Ponencia presentada en: III Simposio Nacional de Predicción del Instituto Nacional de Meteorología, celebrado en 1996 en MadridEn el presente estudio se expone un modelo conceptual capaz de explicar la formación y propagación de la galerna típica intentando así llenar el vacío de ciertos criterios existentes hasta ahora. Según este modelo la galerna típica es un fenómenos comprendido entre la micro y la mesoescala que se origina al converger dos masas de aire de muy distintas características térmicas. La convergencia de estas masas  y por tanto la propagación de la galerna típica está regida por el campo sinóptico de la presión

Arasti, Eduardo

Arteche García, José Luis

Ortiz Berenguer, Francisco Javier

Sanz, P.

Spanish

Agencia Estatal de Meteorología

HIPÓTESIS ACERCA DE LA FORMACJÓN DE UNA GALERNA TIPICA E. Arasti J. L. Arteche P. Sanz F. J. Oi-tiz (G.P.V. de Santandei-, -1NM-) RES LIM EIV En el presente estzldio se expone 1/17 nioclelo conceptztal capaz (le explicar la .fortrlaciól~ y p~.opagrrció~i de In g a l e r ~ ~ a  típica, it7tentundo nsi llenar el vacío cle ciertos o.ite~.io.s es~stente hnsta nhora Segzín esfe nioclelo la gci/e~.na típica es ZIM fe~ót~ieno con~p~.endido entre /a  t11ici.o y /a niesoesca/n que se or ig i~ ia  al converger. c1o.s ~iln.srr.s de n i ~ s  de tliz~y d is t i~ i ta .~  carac- terísticas tér~ilicas. Ln c o ~ ~ i ~ e r g e ~ ~ c i a  ?e estas nlasa.7 ,v por tanto la  propagc~ció~~ de In galerna típica está regirla por- el cn~iipo sinóptico de la p~.e.sió~i. l .  Definición y características. Se desplaza de W a E siguiendo la línea de costa. Este "orden" que sigue la zalerna en su J .  1. Álvarez Usabiaga ha clasificado las desplazamiento sugiere cierta organizacióii interiia. galerrias en tres tipos: frontales, híbridas y típicas (Usabiaga, 1988). Las dos primeras están asocia- El viento de la galerna típica no es pronos- das al paso de frentes fríos y son las niás ticable por los modelos nuniéricos usuales de violentas. En este trabajo trataremos sólaniente de predicción por lo c~ial es indispensable un modelo las galeriias típicas. conceptual del fenómeno. La galerna típica es un fenónieno más o menos violento -a veces ~iiuy violento- típico de la mitad oriental de la costa caiitábrica y sobre todo del Golfo de Vizcaya, caracterizado básica- mente por una súbita ii.rupción de viento húmedo y fresco del NW que corta con extreiua brusque- dad una situación de tiempo apacible, temperatu- ras altas, humedad baja y vientos inuy flojos de componente sur o bien brisas. La mar pasa de estar llana o rizada a marejada. fuerte niarejada o gruesa dependiendo de la intensidad del fenómeno. Por últiino, tanto el valor del viento como el de las demás variables que caracterizan la galerna típica dependen fuertemente del lugar de observación. En la Figura 1 se muestra la gráfica de la estación autoinática de Lequeitio en un día de galerna típica. Antes de las 14 UTC soplaba la brisa. La temperatura era muy alta, superior a los 30°C. La humedad relativa niuy baja (40%). A las 14 UTC rola el viento al SW. Esto es un ejemplo claro de que las variables que definen la galerna dependen fiiertemente del lugar de observacióii. 111 SIMPOSIO NACIONAL DE PREDICCIÓN En general la rolada del viento en la mayoría de los observatorios es del WNW. En Lequeitio éstos deben estar "apantallados" por algún efecto orográfico o de einplazaniiento de la estación. El viento arrecia hasta alcanzar 40 nudos con raclias cercanas a 50 nudos, descendiendo poco des- pués. En la Figura 2 se muestra la gráfica de viento y temperatura de la' estación automática de Sondica (Aeropuerto de Bilbao). Valiéndonos de esta gráfica veamos las características fundamen- tales de la galerna típica en cuanto a viento y