Los tornados son uno de los fenómenos meteorológicos más extremos y fascinantes de la naturaleza. Estas violentas columnas de aire giratorio, que se extienden desde una tormenta hasta el suelo, pueden causar una destrucción devastadora en cuestión de minutos. Aunque son eventos relativamente breves, los tornados poseen una capacidad asombrosa para alterar paisajes, comunidades y vidas.

Desde su formación en el seno de tormentas eléctricas hasta su impacto en la superficie terrestre, los tornados representan una mezcla de belleza y peligro, suscitando tanto el asombro como el temor de quienes los observan. Los tornados pueden formarse en diversas partes del mundo, aunque son más frecuentes y potentes en regiones específicas como el conocido "Corredor de Tornados" en los Estados Unidos. La complejidad de su formación y comportamiento ha sido objeto de numerosos estudios científicos, que buscan entender mejor las condiciones que los generan y, en última instancia, mejorar las predicciones y medidas de seguridad para mitigar su impacto.

Este artículo explora los aspectos fundamentales de los tornados, incluyendo su formación, características, clasificación y los esfuerzos científicos para predecir y protegerse de estos fenómenos.

Tornados

Se denomina tornado a una columna de aire que gira violentamente, estando en contacto con el suelo y colgando de una nube cumuliforme, y frecuentemente, pero no siempre, visible como una nube-embudo. Además, el tornado hace referencia al vórtice de viento, no a la nube de condensación. Si la rotación no alcanza el suelo, el vórtice se denomina nube de embudo o tuba (funnel cloud). Si lo alcanza, y es violenta, se llama tornado.

El diámetro de un tornado puede variar entre algunos metros o decenas de metros y varios centenares de metros. Los vientos generados en un tornado pueden llegar a ser intensísimos. La presión cae de manera importante desde el exterior hacia el centro del tornado, lo que hace que el aire alrededor del vórtice sea arrastrado hacia la zona interna de baja presión, donde se expande y se enfría rápidamente, llegándose normalmente a la condensación en forma de gotitas que crean el típico embudo observable. La baja presión interna del vórtice recoge desechos, tales como las partículas del suelo u otras que arrastra y hace volar a su paso, lo que puede dotar al tornado de un color oscuro.

Los tornados se mueven con la nube a la que están asociados. Se suelen desplazar a velocidades entre 15 y 50 km/h aproximadamente, aunque se han observado algunos más rápidos y otros muy lentos. Su duración suele ser de unos pocos minutos (aunque algunos pueden durar hasta media hora, o incluso más), y suelen recorrer unos pocos kilómetros (aunque hay datos de varias decenas de kilómetros recorridos, o incluso de algún centenar, en Estados Unidos). El ruido de un tornado acercándose suele ser un fuerte rugido similar al de los motores de un avión a reacción en el despegue.

Para su categorización se emplea la escala Fujita mejorada (Enhance Fujita Scale). Como es muy difícil medir directamente las rachas de viento asociadas a un tornado, la intensidad de éste se mide en función de los daños generados. Por ello la escala Fujita propone una clasificación que va desde EF0 hasta EF5 (de menor a mayor intensidad). Los tornados EF0 y EF1 se suelen llamar “débiles”, los EF2 y EF3 “fuertes” y los EF4 y EF5 “violentos”. Asimismo también en EE.UU. se suelen denominar tornado significativos los iguales o superiores a categoría EF2.

Escala Velocidad
del viento km/h		 Daños
potenciales
EFU n/A

Ningún daño que se pueda valorar:
No hay daño que se pueda valorar, porque pasó el tornado por una zona sin indicadores de daño, la zona dañada es inaccesible, o el daño no se puede distinguir del daño de otro tornado.
EF0 105–137

Daños leves:
Algunas tejas caídas y otras pequeñas piezas de los tejados arrancadas, algunos daños en canaletas, ramas de árboles rotas y algunos árboles poco profundos arrancados.

