Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético

Centro de Modelado Científico - Reporte CMC-GEO-01-2012
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético
Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
Ángel G. Muñoz, Joaquín E. Díaz L.*
Centro de Modelado Científico (CMC). Universidad del Zulia. Maracaibo, 4004.
Venezuela
17 Abril 2012
Resumen Ejecutivo
Se presentan los avances más recientes en referencia a las investigaciones del Centro de
Modelado Científico (CMC) de La Universidad del Zulia sobre la circulación atmosférica y
flujos de energía cinética y potencial asociadas a los Relámpagos del Catatumbo.
Se expone el ciclo diurno de circulación media de los vientos en la Cuenca del Lago de
Maracaibo (CLM) y se explica cómo las inhomogeneidades en la distribución de temperatura
entre el Lago y las zonas circundantes definen un régimen de brisas que involucra la inyección
de masas de aire desde el Caribe hacia la CLM desde típicamente las 16.30 HLV (21Z). Con
la puesta del Sol y el enfriamiento paulatino de los terrenos alrededor del Lago, la inversión
de las brisas en conjunto con una inyección de masas de aire ahora provenientes desde las
cordilleras de Perijá y los Andes origina que disminuya el flujo desde el Caribe hasta que hacia
las 04.30 HLV (9Z) el mismo es despreciable, al formarse una pared de dominio en el norte de la
CLM. El ciclo diurno de temperaturas en la cuenca condiciona así directamente la circulación
de los vientos y por ende la advección de energía y humedad en la región. Para el ciclo anual
se presenta la circulación climatológica mensual de los vientos cuyas magnitudes exhiben
máximos en los dos primeros meses del año y mínimos en el mes de septiembre. Asimismo,
se ha calculado la distribución climatológica de la Energía Potencial Disponible Convectiva
sobre la CLM mostrando mínimos a principios de año y máximos durante el tercer trimestre.
Antecedentes
En el año 1998 se inician las expediciones de Universidad del Zulia al Catatumbo para realizar
observaciones in situ de los Relámpagos del Catatumbo, en una colaboración con el Dr. Nelson
Falcón, de la Universidad de Carabobo. Estas actividades produjeron dos artículos técnicos
[Falcón et al., 2000-1], [Falcón et al., 2000-2], en los que se presenta un modelo microfísico para
la ocurrencia de descargas en la zona que se basa en la auto-polarización de las moléculas
*
Correos-e: {agmunoz,jlobaton}@cmc.org.ve
2
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
de gas metano (CH4 ), asumiendo una concentración desconocida de este gas en la celda de
tormenta. Luego del año 2000 el equipo interuniversitario sigue rumbos distintos. Muñoz
en Universidad del Zulia plantea que el modelo propuesto considera las celdas tormentosas
como sistemas estáticos y no asume las mezclas por corrientes ascendentes y descendentes
presentes en los procesos convectivos. A partir de allí se comienza la búsqueda de relaciones
entre las variables atmosféricas que puedan proporcionar una mejor visión de la actividad
tormentosa (y por consiguiente eléctrica) en la cuenca. En [Muñoz et al., 2011] se muestran las
variaciones en la actividad elctroatmosférica en la región Noroeste de Venezuela y se destacan
las implicaciones que tienen tanto el Chorro de Bajo Nivel del Caribe [Amador, 2008] como
los desplazamientos de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCI) en la fenomenología
observable de los Relámpagos del Catatumbo. Por último, [Diaz y Muñoz, 2012] muestran la
alta correlación existente entre la energía potencial disponible para convección y la actividad
eléctrica en la CLM.
Objetivo
Presentar al público general y a la comunidad científica hispano hablante resultados recientes
referentes a la circulación atmosférica y energética en la Cuenca del Lago de Maracaibo,
especialmente tomando en cuenta los Relámpagos del Catatumbo.