temperatura. Antes de la galerna sopla un viento débil del SE. La temperatura es de 3 1°C. A las 13,30 UTC rola el viento al NW pero sigue siendo flojo. A partir de ahí el viento aumenta gradualmente tardando 40 minutos en alcanzar el viento máximo, en este caso 22 nudos con raclias de 33 nudos. Así se mantiene otros 30 niinutos, descendiendo gradualmente a partir de ahí. Podemos decir que la galerna típica en este caso dura unas dos horas de las cuales la primera es la de mayor intensidad. El mayor descenso de teinperatLira ociirre con las primeras rachas; en los primeros 15 n?inu- tos la temperatura baja de 3 I0C a 25°C. A partir de ahí desciende gradualmente hasta 22"C, aprosi- niadanlente la temperatura del mar. 2. Rlodelo conceptual. Según este modelo la galerna típica se origina por el gradiente de temperatura/presión que se crea al converger dos masas de aire de características térmicas muy diferentes (Jansá, 1990). Este gradieiite debe de estar coinprendido entre la escala h4icro (200 m - 3 km / minutos) y la escala Meso (2 km - 30 km 1 horas). Creemos qiie parte del exceso de energía potencial que tiene la niasa cálida sobre la fría se traiisforina en energía ciiiética. Hagamos algunos cálcÚlos "aproximados". Consideremos que la supei.ficie isobárica de 950 ?lb está a una altitiid constante de 500 m. La presión en el suelo será: donde es la temperatura media barornétrica virtual. Suponemos que S = T - a.500, donde: * a = 00,30/100in 4: T es la temperatura en el suelo Para T = 20°C obtenemos una presión en el suelo de 1007,S inb. Para T = 30°C obtenemos una presión en el suelo de 1005,4 nib. Es decir, una convergencia de masas muy diferentes en los niveles más bajos de la tropos- fera puede dar lugar a un gradiente de presión lo suficientemente grande corno para generar los vientos que se observan. Una vez que se produce la galerna típica: ¿Se advecta a sí misma o hay algún mecanismo rector exterior? En la Figura S se comparan los campos de viento y de presióii un día de galerna tipica. COMUNICACIÓN A4 San Vicente de la Barquera se encuentra presión baja, a partir de las 14 'sube y muy cerca de Llanes, hacia el Este. En la gráfica de bruscamente al principio. La rolada se produce en presión de San Vicente se observa que antes de Sondica un poco antes de las 14 UTC. las 10 UTC la presión baja y sin embargo a partir de las 10 UTC sube. La rolada al NW en Llanes Zumaya se encuentra al W de Fuenterrabía, se produce sobre las 10 UTC. algo alejada. La rolada en Zumaya se produce sobre las 15. En Fuenterrabía, antes de las 16 la En la plataforma "Gaviota" (mar adentro al presión baja y después sube. La rolada en Fuen- N del Cabo Machichaco), antes de las 14 UTC la terrabia coincide también con la subida de piesión. Parece que existe una relaci6n entre la galerna típica y el campo de presión sinóptico. En Llanes la rolada parece que está produ- cida por la variación del campo de presión kinóptico ya que no se produce galerna. Observando la gráfica de temperatura de la estación automática de Llanes (no se muestra) venios que no hay cambio de temperatura. Es decir, en Llanes no se produce galerna típica porque no existe el ingre- diente básico: masas diferentes. Parece razonable pensar que en los demás observatorios donde sí ha habido galerna, la rolada está originada también por la variación del campo sinóptico de presión. Es decir, la rolada al W, característica fiindamental de la galerna, cree- mos que depende del campo sinóptico de la presión. Una vez que el viento ha rolado al'NW se produce la convergencia entre una masa fría y húnieda del NW y otra masa cálida y seca de componente E, generándose el gradiente de tempe- raturalpresióii inesoescalai que acelera el viento. De esta manera, es el campo sinóptico de presión el que genera la galerna típica y rige su propagación hacia el Este. Veanios esto más de- tenidamente con ayuda de la Figura 4. Esta figura corresponde a la estación au- tomática de Biarritz. Vemos que la presión antes de las 15 UTC desciende y después sube. A partir de las 15,18 la presión sube más bruscamente, y a las 15,24 -en plena subida de presión- se produce la rolada al W, débil todavía. Seis minutos más tarde el viento continúa del W débil (8 nudos) pero ya con  racha.