Los tornados que no causan daños visibles (por ejemplo aquellos que se producen en campos abiertos) se valoran como de EF0, aunque en los últimos tiempos tales tornados han sido catalogados como EFU.
EF1 138–178

Daños moderados:
Tejados seriamente despedazados, caravanas y casetas volcadas o seriamente dañadas, perdida de puertas exteriores y ventanas y otros cristales rotos.
EF2 179–218

Daños considerables:
Tejados de casas sólidas arrancados, los cimientos de las casas se pueden mover, caravanas completamente destruidas, árboles grandes partidos o arrancados, pequeños objetos convertidos en proyectiles, coches arrancados del suelo.
EF3 219–266

Daños graves:
Pisos enteros de casas bien construidas destruidos, daños graves a los edificios grandes (tales como centros comerciales), trenes volcados, árboles descortezados, vehículos pesados levantados del suelo y arrojados a distancia, estructuras con cimientos débiles lanzados a cierta distancia.
EF4 267–322

Daños devastadores:
Tanto las casas de hormigón y ladrillos como las de madera pueden quedar completamente destruidas, los coches pueden ser proyectados como misiles.
EF5 >322

Daños increíbles:
Las casas fuertes pueden quedar arrasadas hasta los cimientos, las estructuras de hormigón armado dañadas críticamente, los edificios altos sufren graves deformaciones estructurales. Devastaciones increíbles. Conocido coloquialmente como "el dedo de Dios".

Los tornados pueden ser básicamente de dos tipos, mesociclónicos y no mesociclónicos.

Tornados mesociclónicos

Los tornados mesociclónicos tienen lugar en la interfaz entre la corriente ascendente y el flanco trasero descendente de una supercélula. Son generalmente los más violentos y destructivos, aunque también son los menos frecuentes. Las supercélulas son tormentas unicelulares que poseen en niveles medios de la troposfera un mesociclón (es decir, que rotan). El mesociclón puede ser observado mediante la exploración radar en modo Doppler.

Una supercelda o supercélula es una inmensa tormenta en rotación.​ Puede durar varias horas como una entidad única. Tienen lugar en casi todo el mundo aunque más frecuentemente en las Grandes Llanuras de EE. UU. y en las llanuras Pampeanas de Argentina. Estas tormentas son las más propensas a producir tornados de larga duración y pedazos de granizo del tamaño de una naranja.

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Sin embargo, los tornados, aunque sean de génesis mesociclónica, son difícilmente detectables por el radar. Los observadores expertos de tiempo severo son capaces de identificar visualmente una nube de pared giratoria típica de una supercélula, lo cual no es sino la manifestación a simple vista del mesociclón.

Tornados no mesociclónicos

En cambio los tornados no mesociclónicos son producidos por tormentas que no rotan o, a veces, también en supercélulas, pero generados por procesos no ligados con la corriente descendente trasera. Este grupo constituye la mayor parte de los tornados que se reportan. Suelen ser de vida corta y de tipo “débil”, pero en algunas ocasiones pueden ser intensos.

Se forman en una amplia variedad de situaciones, aunque  normalmente con valores significativos de inestabilidad y a veces cizalladura (variación vertical del viento con la altura). Los más típicos son los llamados “landspouts” y se forman cuando circulaciones horizontales pre-existentes son embestidas y elevadas hacia arriba por una tormenta en desarrollo. Una gran parte de los landspouts son observados asociados a cumulus congestus o torres de cumulus.

Generalmente son bien identificados a simple vista, y muchos tienen un embudo estrecho y en forma de cuerda que se extiende desde la base de la nube hasta el suelo. Son muy difíciles de detectar mediante radar. Los landspouts se han observado ocasionalmente en las “flanking lines” de las supercélulas.

Trombas marinas

Una tromba marina es un tornado sobre el agua. Las trombas marinas consisten en vórtices o torbellinos frecuentemente conectados a nubes cumuliformes. La parte inferior de una tromba puede consistir en agua pulverizada. La columna se suele hacer cada vez más inclinada con el tiempo debido a la cizalladura del viento en la capa baja por debajo de la tormenta o nube madre.

Hay que hacer la salvedad de que en algunas ocasiones las trombas marinas no van ligadas a nubes cumuliformes. En general, no alcanzan el tamaño y la velocidad de viento de los típicos tornados terrestres y son relativamente de corta duración. La mayoría no superan la categoría EF0. Con cierta frecuencia alcanzan el litoral, pudiendo causar destrozos en zonas de playa y puertos. Normalmente se disipan muy pronto tras tocar tierra, no obstante, determinadas trombas pueden llegar a adentrarse algún kilómetro hasta su disipación.

Otros vórtices atmosféricos

Existen en la naturaleza otros vórtices atmosféricos de pequeñas dimensiones que llegan a tocar el suelo. Entre ellos se pueden citar los vórtices de racha (“gustnados”), las tolvaneras y las tubas o nube-embudo.

Gustnado o vórtices de racha

El vórtice de racha consiste en un remolino de viento que se origina en el frente de racha de una tormenta, en las ocasiones en las que el viento es suficientemente fuerte y el rozamiento contra el suelo altera el flujo lineal del aire, provocando la formación de un vórtice giratorio.

Dicho vórtice sube desde la superficie, pudiendo llegar hasta unos 100 metros de altura, pero no está conectado con ninguna nube. Se hace visible por el material que levanta desde el suelo. El diámetro típico de un “gustnado” va de unos metros a unas decenas de metros.

En cualquier caso, el "gustnado" es modernamente considerado un tipo de tornado. Mientras que los tornados clásicos se asocian a la fuerte cizalladura entre las corrientes frías descendentes, que se intensifican, y las corrientes cálidas ascendentes, que se debilitan y que alimentan las nubes de la tormenta, y están conectados con la base del cumulonimbo, los “gustnados” no están conectados con la base de la nube, y están asociados con el aire frío descendente por delante, o en ocasiones por detrás, de la nube, y son normalmente más débiles y de menor duración. El “gustnado” puede no obstante llegar a conectar con la base de la nube convectiva.

Características de los vórtices de racha

  • Formación y desarrollo:
    Se forman en la capa límite cerca de una superficie sólida, como una pared o un ala de avión. Son generados por las inestabilidades en el flujo laminar que llevan a la formación de estructuras coherentes en el flujo.
  • Estructura y dinámica:
    Los vórtices de racha aparecen como regiones alargadas y coherentes de alta y baja velocidad en la dirección del flujo principal. Están asociados con fluctuaciones de velocidad en la dirección transversal y normal al flujo principal.
  • Transición a turbulencia:
    Juegan un papel importante en el proceso de transición de la capa límite de un estado laminar a un estado turbulento. Las perturbaciones en la capa límite crecen y se convierten en vórtices de racha, que eventualmente pueden descomponerse en turbulencia completa.
  • Interacción con otros vórtices:
    Los vórtices de racha pueden interactuar con otros tipos de vórtices, como los vórtices longitudinales y los vórtices transversales, afectando la estructura global del flujo. Estas interacciones pueden influir en la distribución de presión y fricción en las superficies.

Importancia en ingeniería y ciencias aplicadas

En la ingeniería aeronáutica, la comprensión de los vórtices de racha es crucial para el diseño de alas y superficies aerodinámicas para minimizar la resistencia y el arrastre. Los ingenieros utilizan técnicas como la succión de la capa límite o la inyección de aire para controlar la formación y evolución de estos vórtices.

En la ingeniería naval, el estudio de los vórtices de racha ayuda a entender el comportamiento de la capa límite en los cascos de los barcos, lo que puede influir en el rendimiento y la eficiencia del combustible.

Técnicas de control activo y pasivo del flujo, como las superficies rugosas o las ranuras, se emplean para manipular los vórtices de racha y mejorar la eficiencia aerodinámica y la estabilidad de las estructuras.

Observación y medición

Los vórtices de racha se pueden estudiar en túneles de viento y en experimentos de flujo de agua utilizando técnicas de visualización de flujo como el humo o los colorantes. Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) son herramientas importantes para investigar la formación, evolución y efectos de los vórtices de racha en diferentes condiciones de flujo.

Tolvaneras

La tolvanera es un remolino que se desarrolla en la capa inferior de la atmósfera, sin una conexión directa con una nube convectiva, y es visible por el polvo, arena o residuos que levanta. Raramente las tolvaneras provocan vientos muy significativos.

En la mayoría de las ocasiones se desarrolla en días calurosos sobre terreno seco, por fuerte calentamiento de la superficie, en ausencia de  nubes bajas o con nubes de escaso desarrollo. Ahora bien, no basta con la presencia de aire caliente para que se forme una tolvanera, sino que es necesario que no lejos de la superficie haya un pequeño embolsamiento de aire más frío que provoque el ascenso más rápido que en el entorno del aire de la superficie, lo que da lugar a un efecto de aspiración y al movimiento giratorio. Paradójicamente, las tolvaneras necesitan para formarse que el viento general sea muy débil, pues de lo contrario la corriente ascendente sería deshecha fácilmente.