1. La Circulación en la Cuenca del Lago de Maracaibo
La Cuenca del Lago de Maracaibo presenta una conjunción única de factores topográficos y
climáticos que definen la circulación de las parcelas de aire a lo largo del ciclo diurno. Los
agentes más importantes son la configuración misma de las cordilleras de Perijá y de los
Andes, que bordean por el este, sur y oeste al Lago de Maracaibo (ver Figura 1), así como
la presencia del Mar Caribe y los vientos reinantes en la zona. En esta sección se discuten
algunos aspectos relacionados con la circulación reinante en la Cuenca.
En lo que sigue, puede ser útil imaginarse la CLM como básicamente un lago tropical, circular,
ubicado en el centro de la zona de estudio, rodeado por paredes semipermeables de la misma
altura media al este, oeste y sur, con el Mar Caribe al norte.
Ciclo Diurno
En general para cualquier hora del día, los vientos por encima de las cordilleras son
fundamentalmente los mismos que el resto de las costas venezolanas y colombianas
a las mismas alturas. Las observaciones disponibles [SEMETFAV, 2008] y simulaciones
computacionales con el conjunto de datos NOSA30k [Muñoz y Recalde, 2010] muestran que
hacia la 01.30 HLV (Hora Local Venezolana, equivalente a 06Z) la temperatura del Lago de
Maracaibo, debido a que el agua posee mayor calor específico que la tierra firme, se encuentra
más caliente que sus alrededores, originando brisas de lago en sentido desde las paredes del
dominio (i.e. montañas) y la costa hacia el centro del Lago (naturalmente, los vientos siguen
el negativo del gradiente de presión, que está orientado de modo tal que apunta a zonas con
mayor temperatura). En estas circunstancias la CLM está fundamentalmente recibiendo masa
a través de las paredes semipermeables y el exceso permite la formación de una “compuerta
de presión” a lo largo de toda la frontera norte del dominio, que impide la inyección de viento
desde el Caribe hacia el interior de la zona de estudio. Las simulaciones computacionales
señalan las 04.30 HLV (9Z) como la hora en que esta frontera norte está establemente formada
(ver Figura 2).
Reporte CMC-GEO-01-2012. Centro de Modelado Científico (CMC). Muñoz y Díaz, 2012
3
Figura 1: La Cuenca del Lago de Maracaibo. La Cordillera de Perijá es un ramal de la Cordillera Andina
que divide Colombia de Venezuela al occidente del Lago de Maracaibo. En conjunto con Perijá al oeste, la
presencia de los Andes Venezolanos al sur y al este del cuerpo de agua, crea una configuración topográfica
de importantes consecuencias para la Cuenca.
A medida que pasan las horas de la mañana, con el calentamiento superficial producido por la
radiación solar, la diferencia de temperatura entre el Lago y los alrededores es cada vez menor,
y por ende la circulación media en la CLM tiende a disminuir paulatinamente. Típicamente
es posible señalar las 10.30 HLV (15Z) como el momento en que el campo de temperatura
superficial en la CLM es homogéneo. La circulación entonces es regida por anomalías locales
de las variables meteorológicas.
Hacia las 13.30 HLV (15Z), aproximadamente el máximo de temperatura diurno en la zona, la
tierra firme está más caliente que las aguas del Lago, ocurre la inversión de la brisa y entonces
los vientos comienzan a desplazarse desde el Lago de Maracaibo hacia las costas y las paredes
del dominio. Estas brisas irán adquiriendo mayor intensidad a medida que pasa el tiempo. La
frontera norte se debilita paulatinamente.
A las 16.30 HLV (21Z) las brisas desde el Lago son, estadísticamente hablando, más intensas.
