructura puede haber resultado en defecto. Esto se debe a que los cálculos se realizan considerando los coeficientes de recolección a presiones ordinarias, mientras que existen evidencias en trabajos recientes de que el agua efectiva reco­gida por el granizo podría disminuir con la disminución de la presión.Tiempo de crecimientoLos tiempos de crecimiento, calculodos para los granizos de máximo diámetro, LUBART, SALUZ7.I, NU*EZ y LEVI 49pueden o Icón zar hasta 70 minutos. Estos valores pueden parecer excesivos; sin embargo son compatibles con el tiempo de vigencia en la nube de la zona de las grandes gotas, observa*  da por el radar, que recién decae cuando comienza la precipitación sólida masiva.Por otra parte, la evaluación en defecto de W, discutida anteriormente, deter“ mina en el cálculo una sobre valuación en los lapsos de tiempo t.Velocidad de la corriente ascendenteTambién en el caso de la velocidad de la corriente ascendente los valores obteni­dos a través del estudio de estructura son comparables con los resultantes de la aplicación del modelo. Esta correspondencia no se cumple para las primeras capas de los granizos (Um¡n en la Tabla 2), probablemente debido a que el modelo es no dependiente del tiempo yen conse­cuencia no retrata la evolución de la nube, sino su estado estacionario. De esta manera, las velocidades iniciales más pequeñas, que corresponden a los primeros estadios de desarrollo de la nube, no pueden ser visualizados por el modelo, o los términos de comparación.Trayectorias de los granizosSe puede observar que las trayectorias de los granizos estimadas a partir del aná­lisis de estructura y de la información obtenida aplicando el modelo de nube convectiva (Fi­gura 3), coinciden satisfactoriamente con la zona de máxima reflectividad, que corresponde generalmente a la llamada zona de grandes gotas (última columna de la Tabla 3).CONCLUSIONESTanto las observaciones del radar, que permiten visualizar las zonas de alta re­flectividad hasta los 8 km en la tormenta del 18.1. y hasta los 10 km en la del 22.12., como las informaciones numéricas del modelo de nube convectivo, avalan los cálculos de los paráme­tros de nube obtenidos a través de los estudios de estructura.Se ha conseguido de esta manera, presentar un cuadro coherente de la conducta de las grandes nubes convectivas en cuyo seno se generaron los granizos analizados. Esta cir­cunstancia indica que, a medida que se pueda mejora*  la calidad de las observaciones, se po“50 ESTUDIO COMPARATIVO...drá intentar, por el camino seguido, un mayor ojuste de los resultados que permitirá acrecen­tar un conocimiento objetivo del comportamiento de la convección severa.AGRADECIMIENTOSLos autores expresan su agradecimiento a las Licenciadas S. Chiabrera y M. Ghidella por su eficaz colaboración en ta elaboración de datos y realización de cálculos y ol Sr. Mario Fe * rrantino por la laboriosa preparación de las muestras analizadas.BIBLIOGRAFIACorras, J.N., Macklin, W.C., 1975: The opacity of accreted ice; Quart. J.R. Met. Soc., V. 101, p. 203* 0.Federar, B., Jauzel, J.; Waldvogel, A., 1978: Hailstone trajectories determined from crystallography, deuterium contení and radar backscattering; Pogeoph., V. lió, p. 112* 29  Ghidella, M.E., Saluzzi, M.E., 1979: Estudio de un modelo numérico de nube cenvecti*  va; o publicar.Knight, N.C., Knight, C.A., 1978: South African Lowveld hailstone embryos; Preprints Conf. Cloud Phys. Atmosph. Elect. Issaqvah, Wosh. p. 194* 7.Levi, L., Aufdermaur, A., 1970: Crystolographic orientotion and crustal size in cylindrical accretioru of ice; J. Atmos. Sci., C. 27, p. 443* 52.Levi, L., Achával, E.M. de, Lubart, L., 1974: Struclure ofice grown from droplet accreticn and solidification process; J. Crystal Growth, V. 22, p. 303* 10.Levi, L,, Lubart, L., Achával, E.M. de, 1978: Crystal structure ofice accteticns; IINuovo Cimento, V, 1, p. 86*92.Macklin, W.C., Rye, P.J., 1974: Crystallographic orientotion distribution in accreted ice; J. Atmos. Sci. V. 31, p. 849* 52.Rye, P.J., Macklin, W.C., 1975: Crystal Size in accreted ¡ce; Quart. J. Met. Soc.,V. 101, p. 207* 15.

Estudio comparativo de la estructura de granizos

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/146991/Documento_completo.pdf?sequence=1

Estudio comparativo de la estructura de granizos

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual