Onda de Montaña 1
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Índice Global: temas de las 4 presentaciones
I. Génesis y dinámica de los sistemas de onda de montaña
II. Aspectos de seguridad en el vuelo en onda
III. Volando en onda: más lejos, más alto…
IV. Atlas de nubes de onda de montaña
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Índice Parte I1. De los planeos de descenso, a la conquista de la onda para
el vuelo a vela: principales hitos históricos
2. ¿Qué son las ondas de montaña?
3. ¿Cómo ser forman las ondas de montaña?
4. Dinámica de las ondas de montaña: factores que determinan sus características y evolución
Foto Portada: LS-6 volando en onda entre espectaculares lenticulares en Bjorli, Noruega. Copyright Torbjörn. Fuente: http://www.dg-flugzeugbau.de/foto-09-05.html
En esta hoja: Cirroestratos con irisaciones originado por onda de montaña sobre la ciudad de Valencia (España). Foto del autor.
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De los planeos de descenso, a la conquista de la onda para el vuelo a vela: principales hitos históricos
La forma convexa que las lenticulares adquieren mimética con la forma de corriente ondulatoria de la cresta, se distingue perfectamente en este conjunto de altocumuluslenticularis. En los niveles bajos numerosos cúmulos de rotor. Y en los altos, cirroestratos undulatus también de origen ondulatorio. El planeador vuela en onda durante elcampamento de onda de Vågå, Noruega, del 2004.Copyright Axel Morgenstjerne
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Fuente foto: http://www.lilienthal-museum.de/olma/l2058.htm
La esencia del Vuelo sin Motor o más gráficamente expresado, Vuelo a Vela, consiste en ascender y mantenerse en el aire utilizando como única energía la proporcionada por la naturaleza.En 1.891 el ingeniero civil alemán Otto Lilienthal consiguió hacer el primer vuelo de planeo, seguro y controlado de la historia. Su única energía era la potencial gravitatoria que le aportaba la altura desde la que saltaba en la colina que construyó para sus ensayos.
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Fuente foto: http://www.segelflugmuseum.de/deutsch/article/fsvx/index.html
El F.S.V.X. desarrollado por los alumnos del Instituto Técnico de Darmstadt consiguió en las laderas de Wasserkuppe un nuevo record mundial con 812 m de distancia, y 52 segundos de vuelo. Corría el año 1.912 y el piloto alemán Hans Gutermuth estaba a sus mandos. La altura a la que se encontrara la ladera desde la que se lanzaba al velero seguía siendo la única energía con la que éste contaba para poder mantenerse apenas unos segundos en el aire, hasta llegar al suelo en un vuelo planeado de descenso. Lo embrionario de los diseños de esta época no daba para más. Lo que ya era mucho.
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El “Blaue Mause“ era prácticamente similar pero algo más ligero que el “Schwarze Teyfel” (“Diablo Negro”), modelo que se muestra en la fotoFuente foto: http://www.lilienthal-museum.de/olma/l2058.htm
El Blaue Mause (“Ratón Azul“) fue el primer velero en batir el histórico record de permanencia logrado en 1.911 en las dunas de Kitty Hawk por la versión planeador de los hermanos Wright de 9 minutos y 45 segundos. A los mandos de Klemperer, logró completar un vuelo de 13 minutos recorriendo 5 km. Este registro que hoy en día puede considerarse muy pobre, marcó sin embargo uno de los hitos claves en los primeros años de evolución del vuelo a vela. Aunque la existencia de laascendencia orográfica era de sobra conocida por los pilotos de la época, todavía no se había logrado explotarla de este modo. La idea latente de que el aprovechamiento de este tipo de fuerza ascensional podría ser una fuente adecuada de energía para lograr el avance en la duración y distancia de los vuelos, comenzaba a materializarse con la evidencia de los hechos.
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Fuente foto: http://www.akaflieg-hannoveer.de
La experiencia acumulada durante los años 1.920-21 en Wasserkuppe marcó el acelerado desarrollo del vuelo a vela en los años siguientes. La ascendencia orográfica guardaba ya pocos secretos para los pilotos. Se sabía dónde estaba y cómo conseguir aprovechar su empuje. Pero aún faltaba contar con un avión con unas características técnicas adecuadas para dominarla por completo. No tardó mucho en hacer aparición el primer protagonista de esta nueva etapa. El 22 de agosto de 1.922, el “Vampir”, diseñado por el alemán Georg Madelung en 1921 conseguía por primera vez en la historia superar lahora de duración en vuelo planeado. La duración exacta fue en realidad de 1 hora y 6 minutos, habiendo recorrido un total de 8,9 Km. y conseguido una altura máxima sobre el relieve de 108 m.
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Fuente foto: http://www.lilienthal-museum.de/olma/l2058.htm
La esencia del Vuelo sin Motor o más gráficamente expresado, Vuelo a Vela, consiste en ascender y mantenerse en el aire utilizando como única energía la proporcionada por la naturaleza.En 1.891 el ingeniero civil alemán Otto Lilienthal consiguió hacer el primer vuelo de planeo, seguro y controlado de la historia. Su única energía era la potencial gravitatoria que le aportaba la altura desde la que saltaba en la colina que construyó para sus ensayos.
1.8911.8911.8911.891En la tarde del 12 de agosto de 1.926 Max Kegel despegó con su “Kegel” mientras una incipiente tormenta comenzaba a desarrollarse sobre Wasserkuppe. Después de un muy accidentado vuelo, logró aterrizar sin percances a la increíble distancia de 54 Km. El primer vuelo de cross-country o distancia de la historia del vuelo sin motor había tenido lugar. Por fin se había conseguido dejar las laderas atrás, y las llanuras emergían como el nuevo horizonte a conquistar. La energía de los cumulonimbo y frentes de turbonada, habían brindado la posibilidad de que así fuese. El vuelo de Kegel, disparó la fiebre por el vuelo de distancia. G. Groenhoff consiguió en 1.931 llegar a los 272 km aprovechando esta energía. Su avión era un “Fafnir” (Foto)
Fuente foto: http://scalesoaring.co.uk/Documentation/Fafnir/FafnirStory.html#
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Hasta el año 1928 no se habían realizado todavía vuelos a vela con apoyo térmico fundamentalmente porque se desconocían las leyes que regían la aparición y desarrollo de este tipo de ascendencias. Fueron necesarios los resultados de las investigaciones dirigidas por el profesor Giogii y llevadas a cabo en Darmstadt (Alemania), empleando aviones de motor, globos, y por fin, veleros, para que el vuelo “con apoyo en las nubes”, tal y comoentonces se conocía, diera una nueva dimensión a este deporte. El vuelo se abrió a las llanuras, y los record de distancia se superaban año tras año. En 1.931 Kronsfeld volando su “Viena” superó por primera vez la frontera de los 100 km utilizando de manera combinada la ascendencia orográfica y la térmica.
Fuente foto: http://www.soaringissa.org/wasserkuppe/pre_1930_photos/!pica12.jpg
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Foto: Grunau Baby II bFuente foto: http://www.segelflug.de/vereine/grabenstetten/gk.htm
El 3 de marzo de 1933 un instructor de vuelo a vela alemán llamado Hans Deutschmannestaba volando un Grunau Baby en la escuela de vuelo de Wolf Hirth cerca de la ciudad de Grunau, situada en la Silesia alemana. Pero algo no era muy normal. El planeador se encontraba ambos, demasiado alto sobre el pequeño relieve; y demasiado a barlovento del mismo como para que la ascendencia de ladera explicara la situación. Hirth decidió despegar y estudiar el mismo la situación. Así lo hizo, y durante varias horas voló envuelto en al extraño fenómeno. La onda de montaña acababa de ser descubierta para el vuelo. Ha sido la última, pero sin duda, la más poderosa y misteriosa de todas las energías que la naturaleza nos ofrece para volar sin motor
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¿Qué son las ondas de montaña?
Altocumulus estratiformis Lenticularis radiatus duplicatus sobre Mosfellsdalur (Islandia)Copyright Ómar Runólfsson. http://www.flickr.com/photos/omarrun/
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El choque de la corriente contra una roca en el lecho del río, genera una serie de ondas resonantes que se propagan algunos metros por delante del obstáculo. Estas “olas” permanecen estacionarias, y no se mueven río abajo. Igual ocurre en la atmosfera, cuando el aire, en determinadas circunstancias, se enfrenta a una montaña. Un piloto de vuelo sin motor puede también “surfear” en las olas atmosféricas, como lo hace el surfista. Pero hay una diferencia: el surfista apenas se eleva unas decenas de cm; la onda en el aire puede, en cambio, elevar a un planeador hasta incluso más de diez veces la altura del relieve que la generó Un surfista sobre las aguas del río San Lorenzo, Canadá.Gentileza de Tor Lillqvist. http://www.flickr.com/photos/tml/
Una forma muy especial de “ola”: La onda de montaña
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Principales parámetros de las Ondas
§ Una onda de montaña es una Oscilación Periódica que se propaga a sotavento de una estribación montañosa.
§ La Longitud de la onda es la distancia cubierta por una repetición del movimiento de la onda (distancia entre dos crestas). Al tiempo que tarda en hacerlo se le denomina Frecuencia.
§ Amplitud es la distancia máxima de la onda del punto cero o del punto de equilibrio.
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La trayectoria de los flujos en la onda generalmente es más irregular que la mostrada en los modelos
Las suaves oscilaciones periódicas de una onda de montaña quedan dibujadas en el cielo porel humo de un gran incendio forestal. Como vemos, el patrón dibujado por la perturbación nosrecuerda al esquema ideal del modelo. Aunque, como ocurre siempre en situaciones reales deondas atmosféricas, las trayectorias dibujadas por las líneas de energía distan mucho delrecorrido homogéneo y simétrico representado en los esquemas habituales (la diferentedensidad del humo nos ayuda a identificar mejor este efecto).
El fuego se desarrolló en la montaña Terrace, Vernon, Columbia Británica (Canadá),Copyright Fraser Langlands
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Ondas atrapadas: casi toda la energía se canaliza horizontalmente a sotavento del obstáculo, produciendo un tren de oscilaciones que pueden llegar a recorrer distancias de cientos de kilómetros.
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Propagación vertical: suelen tener una única ondulación que se proyecta sobre la vertical de la montaña alcanzando grandes altitudes.
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Dos tipos principales de ondas de montaña o sotavento
Las características de la montaña, las condiciones de estabilidad atmosférica y el perfil vertical del viento, determinan qué tipo de onda finalmente aparecerá.
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Las ondas de montaña “atrapadas” se propagan a sotavento de la estribación, oscilando en los niveles bajos y medios a lo largo de decenas de kilómetros. Cada cresta del tren suele ir acompañada de altocúmulos lenticulares. En la imagen altocúmulos lenticulares perfectamente alineados (izquierda) mostrando hasta cinco ciclos de una onda de montaña. La distancia media entre las nubes suele estar entre 5 y 10 Km. A la derecha, otro conjunto con un alineamiento menos definido.Upper Oldman, Alberta, Canadá). Copyright Hugh McDonald
Ondas de montaña “atrapadas” o resonantes
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Dos tipos principales de ondas de montaña o sotavento
< Típicas bandas paralelas de Ac Lc
Con orografía accidentada, el patrón resonante es propaga pocos kilómetros, apareciendo las nubes mezcladas en múltiples combinaciones, perosiempre paralelas a la montaña. VSuperior: Copyright Chris Saulit
Inferior: Copyright de Alejandro Movia
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Ondas de montaña “atrapadas” o resonantes
Casi toda la nubosidad que cubre el tercio central de la península Ibérica tiene su origen en ondas de montaña “atrapadas” generadas por intensos vientos de componente norte. Las nubes condensan en las crestas de las ondas y se fusionan en algunas zonas, configurando extensos mantos. El clásico patrón ondulatorio se distingue particularmente en la zona nubosa central. Vemos como los sistemas de onda pueden de este modo recorrer cientos de kilómetros.
NASA
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Dos tipos principales de ondas de montaña o sotavento
Una “barra lenticular” con el borde de barlovento bien definido, y paralelo al relieve, suele ser la firma habitual de las nubes orográficas producidas por las ondas no-atrapadas o de propagación vertical. La región de sotavento de la formación adquiere habitualmente, por el contrario, un aspecto más difuso o deshilachado, pudiendo llegar a generar un extenso manto de altoestratos o cirros de varios centenares de kilómetros de longitud. El lento proceso de evaporación de la nube constituida por cristales de hielo explica esta estructura.
Las Sierras este, California (Estados Unidos)Copyright K. Warnke. http://www.flickr.com/photos/9921160@N02/
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Dos tipos principales de ondas de montaña o sotavento
Larga barra de altocúmulos lenticulares típica de ondas de propagación vertical. Como vemos la nube se extiende de un extremo al otro del horizonte. Imagen captada desde el lago Tahoe a los pies de Sierra Nevada en la frontera entre los estados de Nevada y California.
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La onda de montaña puede darse a pequeña escala, permitiendo ganancias de altura de apenas unos centenares de metros; o dispararse hasta más de 15.000 m (record FAI mundial logrado en 2006 en los Andes). No obstante, el origen ondulatorio de fenómenos como las nubes noctilucentes (o nacreous) como la mostrada en la foto sobre Oslo, y que se forman entre los 20 y los 30 Km, ha disparado la imaginación: el objetivo ahora es alcanzar la estratosfera (Proyecto Perlan)
En cuanto a la distancias, ha permitido sobrepasar los 3.000 Km, y se han llegado a completar circuitos de más de 1.000 km volando a velocidades medias cercanas a los 300 km/h…
La energía más poderosa para el vuelo a vela…
Copyright Eirik Newth
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¿Cómo ser forman las ondas de montaña?
El planeador vuela en onda durante el campamento de onda de Vågå, Noruega, del 2004.Copyright Axel Morgenstjerne
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Origen y constitución de las NubesCondiciones para la formación y desarrollo de ondas de montaña
Fuente: http://meted.com/mesoprim/mtnwave/print.htm#4Gráfico: elaboración propia
Para que la onda de montaña inicie la oscilación necesita en primer lugar que un flujo de aire estable encuentre en su camino un obstáculo. El modo en el que una barrera montañosa influye sobre un flujo de aire que lo atraviesa, o dicho de otro modo, sobre la aparición o no de la onda y sus características potenciales, está determinado por tres factores fundamentales:
El flujo del aire:Su velocidad y dirección
C
Las características Orográficas de la ladera
B
La EstabilidadAtmosférica
A
Estable
Inestable
Adiabática
Temperatura
Altu
ra
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Hemos desplazado una porción de aire seco de un punto (A) a otro (B) situado a mayor altitud,con el objetivo de ilustrar los tres tipos de movimientos a los que se vería sometida según lascondiciones de estabilidad en la atmosfera. En condiciones estables, el movimiento vertical de laporción se inhibe. La tendencia de la porción de aire será a descender cuando deja de actuarsobre ella la fuerza que la desplazó. Cuando por el contrario la capa es inestable, la porción deaire tenderá a moverse continuamente hacia arriba o hacia abajo una vez haya sido puesta enmovimiento. Y por último, las condiciones neutrales ni propician ni inhiben el moviendo; si elpaquete de aire es cambiado de posición, permanecerá en el lugar donde se deje.
Elaboración del autor
A) Tres tipos de estabilidad en la atmosfera
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§ Para que las ondas de montaña nazcan, la atmosfera debe poseer algún grado de estabilidad estática. § Cuando una porción se encuentra en una
capa inestable y es forzada a ascender (en nuestro caso por el obstáculo representado por la montaña), continuará elevándose hasta que la energía que la impulsa, fruto del enfriamiento adiabático, se agote (su temperatura se iguala con la del aire circundante). § La respuesta de la porción cuando la capa
es estable es, sin embargo, muy distinta: intentará recuperar su posición inicial o de equilibrio, nada más cese la fuerza generadora de dicho movimiento. La fuerza restauradora de la gravedad es la que interviene en este caso obligando a la porción volver a su lugar de origen.
A) Interacción entre la onda de montaña y la capa de inversión
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§ Si el aire estable es desplazado hacia arriba o hacia abajo, tiende a volver a su nivel de estabilidad original. Esta situación se ilustra en el gráfico. El aire es obligado a subir, expandiéndose .La expansión hace que se enfríe más que el ambiente que le rodea, así que se hunde de nuevo (el aire frío pesa más). Pero su momentum hace que sobrepase el nivel original. Al descender se comprime y calienta, por lo que vuelve a ascender. El resultado es una oscilación.§ Las oscilaciones atmosféricas tienen una frecuencia
natural que depende siempre de la estabilidad del aire, y que es conocida como frecuencia o periodo de Brunt-Väisälä. § Es de esta forma como el motor de las ondas de
montaña se pone en marcha y las mantiene viajando a lo largo de muchos ciclos. O lo que es lo mismo, muchos kilómetros.
Fuente:http://www.glidingmagazine.com/FeatureArticle.asp?id=220. Elaboración traducida propia
Expansión (frío)
Compresión (calor)
Nivel Original
Frecuencia de Brunt-Väisälä
A) El motor de las ondas atmosféricas: la frecuencia deBrunt-Väisälä
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Como ilustración hemos comparado la capa estable con un muelle:
1: Representa una atmosfera estable que se asemeja a un sólido y resistente muelle incapaz de oscilar. La capa estable es muy profunda, y se extiende desde el suelo hasta muy por encima del relieve: tiende a suprimir todo movimiento interno vertical.
2: Una atmosfera con baja estabilidad es comparada con un muelle de sección muy delgada que ofrece poca resistencia al movimiento vertical. Las secciones del muelle se desplazan fácilmente hacia arriba y sobre la montaña y se quedan ahí. Una vez el efecto de ascenso generado por el relieve desaparece a sotavento, el muelle vuelve a su posición original
3: Potente muelle ubicado entre otros dos más débiles: capa estable emparedada entre otras dos menos estables. El muelle más fuerte continuará rebotando durante algún tiempo después de que la porción de aire haya cruzado la estribación montañosa.