La pared de dominio en el norte de la CLM ha desaparecido a esta hora, y ocurre una inyección
de viento desde el Mar Caribe, que transporta energía y humedad hacia el centro de la CLM,
no sólo sobre el Lago, sino también sobre tierra firme (ver Figura 2). Durante las siguientes
horas de nuevo, en virtud del balance de masa en el dominio, el exceso debe ser transportado
fuera de la Cuenca, y esto ocurre a través de las paredes semipermeables. Hay una advección
media de humedad hacia las fronteras este, oeste y sur, que puede generar convección
orográfica o, luego de la puesta del Sol y los cambios de temperatura correspondientes, ayudar
a generar precipitaciones por oclusión de frentes fríos provenientes de las montañas. Vale
notar que precisamente ocurre una nueva inversión de las brisas de lago (de nuevo dirigidas
4
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
Figura 2: Ciclo diurno de circulación atmosférica en la zona de estudio: la figura presenta mapas de viento
de superficie (10 metros de altura) producidos por una simulación computacional con el modelo WRF
(datos NOSA30K [Muñoz y Recalde, 2010]) para la Cuenca del Lago de Maracaibo. Los colores de las
corrientes representan la velocidad de los vientos en metros por segundo (m/s). La imagen de la izquierda
corresponde a las 16.30 HLV (21Z), mientras que la de la derecha a las 04.30 HLV (9Z). Nótese la inversión
en la circulación de los vientos en las distintas horas. Para detalles, ver Sección 1.
Cuadro 1: Hitos en el ciclo diurno de la Cuenca del Lago de Maracaibo, en Horal Local Venezolana (HLV)
y en Tiempo Univerzal (Z).
HLV Z (GMT)
04.30
09
10.30
15
13.30
18
16.30
21
19.30
00
01.30
06
Hito
Máxima advección desde las cordilleras hacia la CLM.
Pared de dominio al norte, formada y estable.
Temperatura superficial homogénea en la CLM.
Mínimo en las brisas.
Inversión de brisas del lago
(Lago→Tierra firme)
Brisas intensas. Ha desaparecido la pared de dominio
por completo en el norte. Advección desde el Caribe.
Inversión de brisas del lago
(Tierra firme→Lago)
Mínimo de temperatura en las costas. Brisas
intensas hacia el Lago
hacia el Lago de Maracaibo) entre las 19.30 HLV (00Z) y las 22.30 HLV (03Z). De este modo, el
ciclo vuelve a repetirse. Un resumen de este proceso se presenta en el Cuadro 1.
Hasta donde es conocimiento de los autores, es la primera vez que se reporta para la Cuenca
esta relación entre las circulaciones, advecciones y precipitaciones medias, y especialmente la
Reporte CMC-GEO-01-2012. Centro de Modelado Científico (CMC). Muñoz y Díaz, 2012
5
ocurrencia de la pared de dominio norte descrita en los párrafos anteriores. Si lo expuesto aquí
es cierto, se esperaría poder medir diariamente dos picos mínimos de presión atmosférica
superficial, coincidentes con la ocurrencia del incremento de vientos en la CLM desde la
frontera norte (hacia las 04.30 HLV) y desde las montañas circundantes al Lago (16.30 HLV).
Vale mencionar que estos dos picos no son visibles en los datos disponibles por el Servicio
Meteorológico de la Aviación Bolivariana de Venezuela [SEMETFAV, 2008] para la estación de
la Base Aérea Rafael Urdaneta (BARU), sin embargo, han sido medidos con gran resolución
recientemente por instrumentos del CMC [Muñoz et al., 2011] en la misma ubicación de la
estación mencionada (ver Figura 3).
Figura 3: Series de tiempo de temperatura (a la izquierda), humedad relativa (al centro) y presión
superficial (a la derecha) en horas en HLV entre el 13 y 17 de Febrero 2011. La figura, original de Muñoz
et al. [2011], presenta una comparación de las medidas del instrumento ICARO (rojo) del CMC versus las
de la estación de SEMETFAV ubicada en la BARU (azul). Vale notar el doble máximo diario en la serie de
tiempo de la presión superficial, precisamente a las horas señaladas en la Sección 1 como las de mayor
magnitud esperada.
Ciclo Anual
A partir de los datos NOSA30k se ha calculado la climatología mensual multianual de
la energía potencial disponible convectiva (EPDC) y vientos de superficie para el período
1998-2008. Se produjeron mapas de dichas variables y se superpusieron para observar su
comportamiento medio a lo largo del año. Estos mapas muestran máximos de EPDC, con
valores de 2200 − 2400 J kg−1 , para el tercer trimestre del año y sobre todo durante el mes de
septiembre, en correspondencia con la mayor actividad eléctrica anual en la cuenca. Al mismo
tiempo se observa que los niveles mínimos de dicho índice energético (300 − 400 J kg−1 )
aparecen en los dos primeros meses del año en correspondencia esta vez con los niveles
mínimos de descargas eléctricas anuales. En la figura 4 se observa que la distribución de
los valores más altos de la EPDC se encuentra ubicada durante todo el año sobre el lago y
la zona pantanosa del Parque Nacional Ciénagas de Juan Manuel de Aguas Claras y Aguas
Negras (PNC) al sudoeste del mismo. En el caso de los vientos de superficie, las magnitudes
de los vientos de entrada en la cuenca son mayores durante enero y rondan los 12 a 18 J kg−1
terminando por tener 1 a 2 J kg−1 sobre la zona del PNC. Durante el mes de septiembre se
registran las medias mínimas del año para los vientos de entrada en la cuenca (4 a 9 J kg−1 )
que al arrivar a los pantanos han perdido casi toda su energía cinética hasta poseer medias
de 0, 5 J kg−1 . Estos valores sugieren una anticorrelación entre los vientos de superficie y
la actividad eléctrica en la zona. En el caso de la inhibición convectiva se observa una
periodicidad análoga a la de la EPDC, con mínimos a principios de año y máximos a finales
6
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
del tercer trimestre. La figura 5 muestra los meses extremos, es decir, enero y septiembre. Se
destaca de ellos que aparecen dos zonas conexas con muy baja IC sobre el Lago de Maracaibo
y sobre el PNC para el mes de septiembre. Cuando se observan los valores de la EPDC para
este mismo mes, se concluye que estas zonas deben tener las mayores facilidades naturales
para generar convección en toda la cuenca. De aquí que, en los datos registrados por el LIS, se
observen sobre estas zonas la mayor densidad de destellos [Albrecht et al., 2009]. Los valores
medios máximos en septiembre giran en torno a los 55J.kg−1 y aunque la IC es muy baja
en enero, los niveles también bajos de la EPDC para ese mes impiden frecuentes desarrollos
convectivos en la zona y por ende existe poca actividad eléctrica durante esa parte del año.
(a) Enero
(b) Septiembre
Figura 4: Climatología mensual multianual de la EPDC, IC y vientos para el período 1998-2008.
2. Un Breve Análisis sobre los Flujos de Energías en el Catatumbo
En esta sección se discuten primeramente algunos aspectos relacionados con los flujos
energéticos en un volumen de control en la CLM. Sus implicaciones se revisan a la luz de la
escala de tiempo asociada con ciclo diurno y el ciclo anual. Se considera un fluido no viscoso,
pero compresible y en general no hidrostático.
Es posible mostrar ([Peixoto y Oort, 2005]) que el flujo de energía potencial total (interna I
más potencial Φ) por unidad de masa de la atmósfera puede escribirse como
d
(Φ + I ) = gw − pα∇ · v + Q
dt
(1)
donde v = (u, v, w) es el trivector velocidad, con componentes zonal (u), meridional (v)
y vertical (w) en general no nulas, g es la aceleración de gravedad, Q es el calentamiento
diabático, p es la presión y α es el inverso de la densidad ρ.
Reporte CMC-GEO-01-2012. Centro de Modelado Científico (CMC). Muñoz y Díaz, 2012
(a) Enero
7
(b) Septiembre
Figura 5: Climatología mensual multianual de la IC para el período 1998-2008.
Similarmente, para la energía cinética (básicamente la horizontal) por unidad de masa se tiene
d
K = − gw + pα∇ · v − α∇ · ( pv + τ · v) + Q f
dt
(2)
donde τ es el tensor de esfuerzos.
