Las granizadas se lanzan hacia las tormentas para sondearlas

Inspirado en la exitosa película Twister de 1996, un nuevo sensor con forma de granizo puede lanzarse dentro del ojo de una tormenta para arrojar luz sobre los misterios detrás del crecimiento del granizo.

Las grandes tormentas conocidas como tormentas convectivas severas costaron 35 mil millones de dólares o casi el 70 por ciento de todas las pérdidas aseguradas por catástrofes naturales en todo el mundo en el primer semestre de 2023, según la firma mundial de seguros Swiss Re. Según la Asociación Nacional de Comisionados de Seguros, aproximadamente entre el 60 y el 80 por ciento de los daños asegurados causados ​​por estas poderosas tormentas se deben a daños por granizo.

Los nuevos sensores, denominados "granizos", están diseñados para volar libremente dentro de las tormentas y comportarse como granizo real.

Al mismo tiempo, cuando se trata de todos los tipos de precipitaciones relacionadas con estas violentas tormentas, el granizo es el menos comprendido. Esto se debe a que aún se desconoce mucho sobre cómo estas bolas de hielo se mueven y crecen dentro de las distintas áreas de cada tormenta.

En la película Twister, los investigadores intentaron desplegar sensores meteorológicos en el corazón de un tornado para aprender más sobre los desastres. En la vida real, los científicos han desplegado una amplia variedad de sensores para analizar las tormentas; por ejemplo, drones y cámaras de alta velocidad, ya sea en el suelo o a unos pocos cientos de metros de altura, dice Joshua Soderholm, científico de tormentas de la Oficina Australiana de Evaluación de Tormentas. Meteorología de Melbourne, que ayudó a desarrollar el nuevo sensor.

En la película Twister de 1996, los cazadores de tormentas interpretados por Helen Hunt y Bill Paxton sacrifican casi todo para soltar enjambres de motas recolectoras de datos que son absorbidas por un tornado y transmiten datos de regreso. Ahora, científicos australianos y canadienses están probando una idea similar para las tormentas eléctricas. Fotografías universales/Alamy

Sin embargo, recopilar datos dentro de las nubes de tormenta "se vuelve mucho más difícil debido a los increíbles vientos, el gran granizo y las condiciones extremas de formación de hielo", explica Soderholm. Dos intentos anteriores de desplegar sensores dentro de las tormentas incluyen un avión blindado T-28 ahora retirado de la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur y sensores atados a globos conocidos como "sondas de enjambre", dice.

Por el contrario, los nuevos sensores, denominados “granizos”, están diseñados para volar libremente dentro de las tormentas y comportarse como granizo real. Cada sonda tiene forma de granizo: una esfera de 24 gramos y 6,5 centímetros de ancho, una versión modificada del Windsond S1 de Sparv Embedded en Linköping, Suecia. Aunque se lanzan mediante globos, las granizadas se liberan una vez que las corrientes ascendentes dentro de las tormentas son lo suficientemente fuertes como para mantener los sensores en alto.

Las granizadas no miden las trayectorias ni las condiciones del granizo real. En cambio, se comportan de manera muy parecida al granizo real dentro de una tormenta, “recopilando información sobre cómo el granizo crece, cómo los vientos lo mueven y cómo cae”, dice Soderholm. "El diseño cuidadoso de la carcasa de la granizo y la optimización de los sensores hicieron posible no sólo sobrevivir a estas condiciones, sino también recopilar mediciones valiosas".

La granizada consta de piezas impresas en 3D, batería y componentes electrónicos encerrados en una carcasa de poliestireno. Joshua Soderholm/Oficina de Meteorología de Australia

A Soderholm se le ocurrió la idea de la granizo porque dice que le gusta investigar cómo la nueva tecnología podría beneficiar su campo de la ciencia de las tormentas, “especialmente para medir procesos que la gente antes pensaba que no eran posibles debido a las barreras tecnológicas”, señala. Esto incluye escaneo 3D de granizos para arrojar luz sobre cómo evolucionaron dentro de las tormentas y cómo se ven en el radar; usar visión por computadora para analizar secciones transversales de granizo y deducir cómo crecieron; y el uso de drones para examinar la forma del granizo en el aire.

"La idea de la granizo surgió después de ver un nuevo trabajo de mi colega Matt Kumjian sobre la simulación de trayectorias de granizo", dice Soderholm. "Tenía muchas ganas de saber si las simulaciones eran realistas, pero no teníamos idea, así que comencé a pensar en una forma de recopilar mediciones".