^ de 28 nudos. La temperatura todavía -12 minutos después de la rolada- está próxima a 30QC. Seis niinutos más tarde la tempe- ratura ha bajado 5QC aproximadamenie y el viento ha aumentado considerablemente. Obsérvese el paralelismo entre el campo de presión y el de viento. Esto concuerda con nuestra hipótesis. Venios que entre la rolada al W y el inicio de la galerna hay aproximadamente 15 ininutos de dife- rencia. Este es el tiempo que se necesita para que la convergencia de masas origine el gradiente de ' teniperaturaipresióii que acelere el viento. 3. Situaciones t íp icas .  En este apai-tado comentaremos las carac- terísticas sitiópticas de situaciones de galerna típica. No se trata únicamente de dar una serie de rasgos comunes a todas ellas, lo cual sería de escaso valor. Pretendemos analizar a partir del marco sinóptico los factores inesoescalares nece- sarios para que se origine una galerna tipica. Ese Figrrrrr 5 Figurrr 6 análisis lo haremos, claro está, basándonos en el modelo conceptuál que acabamos de exponer. El análisis de superficie de la Figura 5 presenta un gradiente de presión sinóptico inca- paz de explicar el fuerte viento asociado a la galerna típica que se encontraba en su momento álgido en Santander. En 850 mb hay un flujo del SW con potente dorsal térmica cuyo eje pasa por San Sebastián. En 500 mb tenemos una vaguada con pe- queña longitud de onda respecto a la dorsal. En Figura 6 se presentan los análisis mesoescalares de superficie de 9 y 12 UTC. En ambos hay circulacióii de baja sobreel Cantábrico. En el análisis de 12, el fuerte viento en Santander no puede ser explicado por el gradiente siiióptico de presión, pero sí su dirección. Es decir, el análisis se ha realizado en base al modelo con- ceptual ya explicado. Como según éste, la rolada está forzada por el campo sinóptico de presión - y no por algún factor mesoescalar inobservable en los mapas sinópticos- adecuamos el campo isobárico sinóptico a la dirección del viento que se observa. En la zona comprendida entre Santander y Bilbao -justo donde se está produciendo la galerna típica- hay un fuerte contraste de temperatura y viento. La Figura 7 muestra los analisis mesoe's- calares de superficie de 15 y 18 UTC. A las 15 la galerna ya está disipada en Santander, se encuentra en su punto álgido en Lequeitio, y todavía no se ha producido en San Sebastián. El campo isobárico explica la dirección de los vientos que se observan aunque no su Figura 7 rm: 1:-II I I ~ L  1: @ni s,:. :@o. n6 1 ini  rrnc 11. mr 512)). 300. M z im rm ia onr s i iu.  m m Figurn 9 velocidad. Obsérvese el núcleo de altas presiones 'relativas sobre Cantabria y Vizcaya. A las 18 el núcleo de la depresión relativa se ha trasladado al Pais Vasco Francés. Continúan las altas presiones relativas sobre Cantabria y Vizcaya. Obsérvese cómo la variación en la con- figuración isobárica fuerza la rolada del viento y por lo tanto origina y rige la galerna típica. Esto se percibe claramente en los análisis mesoescalares superficiales del día 2 1-8-9 1, sin embargo en los análisis de situaciones de galernas típicas más débiles no se observa fácilmente la relación que creemos que existe entre el campo sinóptico de presión y la galerna típica. En la Figura 8 tenemos el campo de la