En las ecuaciones (1) y (2) los términos gw y − pα∇ · v representan, respectivamente, el
trabajo hecho por la parcela en contra del campo gravitacional y el trabajo llevado a cabo
por compresión en contra del campo de presiones; el que aparezcan ambos y con los signos
contrarios en estas ecuaciones sugiere que son precisamente los términos de conversión de
energía cinética en potencial y viceversa. El término −α∇ · ( pv + τ · v) corresponde al trabajo
en las fronteras por las fuerzas de presión y fricción.
El calentamiento diabático puede escribirse como la adición de dos términos:
Q = Qh + Q f
(3)
Qh = −α∇ · Frad − L(e − c) − α∇ Jcond
(4)
donde
que incluye términos radiativos, de calor latente (e es la evaporación, c la condensación y L
es el calor latente específico) y de conducción, respectivamente. Q f está asociado a disipación
por fricción.
Considérese ahora un volumen de control V ubicado, por conveniencia, sobre la zona del
Catatumbo (aproximadamente sobre la desembocadura del río Catatumbo en el Lago de
Maracaibo, aunque la localización exacta no es importante). Se escoge que el mismo inicie
a la altura del borde superior de la capa de frontera planetaria o en el Nivel de Convección
Libre, y que las dimensiones del mencionado volumen no sean tan grandes como para que
sus fronteras laterales coincidan con las montañas en la CLM. La frontera superior puede
escogerse al Nivel de Equilibrio o unos pocos kilómetros por encima del mismo (dado que
8
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
aunque la aceleración desaparece en este nivel, aún pueden ocurrir ascensos de parcelas
a velocidad constante antes de la estabilización). Estas consideraciones eliminan de las
ecuaciones (1) y (2) los términos asociados con fricción y transferencia general de energía de
la atmósfera al Lago o superficie del dominio en estudio. Asimismo, el término de conducción
en el flujo calórico de la ecuación (4) puede obviarse en este caso y el término de disipación
por fricción Q f también desaparece debido a que el fluido no es viscoso.
Esto es, luego de una ligera manipulación,
ZZZ
V
d
(Φ + I ) dV =
dt
ZZZ
V
donde Fp ≡ −
∇p
ρ
ZZZ V
d
KdV =
dt
gw −
ZZZ V
1
∇ · pv + Fp · v + Qh dV
ρ
− gw + Fp · v dV
(5)
(6)
es la fuerza por unidad de masa asociada a cambios en la presión.
Se deduce que para el volumen de control la energía potencial aumenta con incrementos del
calor latente, sensible y radiativo, así como con la velocidad de ascenso de las parcelas de aire.
Sin embargo, disminuye con el incremento en las fronteras del campo de vientos y presiones,
que involucran un aumento en la presión neta externa ejercida sobre el volumen (un efecto de
compresión), y por ende ocurre un trabajo en contra del campo de presiones para contrarrestar
este efecto. El mismo aumento del campo de vientos y presiones en la frontera, sin embargo,
incrementa la energía cinética media, disminuyendo con los trabajos realizados en contra del
campo gravitacional.
Así pues, la ecuación (5) en esencia revela un aspecto importante para la ocurrencia de celdas
convectivas en el volumen de control. El aumento de los vientos incidentes en las fronteras
a la vez disminuye el flujo de energía potencial por medio del término entre paréntesis en la
ecuación (5), y lo incrementa por medio del término − L(e − c) de Qh gracias a la advección de
humedad (y energía). Esto último es cierto debido a que en general en el Trópico y en zonas
muy húmedas como la estudiada aquí la condensación total es mayor que la evaporación neta,
y además |α∇ · Frad | < | L(e − c)|, por lo que Qh > 0. Vale recordar que en general la energía
cinética es despreciable comparada con la energía potencial (< 5 % de la energía total), y por
ende no será considerada en este análisis.