A) Principales formas de interacción entre las condiciones de estabilidad y las ondas: tipo de flujo aerodinámico o patrón ondulatorio resultante
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§ Con una capa estable o de inversión cerca de las cumbres, la corriente aérea es: lo suficientemente flexible para adoptar movimientos verticales; y suficientemente elástica para mantener el movimiento como una serie de oscilaciones verticales.§ La capa inferior de baja estabilidad no debe ser más alta que la altura del terreno generador
de la onda. § La capa estable inmediatamente superior es donde la actividad ondulatoria tiene lugar,
actuando como una banda o guía de oscilación§ La capa superior actúa como una especie de capa reflectante .que aporta una energía
complementaria al sistema. § Este “sándwich” permite a la capa intermedia de aire resonar de forma más efectiva,
facilitando que las oscilaciones viajen muchos kilómetros en la dirección del viento a sotavento de la montaña.
A) Una capa estable “emparedada” entre otras dos menos estables: las mejores condiciones para el desarrollo de potentes ondas
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A) Influencia de la anchura de la capa estable
El grosor de la capa estable puede variarampliamente entre 300 y 2.000 metros y La longitud de la onda es inversamente proporcional a esta profundidad. Cuando la capa estable es muy gruesa, las ondas están a menudo muy espaciadas (gran longitud) y la regularidad de sus formas persiste durante largas distancias. Si la capa estable no está bien definida, la onda puede ser irregular y no extenderse demasiado a sotavento.
ASH-25 MI volando a más de 6.000 sobre la cordillera de los Andes. Copyright Manni y Gitti Albrecht
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Origen y constitución de las Nubes
§ Hay dos aspectos fundamentales del relieve que afectan de forma decisiva a la excitación y la dinámica de las ondas de montaña:
1. las propias características orográficas como obstáculo.
2. el ángulo con el que el viento incide sobre las laderas (punto “C”).
§ Ahora bien, como a continuación veremos, la influencia de estos factores se reduce fundamentalmente a la amplitud de la onda. Su longitud, o distancia entre dos crestas, se ve muy poco o nada afectada por cómo sea la montaña en cualquiera de sus dimensiones.
B) El papel de la orografía
Terry Delore y John Mcaw vuelan con el ASH-25 del primero a unos5000 m en las proximidades del Monte Cook (Nueva Zelanda)Copyright John McCaw. McCawMedia.co.nz
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Origen y constitución de las Nubes
Fuente: Hubert, A. (1.990): p. 241
longitud
Amplitud
B) Características Orográficas de la ladera
§ No todas las montañas sirven para disparar ondas de montaña. Además de tener una altitud mínima, las estribaciones han de tener también la forma adecuada. § Por otro lado, la respuesta ondulatoria
será muy distinta cuando los flujos se enfrentan a una extensa cordillera, que cuando lo hacen a un pico aislado. § Todas las dimensiones del obstáculo
intervienen de este modo en la definición de la onda: altitud, extensión horizontal, extensión trasversal (anchura) y, finalmente, el perfil montañoso (inclinación) en el que estos elementos se combinan.
Hubert, 1990. Adaptado por el autor
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Origen y constitución de las Nubes
§ Los Andes constituyen el ejemplo paradigmático de cordillera de gran extensión (más de 7500 km de norte a sur) ideal para atrapar los flujos que se enfrenten a sus relieves. § Esta circunstancia, junto con su
orientación perpendicular a los vientos alisios predominantes, y la inclinación y altura de sus pendientes, la convierten en un paraíso para los vuelos en onda de montaña. § No es de extrañar, que los récords
mundiales de vuelo a vela, tanto de distancia (más de 3000 km) como de altitud (15.453 m), se hayan logrado en este lugar
NASA. JPL
B) Características Orográficas de la ladera
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B) Los relieves “en fase” aumentan la amplitud de la onda. “Fuera de fase” la disipan
§ Cuando el flujo de aire pasa sobre dos laderas que están separadas justo por una distancia igual a la longitud de onda (L1), la segunda ladera producirá una amplitud mucho mayor que la primera. Se dice entonces que las laderas están en fase, o se produce un fenómeno de resonancia.
§ Sin embargo, si la separación entre ladera es una vez y media la longitud de la onda (L2), la segunda ladera estará completamente fuera de fase: la onda encontrará terreno ascendente justo donde el aire debería estar descendiendo, lo que normalmente disipa su energía.
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§ Cuando los vientos recorren una planicie que acaba en una ladera descendente sobre un valle, pueden generar ondas gravitatorias similares a las producidas por las montañas. Los vientos descendentes de ladera en este caso, suelen ser menos cálidos y secos que sus iguales en montaña, ya que no han perdido la humedad en el ascenso (el efecto Foehn suele ser menor). § La estructura y dinámica, tanto de los rotores como de la zona laminar, no se
diferencia de sus hermanas de montaña. Los Rampart Range en el este de Colorado (USA) , o la Plateau de Valensole en Francia, son buenos ejemplos.
B) Características Orográficas de la ladera: onda en planicies que acaban en valles
Figura del autor
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Desde esta perspectiva de la Plateau de Valensole, se distingue claramente la uniformidad de su superficie y cómo acaba descendiendo suavemente hacia el valle. Con vientos de unos 35 Km./h los pilotos que vuelan sobre esta región (el centro de vuelo de Saint Auban se encuentra muy cerca) han contactado frecuentemente con la onda producida por este accidente geográfico. Esta meseta se encuentra en los Alpes de la Alta Provenza, al suroeste de Digne-sur-Bains. Su altitud media es de unos 500 m, y se extiende sobre una superficie de 800 km2. Está atravesada por el valle de L’Asse, que la divide en dos partes disimétricas .
Copyright: Ian Callen
B) Características Orográficas de la ladera: onda en planicies que acaban en valles
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Origen y constitución de las Nubes
§ Para que se produzca la onda de montaña el viento debe soplar perpendicularmente, o en un ángulo menor de 30º sobre las laderas.
§ Este ángulo debe darse tanto en la base como en altura (si la dirección cambia la formación de las ondas suele disiparse). Dentro de este ángulo se han constatado que se consiguen las mejores ascendencias.