“Creo que mi investigación destaca el increíble potencial de las observaciones para llenar vacíos de datos que antes creíamos imposibles... Las herramientas modernas como la impresión 3D, Python, el Internet de las cosas y las computadoras de placa única permiten la creación rápida de prototipos sin necesidad de un doctorado. . en Ingeniería."—Joshua Soderholm, Oficina Australiana de Meteorología

Los nuevos dispositivos fueron posibles gracias a avances recientes en sensores meteorológicos miniaturizados de Sparv Embedded. "Esto incluye componentes esenciales como la batería, el GPS, los sensores de temperatura y humedad y la telemetría", afirma Soderholm. En total, la batería pesa sólo 1,9 gramos y la electrónica 9 gramos, señala.

"Además, dependimos en gran medida de la impresión 3D para crear prototipos y producir, lo que mantiene los costos al mínimo", dice Soderholm. Nuestro equipo no realizó ningún descubrimiento tecnológico, sino que combinó enfoques existentes pero desarrollados recientemente para lograr el diseño de granizo. Definitivamente esto requirió algo de creatividad, asumir riesgos (no teníamos idea de si funcionaría correctamente dentro de una tormenta) y mucho trabajo duro sin nada que mostrar”.

Los investigadores probaron recientemente las granizadas en el campo por primera vez cerca de la ciudad de Olds en el centro de Alberta, Canadá. “Cada mañana nuestro coordinador de campo nos informaba sobre el pronóstico del tiempo y tomamos decisiones sobre las mejores regiones objetivo para el día”, recuerda Soderholm. "Estas regiones podrían estar en cualquier lugar desde nuestra puerta trasera o a 3 horas en coche".

A medida que avanzaba el día, los científicos monitorearían el desarrollo de tormentas a partir de datos de satélite y radar, así como de señales visuales. A medida que las tormentas comenzaron a intensificarse, “un conductor confiado y un buen navegador fueron fundamentales para llegar a la posición correcta”, dice Soderholm.

“Los requisitos finales son una tormenta que se porte bien y una buena red de carreteras”, añade Soderholm. “Las tormentas pueden debilitarse o cambiar de dirección en cuestión de minutos y esto a menudo no es del todo predecible, mientras que sin buenas carreteras no se puede llegar muy lejos. A pesar del gran número de tormentas de granizo en Canadá, sólo un día se dieron todas estas condiciones”.

El 24 de julio, alrededor de las 16.30 horas, los investigadores realizaron el primer vuelo exitoso de las granizadas, interceptando una poderosa tormenta que producía un granizo gigante y lanzando dos dispositivos en su interior. Los dispositivos se desprendieron de sus globos a una altitud de unos 3,5 kilómetros, con vientos superiores a 120 km/h que elevaron los sensores a altitudes de más de 7 km.

"Creo que mi investigación destaca el increíble potencial de las observaciones para llenar vacíos de datos que antes creíamos imposibles", dice Soderholm. “La innovación en meteorología suele ser bastante lenta, ya que gran parte de ella depende de hardware costoso y muy complicado, por ejemplo, satélites y radares meteorológicos. Las herramientas modernas como la impresión 3D, Python, el Internet de las cosas, las computadoras de placa única, etc., permiten la creación rápida de prototipos sin un doctorado. en Ingeniería."

El hecho de que los científicos conozcan el tamaño y la forma exactos de una granizada "es muy útil a la hora de simular su comportamiento después de una granizada", afirma Soderholm. Sin embargo, "el granizo puede crecer en muchas regiones diferentes de la tormenta principal, en diferentes condiciones y es movido por diferentes vientos, lo que conduce a la gran variedad de tamaños y formas que se ven en el suelo". Por lo tanto, se necesitan muchos lanzamientos de granizadas en varias regiones de tormentas antes de que los científicos puedan sacar conclusiones más sólidas sobre la forma en que se forma y evoluciona el granizo, afirma.

Los científicos ahora planean ampliar su trabajo de dos sondas en una región de una tormenta a varias sondas en diferentes regiones de una tormenta, señala Soderholm. También quieren dar prioridad a las tormentas con la mejor cobertura de radar meteorológico, "ya que esto nos permitirá probar nuevas ideas para simular mejor el granizo", señala. Esto puede suceder a través del Proyecto Northern Hail de Canadá, el proyecto LIFT alemán y el proyecto ICECHIP propuesto por Estados Unidos, añade.

"Una vez que tengamos una gran muestra de trayectorias de granizo, esperamos desarrollar nuevos conocimientos sobre el crecimiento del granizo con respecto a las observaciones de radar meteorológico, lo que permitirá el desarrollo de herramientas nuevas y más precisas para predecir el granizo y proporcionar advertencias". dice Söderholm.