El quid del asunto está entonces en determinar qué término es el dominante entre el trabajo
realizado en contra de la presión en las fronteras (pα∇ · v) y el término que puede denominarse
aquí de condensación o calor latente y radiación (Qh = −α∇ · Frad + L(c − e)). Esto dependerá,
en principio, tanto de la magnitud de la velocidad como de la advección de masa y energía.
Si se considera un mismo valor medio de velocidad de ascenso w = w = constante > 0 en
el volumen, para fines del presente análisis entonces se tienen los siguientes casos (ver Figura
6). Vale mencionar que la intensidad de las precipitaciones y la ocurrencia o no de descargas
eléctricas depende del valor de la energía potencial disponible para convección.
–I–
RRR
RRR
d2
dV | pα∇ · v| >
V dV | Q h | =⇒
V dV dt2 ( Φ + I ) < 0: El flujo de
energía potencial va disminuyendo paulatinamente, y la energía potencial decrece no
linealmente. Algunas celdas convectivas pueden formarse y producir precipitación
y descargas elétricas, pero no ocurrirían en grandes extensiones espaciales y por
RRR
V
Reporte CMC-GEO-01-2012. Centro de Modelado Científico (CMC). Muñoz y Díaz, 2012
9
Figura 6: Ilustración cualitativa de los casos I (izquierda), II (centro) y III (derecha) de flujo de energía
potencial para el volumen de control. Para detalles, ver texto principal.
largos períodos. Si la humedad es suficiente y ocurre conversión de condensación
en precipitación se esperarían luego de este proceso valores muy bajos de energía
potencial en el volumen de control. Podrían ocurrir también en este caso descargas
eléctricas sin precipitación.
RRR
RRR
RRR
d2
– II –
V dV dt2 ( Φ + I ) = 0: A este caso se le
V dV | Q h | =⇒
V dV | pα ∇ · v| =
denominará acá Equilibrio Advectivo-Radiativo (EAR). Toda la advección presente en
el volumen de control balancea exactamente el término de flujo calórico. El flujo de
energía potencial permanece con un valor constante, pero la energía potencial (que es
igual a g∆z(t) donde ∆z(t) es el desplazamiento medio vertical de las parcelas en el
volumen de control) se incrementa o decrementa linealmente.
RRR
RRR
RRR
d2
– III –
V dV dt2 ( Φ + I ) > 0: El flujo de
V dV | Q h | =⇒
V dV | pα ∇ · v| <
energía potencial se incrementa con el tiempo, debido a la advección de humedad
en el volumen de control. La energía potencial crece no linealmente. Hay mayor
probabilidad de encontrar múltiples celdas convectivas, con mayor desarrollo vertical
y extensión espacial, que pueden existir durante períodos de tiempo mayores que
en el caso anterior. Dependiendo de las tasas de cambio y de advección, este caso
puede estar asociado a precipitaciones de muy alta intensidad y corta duración o de
intensidad media/baja y larga duración. Las precipitaciones y las descargas eléctricas
pueden ocurrir simultáneamente.
El sistema puede pasar de un estado a otro de los recién mencionados aumentando o
disminuyendo el flujo de energía potencial, como se ilustra cualitativamente en la Figura 6.
Por ejemplo, luego de la conversión de condensación en precipitación, el sistema en el estado
II podría pasar a encontrarse o bien en el caso I o en el caso III.
Es inmediato notar que
RRR los siguientes subcasos de interés surgen si la advección media es
∼
nula o despreciable,
V dV | pα ∇ · v| = 0 y el sistema no está ejerciendo trabajo en contra
del campo de presión ni recibe inyección de humedad:
10
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
– I-a – Qh < 0 =⇒ L(c − e) < 0: Esto implica que la evaporación es mayor que la
condensación, y por ende con el paso del tiempo la humedad en el volumen de control
disminuye, desaparecen las nubes y aumenta la diafanidad de la atmósfera.