§ Los Alpes de Nueva Zelanda, las Rocosas (USA) o los Andes (foto) con sus orientaciones N-S son excelentes generadoras al estar perpendicularmente expuestas a los continuos alisios del Oeste.
Fuente foto: www.imagens-terra.com/andes
C) El papel del viento: dirección dentro de los 30º
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§ Cuando varias montañas se encuentran en una misma región a distancias y ángulos distintos frente a los flujos, se suelen producir fenómenos de interferencia/complementación entre los distintos sistemas. § Las nubes de ondas se
“curvan” al fusionarse las corrientes disparadas por dos estribaciones con la misma orientación pero separadas a cierta distancia (izquierda). Cuando el viento incide oblicuamente sobre el relieve las bandas ondulatorias siguen paralelas al obstáculo, pero adquieren una configuración escalonada (“onda escalonada”).
Bradbury, 2000. Adaptado por el autor
C) Efectos del viento sobre el sistema de distintos relieves orientados en diferentes ángulos
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C) Efectos del viento sobre el sistema de distintos relieves orientados en diferentes ángulos: nodos en las barras lenticulares
El accidentado e irregular relieve cercano a Hachimantai Japón, modela la forma de la alargada banda ondulada de altocumulus lenticularis un día de intensa onda. A sotavento (parte superior) un velo nuboso de cristalitos de hielo todavía no evaporados. La consistencia de masa nubosa , y el hecho de que no parecen estar acompañada por otras lenticulares paralelas, apuntan a una onda de propagación vertical como su posible origen.
Copyright Jason Hill
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C) Efectos del viento sobre el sistema de distintos relieves orientados en diferentes ángulos: ondas escalonadas
Numerosos incendios forestales se encontraban activos el 20 de mayo de 2010 en el valle de San Lorenzo, Quebec (Canadá) Las extensas y estrechas plumas de humo nos indican que el viento en los niveles bajos sopla con intensidad. Este hecho, junto a la presencia de montañas en la zona, ha generado un sistema de onda que se visualiza en el patrón de nubes paralelas junto a los fuegos. El viento está incidiendo sobre las estribaciones oblicuamente, y por esa razón las bandas nubosas también configuran su disposición en paralelo del mismo modo.NASA Modis
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Autor y año Montañas Altitud (m) Velocidad (m/s)Booker (1965) Allegheny 300 5.0Pilsbury (1955) Reino Unido 600 7.5Manley (1945) Pennines 800 8.0Larsson (1954) Jämtland 1400 10.0Gerbier y Berenger(1960) Alpes franceses 1400 10.0
Jenkins y Kuettner (1953)
Sierra Nevada (EEUU) 2000 12.5
Para que las ondas de sotavento logren dispararse es necesario que el viento, sople a una determinada velocidad. Gran parte de las variaciones en la amplitud y longitud de la onda están moduladas por este factor. No obstante, esta relación se encuentra totalmente mediatizada por la altitud dela cadena montañosa. Cuanto más alta sea la estribación, más intensidad será necesaria para disparar las ondas. Y a la inversa, cuanto más baja, menor fuerza.
La relación suele obedecer a la siguiente formula: v = 4.44h + 4.06
(donde la velocidad v se expresa en m/s, y la altura h en K)
C) Velocidad necesaria para excitar las ondas
Comparación entre la velocidad mínima del viento necesaria para excitar ondas de sotavento y la altitud de las montañas que las generan. A la izquierda seindican los autores y años en que se publicaron los estudios de campo donde se registraron los datos.
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La velocidad del viento está también estrechamente ligada a la longitud de la onda. Cuanto más intensos sean los flujos, mayor la longitud de la onda. Hay una regla empírica y rápida que relaciona la longitud de onda
con la velocidad del viento en la capa donde las ondas se forman.
Longitud de onda (en millas) = 0,17 x velocidad (en nudos) – 1,61 milla=1.605 km. - 1 nudo=1.852 m
C) La velocidad del viento está directamente relacionada con la longitud de la onda
Las dimensiones de la nube de rotor, y de la lenticular generadas por la Sierra de Madrid, nos indican que sin duda nos encontramos ante una potente onda. Y el viento parece también intenso… Gentileza de François Rejeté
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Origen y constitución de las Nubes
Bradbury, 2000
§ La longitud de la onda puede variar entre los 3 Km. y los 30 Km. o más.
§ Como hemos visto, está controlada por la componente del viento perpendicular a la ladera (+viento = +longitud), y la estabilidad de la capa de aire superior(+estabilidad = -longitud).
§ El cuadro representa valores de longitud según velocidad, para un mismo valor de la capa estable
C) La velocidad del viento está directamente relacionada con la longitud de la onda
Un Discus en primer plano, y un Junior más abajo, sobrevuelanlos Alpes del Sur en Nueva Zelanda,Copyright John McCaw. McCawMedia.co.nz
Longitud ondaVelocidad viento
44Bradbury, 1995. Adaptado por el autor
§ Cuando el aire pasa sobre una cordillera, la energía se irradia en un rango muy amplio de longitudes de onda. Para que las ondas se desarrollen, es necesario atrapar esa energía dentro de una especie de conducto o canal atmosférico. Así, en lugar de escaparse en todas direcciones (A y C) la energía se retiene y produce amplificación a ciertas longitudes de onda.
§ Esto ocurre en B, donde la velocidad del viento aumenta con la altura. En este caso, las líneas de flujo se doblan hacia delante y su energía se devuelve a los niveles bajos. Con vientos lo suficientemente fuertes en altura, toda la energía de la onda es “atrapada” dentro de una especie de canal. Al cabo de un tiempo se desarrolla una longitud de onda; las ondas de esta longitud son amplificadas, mientras que las demás son anuladas.
C) La velocidad debe subir con la altura (perfil del viento) para generar ondas relevantes
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Trayectoria de las líneas de la corriente ondulatoria
§ Los primeros diagramas de onda presentan líneas de corriente con forma sinusoidal regular, con el lado ascendente simétrico al lado descendente. Por otro lado, si trazamos una línea atravesando las crestas o vaguadas de las distintas líneas de corriente (conocida como línea de fase) su orientación será vertical, lo que indica que cada cresta (o vaguada) queda superpuesta verticalmente a las que tiene por debajo y por arriba. § Este patrón ilustra adecuadamente lo que
ocurre cuando hay ondas estables de poca amplitud bajo una fuerte inversión. En esos días, la onda tiene una apariencia global bastante simétrica. La ascendencia varía de manera regular, alcanza su máximo varios cientos de metros sobre la cima de la montaña, y decrece en altura donde la velocidad del viento es más intensa.