tendencia de la divergencia horizontal en 300 mb. El flujo atmosférico que no se encuentra en equilibrio geostrófico se caracteriza por aceleracio- nes/desaceleraciones que generan divergencia o convergencia. Allí donde se esté produciendo divergencia habrá ascensos. Estos ascensos no están explicados por la dinámica cuasigeostrófrica (S.T.A.P., 1992). Puede observarse en la figura cómo la nubosidad está asociada a las regiones en que la tendencia de la divergencia en 300 mb es positiva. Sin embargo, la zona sin nubosidad se corresponde con valores de tendencia de la divergencia negativos (convergencia) y por tanto subsidencia. La existencia de flujo desequilibrado en niveles medios-altos suele ocurrir con: i) La llegada de un máximo de viento re- lativo a una zona difluente en altura. ii) La disminución de la longitud de onda de una perturbación atlántica con la dorsal de bloqueo meridional europea. El segundo Laso correiponde a la situación del día 21 -8-91. En la Figura 9 obsérvese la concordancia que hay entre el campo de presión en superficie y el campo de tendencia de la divergencia hori- zontal en 300 mb. La zona de valores negativos de la tendencia de la divergencia penetra hacia el Cantábrico Oriental pudiendo deberse a esto las altas presiones relativas que se observan sobre esa región. Esto coincide con el desplazamiento de la baja relativa en superficie hacia el País Vasco Francés. En la Figura 10 venios que la galerna está en su momento álgido en Bilbao mientras que en Santander está en periodo de disipación. En la zona comprendida entre San Vicente y Bilbao hay divergencia de masa en superficie. Luego debe de haber convergencia de masa en altura que fuerce movimientos descendentes necesarios para equili- brar la pérdida de masa en superficie. Esto concuer- da con el hecho de que la presión suba después de producirse la galerna. En la Figura 1 1  vemos la imposibilidad de que la galerna típica se advecte a sí misma. Supongamos que la estructura de conver- gencia/divergencia en altura permaneciera estacio- naria y que la galerna tipica se propagase hacia el Este. Para la zona rayada tendríamos tanto en altura como en superficie divérgencia. Como estas condiciones son imposibles de cumplir la galerna se disiparía, Según esto la galerna típica necesita una estructura que la mantenga. En la Figura 12 tenemos otra situación propicia a generar convergencia de masas térmi- camente diferentes en superficie y por lo tanto galernas típicas. Esto se pone de manifiesto en el análisis mesoescalar. En la Figura 13 puede observarse la varia- ción en el campo de presióii. Podemos ver que la presión ha subido en Santander y Bilbao. Ahora la isobara de 1016 mb está próxima a Bilbao pero a 12 UTC la configuración sinóptica forzaba un SE sobre Bilbao y a las 15 fuerza un NW. Esto concuerda con nuestro modelo conceptual. Obsér- vese que de nuevo están enfrentados los vientos entre Bilbao y San Sebastián. En 850 mb de nuevo hay dorsal termica con ' eje orientado en la dirección SE-NW. En 500 mb hay vaguada con pequeña lon- gitud de onda respecto a la dorsal. En la Figura 14 tenemos otra situación de galerna típica. A 12 UTC en superficie hay pantano barométrico. Sin embargo, en Santander ya se ha producido la galerna típica. En este mapa sinóptico hay algo que debe ponernos sobre aviso. Se trata de la existtlicia de dos circulaciones diferentes que pueden originar convergencia en superficie. En el análisis mesoescalar vemos la cuña de altas presiones que penetra por el Cantábrico Occiden- tal. Los vientos son consistentes con el campo sinóptico. Obsérvese el gran contraste térmico y de viento que existe entre Santander y Bilbao. -vi80etqid i .d$.  -T.... *.ql. - 1 . ~ ~ ~ 1 d a a  madi. -r.no.iiirr. ';eiocidad media ím/seg.l Tempereiura ('C) Velocidad media ( m / a e ~ . )  , Temperatura ('C) 2: -- - 36 ....... . . . . . .  ,S - 6 ~ 4 Figurn 10 Figurn 11 Figrrra 14 Figura 15 En la Figura 15 de nuevo se observa en 850 mb la dorsal térmica ligeramente inclinada en el sentido NW-SE. En 500 mb tenemos otra vez una vaguada con dorsal muy aguda y poca longit~id de onda. 4. Otiaos factores que influyeii. i) La estabilidad atmosféi.ica en los niveles más bajos: Cuanto mayor sea la estabilidad en los niveles más bajos de la atmósfera menor será el volunien de aire en el que se reparte el calor proveniente del calentan>iento del suelo y por lo tanto más rápido y mayor es el aumento que experimenta la temperatura del aire. Esto acentúa naturalmente el contraste térmico. Es lógico pen- sar que la convergencia de niasas sea más efic'ien- te con atmósfera estable ya que los movimientos verticales son inhibidos. ii) Viento del gradiente del SW en superficie: Este viento inhibe la brisa y por lo tanto acentúa el calentamiento. Favorece también la entrada brusca de la brisa al ser sustituido por el WNW de la iolada. iii) Tempei-atura del'agua del mar: Cuanto más fria niayor será el contraste térmico. Tanibién facilita la formación y entrada de estratos. iv) ~ i i ~ a r o  de la convección: Si se vence la fuerte estabilidad en los niveles más bajos de la troposfera y se'dispara la convección, es lógico pensar que la convergen- cia de masas de aire en superficie se inhibiría. Por lo tanto debería suceder que la galerna típica se disipase o se debilitase. Esto todavía no lo hemos observado. Conclusiones. Hemos expuesto un sencillo modelo con- ceptual que explica la génesis y características de las galernas típicas. Es necesario tener un modelo conceptual de este fenómeno que llene el vacío de criterios existentes hasta ahora. Según este modelo la galerna típica está originada por un gradiente de temperaturalpresión que se origina al converger en los niveles más bajos de la atmósfera dos masas de aire de diferente termicidad. El campo sinóptico de pre- sión fuerza la convergencia de masas y rige el movimiento de la galerna. La geografía de la zona propicia la Il-yida al Cantábrico de una masa de aire que circula por una meseta recalentada (fuente elevada de calor) - (Jansá, 1990) y que posteriormente desciende hasta el mar con el consiguiente aumento de temperatura. De cara a la predicción es importante co- nocer el marco sinóptico apropiado que por un lado propicie la existencia de dos masas de aire muy distintas en el Cantábiico y por otro fuerce SLI convergencia. La posibilidad reciente de tener cortes ver- ticales de diferentes campos meteorológicos cree- mos que será de gran ayuda en la predicción y estudio de este fenómeno. De todas maneras pensamos que 16s mo- delos numéricos de alta resolución o adaptaciones a las salidas de los modelos usuales son la "herramienta" más adecuada tanto para el estudio como para la predicción de la galerna típica. ¿Puede que el campo sinóptico de presión sea la  manifestación de u,1a estructura más com- Jan" Clar, A. (1990). Notas sobre niihlisis iiieteoro- pleja que a l i m e n t e  y gobierne su movimiento?, lógico mesoescalar en uiveles atniosfiricos bajos. //\'di. pp. 31-35 Otros factores mesoescalares como la es- S. T. A. P. 1992. /Vota técnica sobre ga1er.n-. tabilidad en los niveles más bajos de la troposfera, temperatura del agua del mar, existencia 0 110 de Usobiagn Álvnre:, J./ .  (1988). Apllntes sobre "el flujo desequilibrado en niveles medios y altos fenón,guo de /,S ga/er.nas1: Nota Técrfica mín~ .  1. influyen de manera importante. PREl'Ii\.IET. Galernos. liVh,l 1988. 

Hipótesis acerca de la formación de una galerna típica

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