– II-a – Qh = 0 =⇒ |α∇ · Frad | = | L(c − e)|: este es un caso particular de II (aunque
formalmente I y III lo incluyen también). Se tiene Equilibrio Convectivo-Radiativo (ECR),
y entonces w = 0. El sistema no ingesta humedad, pero mantiene un balance entre la
convección y la radiación que limita la cantidad de precipitación y descargas eléctricas.
– III-a – Qh > 0 =⇒ L(c − e) > 0: este es un caso particular de III. El volumen de control
cuenta con una humedad inicial y la condensación es mayor que la evaporación. Pueden
ocurrir precipitaciones y descargas eléctricas, limitadas por la humedad y energía potencial
disponible.
Habiendo establecido los posibles estados del sistema, se procede a continuación a analizar
los ciclos diurno y anual. La fenomenologí reportada corresponde a la de la Sección 1, que es
la media en cada caso.
Ciclo Diurno
Hacia la medianoche de cada día, la CLM posee la mayor humedad relativa del ciclo. Los
vientos reinantes apuntan hacia el centro del lago, con transporte de humedad proveniente
de las montañas. La advección por el campo de vientos no es despreciable, pero el término
de calor latente prevalece (caso III), con condensación ocurriendo en distintas ubicaciones
de la Cuenca. Pueden haber precipitaciones importantes y actividad eléctrica. A medida que
avanza la noche, estos mismos vientos tenderán a contrarrestar la entrada de vientos alisios
por el norte del Lago. Esto hace que la inyección de humedad proveniente del Mar Caribe
se detenga gradualmente hasta que a las 4:30 HLV se cierre su entrada y así se presenta el
caso II puesto que se reduce la ingesta de humedad pero al mismo tiempo sigue existiendo
un trabajo efectuado por los vientos provenientes de las cordilleras. Este escenario prevalece
hasta primeras horas de la mañana ya que a medida que las temperaturas aumentan, éstas se
hacen más homogéneas en la cuenca. Las brisas pierden intensidad hasta que a las 10:30 HLV
las magnitudes de los vientos son las menores de todo el ciclo y la mayor fuente de humedad
la provee el calentamiento, que en este momento es leve (caso II-a). En este caso los valores
del calor latente y de los vientos son muy pequeños y por ende no tendremos un aumento
significativo del flujo de energía potencial y por consiguiente una baja tasa de generación de
inestabilidades en la cuenca.
Con el pasar del tiempo se van calentando las tierras que circundan el lago hasta que el
gradiente de temperaturas se invierte y a las 13:30 HLV se establece un régimen de flujo de
vientos hacia afuera del lago. Estamos en presencia del caso I en el que el trabajo hecho por
los vientos es dominante en la cuenca. La entrada de aire cargado de humedad del norte se
traslada hacialas costas y a las 16:30 HLV se empiezan a observar los primeros cumulonimbi
del día sobre estas zonas. A pesar de que sobre el lago seguimos en presencia del caso I, sobre
las costas podemos decir que el caso II empieza a aparecer. Cabe añadir que para el caso
de la Costa Oriental del Lago (COL) la interacción del aire seco (de menores temperaturas)
proveniente del Este genera una oclusión de frentes que tiene como resultado la aparición
recurrente a esta hora de nubes de gran desarrollo vertical sobre estas zonas. Al disminuir
la radiación incidente sobre la cuenca, la magnitud de los vientos hacia las costas disminuye
y los vientos provenientes del Mar Caribe depositan su humedad en las zonas centrales del
Reporte CMC-GEO-01-2012. Centro de Modelado Científico (CMC). Muñoz y Díaz, 2012
11
Lago lo que propicia el establecimiento del caso III y las consecuentes celdas tormentosas. A
las 19:30 HLV se invierten los vientos y ahora se dirigen hacia el Lago cerrando de nuevo el
ingreso de los Alisios y dando comienzo de nuevo al ciclo.