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Trayectoria de las líneas de la corriente ondulatoria
Algunas de las ondas de mayor amplitud no son simétricas, tal y como se ilustra en este patrón ondulatorio obtenido a partir de modelización matemática. Cuando las líneas de fase (dos destacadas en rojo) se inclinan hacia el viento, como suelen hacer en las cercanías de la montaña, el lado ascendente tiene una mayor pendiente que el lado descendente. De este modo, podemos descubrir volando en un día de onda, que el planeador sobrevuela la cima de la montaña, o incluso, penetra algo a sotavento.
Bradbury, 2000. Adaptado por el autor
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El ratio de ascenso o descenso en el flujo ondulatorio (velocidad con la que ascenderemos o caeremos con el planeador) depende de la velocidad del viento y de la inclinación de las líneas de corriente. Si la pendiente es suave, la velocidad de ascenso en ondas moderadas oscila entre los 2 y los 4 m/s. En las ondas con fuertes pendientes, sin embargo, se han llegado a registrar magnitudes de hasta 15 m/s.
Wills, Gavin: In the crest of a wave. Sailplane and Gliding, agosto-septiembre 2008
Líneas de flujo y velocidad de ascenso
Altocumulus lenticulares exhibiendo las oscilaciones de un sistema de onda de montaña Este tipo de formaciones nos posibilita seguir la trayectoria de losflujos ondulatorios y descubrir la forma e inclinación de las líneas de corriente de la onda. En los niveles inferiores numerosos cúmulos y estratocúmulosdibujan los rotores del sistema. Mehedeby, cerca de Upsala (Suecia)Copyright Ashley Jansson
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Efecto de la amplitud y longitud de la onda en ángulo de las líneas de flujo y el ratio de ascenso
La inclinación de las líneas de corriente de la onda es uno de los principales factores que controla la velocidad de ascenso (y descenso) del planeador. Su ángulo depende de la longitud y la amplitud de la onda. Vientos ligeros pueden generar patrones ondulatorios muy inclinados, mientras que a la inversa, a veces nos podemos sorprender porque intensos vientos producen ondas con ratios de subida pobres
A medida que la velocidad del viento se incrementa la amplitud se reduce, y las ondas se hacen más planas: reducción de la tasa de ascenso. Sin embargo, si hay vientos muy fuertes en altura, (corriente en chorro en altura) pueden darse dos longitudes de onda distintas: ondas cortas en los niveles bajos y largas en los niveles superiores.
Viento constante con amplitud variable
Amplitud constante con longitud de onda variable (velocidad del viento)
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Las mejores ondas se desarrollan cuando se da un incremento de la velocidad del viento con la altura. Si la velocidad se reduce a partir de un determinado punto, o cambia totalmente de sentido, el flujo laminar se descompone en turbulencia. La más habitual es la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz. De este modo, los típicos remolinos característicos de este tipo de perturbación emergen sobre la parte superior de las líneas de la corriente ondulatoria. Cuando la cresta está marcada por lenticulares, las singulares nubes de KH encrespan la parte superior de estas nubes. La suave ascendencia laminar puede romperse, y darnos una sorpresa en altura si estamos volando en onda en este escenario…Bradbury, 2000. Adaptado por el autor
Trayectoria de las líneas de la corriente ondulatoria: turbulencia de Kelvin-Helmholtz en altura
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Parte superior de un altocúmulo lenticular encrespada por el efecto de la inestabilidad de K-H. Una fuerte disminución de la velocidad del viento en altura, o un cambio de dirección, traduce la ascendencia laminar de la onda en turbulencia.
Conjunto de altocúmulos lenticulares sobre la vertiente sur del pirineo oscense vistos desde las instalaciones del aeródromo de Santa Cilia, Huesca (EspañaCopyright http://www.aerodromojaca.com/
Trayectoria de las líneas de la corriente ondulatoria: turbulencia de Kelvin-Helmholtz en altura
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Fuente: http://www.go.ednet.ns.ca/~larry/bsc/articles/wave/wavesoar.html#ContentsFuente foto: http://www.gliding.co.nz/BestPic/Soper/PB_Wave.jpg
La longitud de onda es la distancia horizontal entre dos crestas de sucesivas ondas, y oscila entre los 3-6 Km. (pudiendo llegar a más de 30). Por lo general, la longitud de onda está controlada por la componente del viento perpendicular a la ladera, y la estabilidad de la capa deaire superior. La longitud de onda es directamente proporcional a la intensidad del viento, e inversamente proporcional a la estabilidad. Depende por lo tanto de los factores meteorológicos.La altura del terreno no afecta a la longitud de la onda.
La amplitud de la onda es su dimensión vertical. En una onda típica, la amplitud varía con la altura sobre el terreno. Es menor cerca del suelo y cerca de la tropopausa. Las amplitudes mayores se dan entre 1.000 y 2.000 m sobre la cresta. La amplitud de la onda está determinada por el tamaño y forma de ladera, así como por el viento y la estabilidad. También, cuanto mayor la amplitud, menor la longitud de onda.
Factores que influyen en la Longitud y Amplitud de las Ondas de Montaña: resumen
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Condiciones atmosféricas favorables para la aparición de Onda de Montaña
1. El viento de niveles bajos, sobre las montañas, debe ser al menos de 25 Km/h y velocidades de más de 40 km/h pueden ser necesarias para ondas en grandes cadenas.
2. El aire debe verse forzado a remontar y cruzar las laderas: debe soplar perpendicular a las mismas y dentro de 30º. Cuanto más larga la ladera mejor (el aire no escapa).
3. Para que se establezcan ondas y se extiendan, la energía de las mismas debe mantenerse dentro de un canal definido, sin disiparse: ocurre cuando hay una inversión o una capa muy estable cerca del nivel de las crestas, con una gruesa capa menos estable encima.