Características de las tolvaneras

  • Formación:
    Las tolvaneras se forman cuando fuertes corrientes de viento, a menudo asociadas con frentes fríos, tormentas eléctricas o sistemas de baja presión, levantan polvo o arena del suelo. La falta de humedad y vegetación en el suelo facilita la erosión eólica, permitiendo que las partículas finas sean transportadas por el viento.
  • Duración y Alcance:
    La duración de una tolvanera puede variar desde unos pocos minutos hasta varias horas, dependiendo de las condiciones meteorológicas. Las tolvaneras pueden cubrir distancias de varios cientos de kilómetros y afectar áreas extensas.
  • Visibilidad y Salud:
    Durante una tolvanera, la visibilidad puede reducirse drásticamente, lo que representa un peligro significativo para el tráfico aéreo y terrestre. Las partículas finas de polvo pueden causar problemas respiratorios y otras afecciones de salud, especialmente para personas con enfermedades respiratorias preexistentes.

Impacto y consecuencias

La erosión del suelo causada por las tolvaneras puede llevar a la pérdida de capas superficiales fértiles, afectando la agricultura y la vegetación local. El transporte de nutrientes y contaminantes a través del polvo puede impactar ecosistemas lejanos.

La exposición prolongada al polvo en suspensión puede causar problemas de salud como asma, bronquitis y otras enfermedades respiratorias. Las tolvaneras también pueden transportar patógenos y alérgenos, aumentando el riesgo de enfermedades. La reducción de la visibilidad puede causar accidentes de tráfico y retrasos en el transporte. El polvo puede dañar maquinaria y equipos, especialmente en sectores como la agricultura y la construcción.

Regiones afectadas

Las tolvaneras son comunes en regiones desérticas como el Sahara en África, el Desierto de Gobi en Asia y el Desierto de Sonora en América del Norte. También son frecuentes en otras áreas áridas y semiáridas del mundo, incluyendo partes de Australia y Oriente Medio. El "Dust Bowl" en los Estados Unidos durante la década de 1930 es un ejemplo histórico de tolvaneras severas que tuvieron un impacto devastador en la agricultura y la economía.

Prevención y mitigación

La implementación de prácticas agrícolas sostenibles, como la siembra directa y la cobertura vegetal, puede ayudar a reducir la erosión del suelo y prevenir las tolvaneras. La creación de barreras contra el viento, como cortavientos y setos, puede reducir la velocidad del viento a nivel del suelo y minimizar la erosión.

Las autoridades pueden emitir alertas de calidad del aire y recomendaciones para limitar la exposición al polvo durante las tolvaneras. El uso de mascarillas y la permanencia en interiores durante estos eventos pueden ayudar a proteger la salud pública. La monitorización y predicción de tolvaneras mediante satélites y modelos meteorológicos pueden proporcionar información crucial para la preparación y respuesta.

Tuba o nube-embudo

La tuba consiste en un vórtice de aire y vapor de agua condensado, con forma de cono o tubo, que gira rápidamente, colgando de una nube de tipo convectivo, pero sin llegar al suelo.

Las tubas pueden formarse debajo de nubes de tipo cúmulo si hay suficiente humedad e inestabilidad en el aire. Cuando las tubas llegan a la superficie dan lugar a tornados o trombas marinas (es habitual en estos casos utilizar los términos en inglés “landspouts” y “waterspouts”) que son normalmente débiles, a diferencia de los intensos tornados supercelulares, creados por un mesociclón en lugar de por la pequeña vorticidad en el aire que da lugar a las tubas.

Si bien las tubas por definición no alcanzan el suelo, y por tanto no producen daños, su avistamiento puede ser indicador de condiciones  favorables para el desarrollo de otros fenómenos convectivos de interés.

Reventones

A veces los tornados pueden ser confundidos por sus efectos con otros fenómenos asociados a tormentas llamados reventones (downbursts) o microrreventones (microbursts).

Estos fenómenos también producen vientos muy intensos, aunque la disposición de los daños causados en superficie es bien diferente a la de los tornados. La indicación más evidente de un tornado es la forma lineal de la zona afectada por los daños. En cambio, en un reventón los daños producidos suelen presentar una disposición radial respecto a un centro del reventón en superficie.