Ciclo Anual
Observando la climatología de la EPDC y vientos se puede asociar estos casos a las épocas
del año en las que en las que estas se manifiestan. En los primeros meses del año prevalece el
caso I. La fuerte actividad ventosa sobre la cuenca aunada a las bajas tasas de radiación que
inciden en la zona genera un decremento de la actividad convectiva y es justo lo que sucede. A
medida que se va incrementando el calentamiento de la región y va disminuyendo el trabajo
ejercido por los vientos sobre la cuenca estos dos factores tienden a equilibrarse y la actividad
convectiva aumenta con lo que se hace presente el caso II. Esto es típico del segundo trimestre
del año. A partir de allí se crea un desbalance en favor del calentamiento, perteneciente al caso
III, que hace frecuente la formación de celdas tormentosas y cuyo clímax aparece en los meses
de agosto y septiembre.
3. Conclusiones
En este reporte técnico se han discutido aspectos relacionados con el flujo energético (cinética y
potencial) dentro de la Cuenca del Lago de Maracaibo, empleando los flujos correspondientes
para diagnosticar la fenomenología encontrada a escalas anual y diaria. Se sugiere que
esta metodología podría ser útil para comprender en términos energéticos otros procesos
relacionados que están presentes en la Cuenca. Un artículo técnico está en preparación con
detalles adicionales.
4. Referencias
Falcón, N., Pitter, W., Muñoz, A., Nader, D., 2000: Microfísica del Relámpago Del Catatumbo.
Ingeniería UC. Junio, año/vol. 7. Número 001, Universidad de Carabobo.
Falcón, N., Pitter, W., Muñoz, A., Barros, T., Viloria, A., Nader, D., 2000: Modelo
Electroatmosférico del Relámpago sobre el Río Catatumbo", Sci. J. Exp. Faculty of
Sc. (Ciencia), 8, 2,155-167.
Stock, J., Martinez, D., Muñoz, A., Stagg, M., Velásquez, R., 2011: Lightning Activity in
Northwestern Venezuela, submitted to Meteorology and Atmospheric Physics (Ref
MAP-S-10-00041). 10pp.
Amador, J., 2008: The Intra-Americas Sea Low-Level Jet, Ann.N. Y. Acad. Sci., 1146, 153 188,
doi:10.1196/annals.1446.012.
Muñoz, A., Díaz, J., 2011: The Catatumbo Lightnings: A Review. XIV International Conference
on Atmospheric Electricity, Rio de Janeiro, Brazil.
Díaz, J., Muñoz, A., 2012. Energética del Relámpago del Catatumbo. Trabajo Especial
de Grado. Depto. de Física, Facultad de Ciencias de La Universidad del Zulia.
Maracaibo. 102pp.
SEMETFAV, 2008: Datos del Servicio Meteorológico de la Aviación Bolivariana de Venezuela.
Archivos ASCII.
Muñoz, Á.G. y Recalde, C., 2010: North Western South America Retrospective Simulation
from CMC - OA INAMHI. Centro de Modelado Científico (CMC) e INAMHI.
Conjunto de datos disponible públicamente en http://iridl.ldeo.columbia.
edu/SOURCES/.U_Zulia/.CMC/ [Consulta: Febrero 2012]
12
Los Relámpagos del Catatumbo y el Flujo Energético Medio en la Cuenca del Lago de Maracaibo
Muñoz, Á.G., Núñez, A., Moretto, P., Arismendi, D., Velásquez, R., 2011: Validación del
Instrumento Ícaro-1: Resultados Experiencia en la BARU - Febrero 2011. Reporte
público CMC-GEO-DDI-02-2011. Centro de Modelado Científico. Universidad
del Zulia. 12 pp. Disponible en http://cmc.org.ve/portal/archivo.php?
archivo=134
Oort A., Peixoto, J., 1992: Physics of Climate. Springer-Verlag. New York.
Albrecht, R., Goodman, S., Buechler, D., Chronis, T., 2009: Tropical Frequency and Distribution
of Lightning Based on 10 Years of Observations From Space by the Lightning Imaging
Sensor. Fourth Conference on the Meteorological Applications of Lightning Data,
Colorado State University. Session P2.12.