4. La velocidad del viento debe aumentar con la altura, entre 2 y 4 km. cada 300 m. pero la dirección mantenerse constante (la variación del viento abajo/arriba no más de 30º).
Delicadas capas de altocúmulos lenticulares cubren el cielo sobre la ciudad alemana de Bad Neuestadt. El DG 600 vuela en onda a borlovento de las nubes.Copyright Roland Henz
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Representación esquemática de un sistema de onda de montaña
Figura de Juan Hervás
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Dinámica de las ondas de montaña: factores que determinan sus características y evolución
Variada distribución de lenticulares en completa fusión o sobrevolando una densa capa de estratocúmulos de rotor. El ASH-25 Mi vuela en onda en Nueva Zelanda. Copyright Oliver Wrinkler
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Una vez establecida la onda no es la misma a lo largo del día. Entre otros factores, la evolución de la actividad convectiva a lo largo del día afectar a su dinámica de tres formas básicas:
1. Puede perturbar el flujo estable de la onda y llegar a deshacerla. O simplemente, evitar que llegue a formarse desde el principio.
2. La convección formada sobre las cimas de la montaña opera en otras ocasiones, por el contrario, como un factor que favorece el disparo de las ondas. Las térmicas actúan en este caso como una extensión del obstáculo. Esta prolongación puede dar lugar a la aparición de flujos de onda donde antes no existían. Aunque normalmente se la siga denominando “onda de montaña”, lo correcto sería hablar de “onda convectiva”
3. Finalmente, puede modificar cualquier parámetro de la onda una vez establecida, como su amplitud o la longitud.
Influencia de la convección en la dinámica de los sistemas de onda: tres formas de interacción
Las nubes que pueblan el cielo a esta hora han surgido a partir de ondas de pequeña intensidad, nacidas tras el debilitamiento de la actividad convectivaque reinó a lo largo del día, y que impidió que la onda se estableciera. Somanes, Huesca (España)Foto del autor
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1. Primera hora de la mañana. En ausencia todavía de actividad térmica relevante, la onda se establece temprano y de forma repentina. Se dan entonces buenas condiciones para el vuelo a vela, que se alargan unas dos o tres horas tras la salida del sol.
2. A mediodía. La actividad térmica está en su fase álgida y afecta a la dinámica ondulatoria. La onda puede desaparecer por completo si gana la convección; o vencer y seguir activa. Aunque no será la misma onda de primeras horas de la mañana, puede que siga siendo aprovechable para el vuelo.
3. Primeras y últimas horas de la tarde. Al atardecer, la actividad térmica desaparece y la atmosfera se vuelve más estable. Es entonces cuando la mayoría de ondas alcanzan sus mejores registros, libres ya de las interferencias de las burbujas térmicas.
Influencia de la convección en la dinámica de los sistemas de onda: tres fases de evolución a lo largo del día
Sobre las llanuras manchegas (Ciudad Real, España) bandas paralelas de estratocúmulos de rotor visibles después de la casi total desaparición de la actividad térmica. Un hecho que prueba que son nubes de onda y no de origen convectivoFoto del autor
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La actividad frontal tiene un efecto directo sobre los sistemas de onda. Cuando un frente se acerca cambian las características de la masa de aire en la región, alterando la capa estable y las condiciones del viento, ambos factores son clave para el nacimiento y desarrollo de las ondas. Cuando la perturbación se encuentra cerca, o atraviesa la región de onda, el incremento de la nubosidad asociado al frente suele complicar las condiciones para el vuelo.
Influencia de la aproximación de frentes
Cielo totalmente cubierto por la llegada de un frente sobre Picassent, Valencia (España). Un sistema de onda sigue activo en la zona como prueban los estratocúmulos de rotor en los niveles bajos. Una hora antes todavía habían numerosas ventanas Foto del autor
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Foto del autor
§ Menos de una hora separa la toma de estas dos fotografías. Vientos potentes delW generan numerosas lenticulares sobre Valencia (España).
§ La rápida irrupción de un frente frío, y el consiguiente aumento de la humedad,hace que las ventanas azules entre las líneas de lenticulares se vayan poco a pococerrando hasta generar un banco de altocúmulos que cubre totalmente el cielo.
Influencia de la aproximación de frentes: el incremento de la nubosidad puede impedir el vuelo, aunque la onda siga activa
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Influencia de las corrientes en chorro
§ La presencia de una corriente en chorro (Jet Stream) con vientos de 200 km/h o más a unos 9.000 m en un radio de alrededor de 600-700 Km. Favorece de forma significativa la formación de buenas ondas. El incremento de la velocidad en altura que aporta la jet, ayuda a mantener las ondas en resonancia al impedir que su energía se disipe.
§ Aunque su influencia es menor en el caso de España, en zonas como Minden o Escocia su presencia (sobretodo en invierno) suele ser una garantía de excelentes condiciones de onda
La corriente chorro del hemisferio norte puede observarse atravesando la isla de Cape Breton(Canada). Las nubes son los típicos Cirrus asociados a este fenómeno.
Nasa
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Condiciones sinópticas ideales para la formación de extensos trenes de ondas sobre Irlanda y Reino Unido. Un frente polar atraviesa ambas islas de norte a sur, casi paralelo a las isobaras, mientras que la corriente en chorro se sitúa al norte relativamente cercana a las islas. Aunque las ondas pueden formarse en cualquier parte del frente, las más potentes se dan siempre en su zona fría. La evolución del frente cambiará significativamente las condiciones de vuelo en las distintas zonas. Las mejores condiciones de vuelo se darán posiblemente, cuando el frente pase de lleno por la región del sistema de onda, aunque el aumento progresivo de la nubosidad generado por el avance de la perturbación, complique las condiciones visuales para el vuelo. Del mismo modo, cambios ligeros temporales en la ubicación de la corriente en chorro pueden afectar tanto a la amplitud como a la longitud de las ondas que se desarrollen en un determinado periodo del día.
Bradbury, 2000. Adaptado por el autor
Influencia de la corriente en chorro y frente en las características de onda: ejemplo
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§ La aparición de sistemas de onda de montaña no solo varía a lo largo del día, sino también a través de las estaciones. § La mayor actividad aparece fundamentalmente durante los meses
invernales, cuando los vientos suelen ser más intensos y la formación de frentes más habitual. § La menor actividad, por el contrario, se da en los días veraniegos,
coincidiendo con el incremento de la convección y menor frecuencia de los dos fenómenos invernales mencionados.
Cruette, 1973. Adaptado por el autor
Frecuencia de aparición de ondas a lo largo del año
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Variaciones en la longitud de onda a lo largo del día: la no-estacionariedad
§ El cambio de las condiciones meteorológicas a lo largo del día, representado por factores como la convección, la jet, y los frentes, puede afectar también a la ubicación de las crestas sobre el terreno (longitud de onda). O en términos de vuelo, a la localización de las zonas de ascendencia. Teniendo en cuenta que la característica fundamental de las ondas a sotavento es su estacionariedad, algunos autores se refieren a este fenómeno como “no-estacionariedad”.§ La no-estacionariedad puede hacer que las ondas entren en fase, o queden fuera de fase, en
alguno periodo de su evolución, afectando las condiciones de vuelo.
Altocumulus lenticularis iluminados por las luces del crepúsculo sobre Karatj, Norrbotten(Suecia).Copyright Maria Klang.
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Diversas investigaciones sobe el terreno han documentado tres tipos de “no-estacionariedad” que con mayor o menor frecuencia se da en las ondas atrapadas a sotavento:
§ Una deriva gradual en la dirección del viento del tren completo de ondas§ Un cambio paulatino en la longitud
horizontal del patrón de la onda, que puede llegar a alcanzar un 30% de su valor inicial a lo largo de un periodo de varias horas § Cambios temporales en la localización
de crestas y vaguadas individuales, que dan lugar a variaciones irregulares en la longitud y amplitud de las ondas
Variaciones en la longitud de onda a lo largo del día: 3 tipos de no-estacionariedad
LS-4 volando en onda en Nueva Zelanda, fotografiado desde un ash-25 MICopyright Oliver Winkler
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1. Vientos: Dirección e Intensidad: tanto a nivel del suelo como en altura
2. Presencia de Capas de Inversión: intensidad y profundidad de las mismas
3. Localización de los sistemas de Bajas y Altas presiones: evolución prevista
4. Localización de posible Frentes aproximándose
5. Situación de las Corrientes en Chorro (Jetstream)
6. Hora local para el Ocaso
7. Gradiente de Temperatura en altura
8. Previsión de Lluvia y Nubosidad
Teniendo en cuenta las condiciones que deben darse para que se produzca Onda, los datos que necesitamos recoger para poder llevar a cabo su predicción y establecer las condiciones para su aprovechamiento serían los siguientes:
Toda esta información puede hallarse a partir de 3 fuentes fundamentales: Mapas Isobáricos de la zona, Sondeos, y Meteogramas
La Predicción de Onda y de sus características: factores atmosféricos a tener en cuenta
Cercanías del aeropuerto de Barajas. Las líneas del flujo ondulatorio quedan dibujadas sobre una serie de altoculmulus lenticularis.Copyright José Antonio (Aemet)
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La Amplitud de la Onda (distancia entre el valle y la cresta, o en términos de vuelo, la altura máxima que podremos lograr), suele ser mayor cuando la capa estable es muy profunda pero muy estable. Si existe estabilidad moderada sobre una
gran baja, la amplitud no suele ser tan buena. De forma aproximada, el meteograma puede darnos su valor. Para ello, se debe observar el punto donde el
gradiente de viento en altura deja de crecer. Sólo con complejos modelos matemáticos es posible una estimación más precisa.
Altocumulus lenticularis (Undulatus en su extremo derecho) sobre el aeropuerto de barajas. En el tercio superior de la foto se observa una línea difusa que dibuja una débil onda de baja amplitudCopyright José Antonio (Aemet)
La Predicción de Onda y de sus características: factores atmosféricos a tener en cuenta
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intensidad y Gradiente del viento en altura: Meteograma
Fuente: Pedro Berlinches; http://www.clubom.org/onda.htm
§ El meteograma es muy útil para completar la predicción de onda. Tan solo con meter las coordenadas del punto, nos proporciona numerosos datos de interés: Viento por horas en intensidad, Gradiente, Temperatura en superficie, y más importante aun en altura. Además podemos saber si va a llover (total precip.2.27), la Temperatura en superficie y la cantidad de nubes que va a cubrir el cielo tantos por ciento, etc.
§ Con estos datos ya estamos seguros, que tenemos onda de montaña en casi todas las zonas citadas; por el gradiente e intensidad estará durante todo el día, y posiblemente se podrán superar los 9.000 m (gradiente de viento hasta los 250 hp)
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Origen y constitución de las Nubes
Fuente: Pedro Berlinches; http://www.clubom.org/onda.htm
Mapa isobárico de superficie, 31 de diciembre de 2004. Esta situación el gradiente isobárico con vientos de N/NW es propicia para que se de onda, sobre Madrid, El Tietar, y los Pirineos. Tan solo necesitamos saber el gradiente en altura e intensidad.
Nota: este apartado sobre la onda en España está realizado a partir de los materiales del artículo de Pedro Berlinches “Onda de Montaña”, cuya lectura recomendamos para conocer mejor este fenómeno en España.
La Onda de montaña en España: predicciónGradiente isobárico y vientos del N/NW: onda casi segura…
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Origen y constitución de las Nubes
Fuente: Pedro Berlinches; http://www.clubom.org/onda.htm
Espectaculares trenes de ondas originadas por fuertes vientos de NW atraviesan el tercio norte y este de la península, llegando incluso a cruzar el Mediterráneo a la altura de las islas Baleares. Particularmente relevante la extensa capa de altocúmulos lenticulares que desde el cantábrico llega hasta el litoral de Valencia y Castellón. Al Norte de los Pirineos se observa típica nubosidad de estancamiento.
Un día en el 2.004 sin duda ideal para grandes vuelos!
La Onda de montaña en España: predicciónGradiente isobárico y vientos del N/NW: onda casi segura…
