Un post para explicar el fenómeno del granizo y los métodos para detectarlo usando radar.
Si hay un fenómeno meteorológico que combina la belleza de la física con el poder de la destrucción, ese es el granizo. Esas bolas de hielo que caen del cielo, que pueden tener el tamaño de una pelota de beisbol, en los casos más extremos, son el resultado de uno de los procesos más violentos que ocurren dentro de una nube de tormenta.
Pero el granizo no es solo un espectáculo impresionante. En Colombia (y en otros muchos países), las granizadas pueden arruinar cosechas enteras, destrozar techos y poner en riesgo la vida de las personas. Y lo más complicado: detectarlo a tiempo no es tan sencillo como parece.
Hoy vamos a hacer un viaje al interior de la nube para entender cómo se forma el granizo, y luego exploraremos las herramientas que tenemos para verlo antes de que llegue al suelo. Desde los métodos clásicos de doble longitud de onda hasta la sofisticada polarimetría de los radares modernos.
La física del granizo: cómo se construye una bola de hielo
El granizo se forma exclusivamente dentro de nubes cumulonimbus de gran desarrollo vertical, aquellas que pueden alcanzar los 10, 15 o incluso 20 kilómetros de altura. Pero no cualquier cumulonimbus produce granizo. Se necesitan condiciones muy específicas.
El ingrediente secreto: la corriente ascendente
Todo comienza con una corriente ascendente (updraft) excepcionalmente fuerte. En una tormenta ordinaria, el aire caliente sube, se enfría, forma gotas y estas caen como lluvia. Pero en una tormenta capaz de generar granizo, la corriente ascendente es tan poderosa que las gotas de agua congelada son levantadas una y otra vez a las capas superiores de la nube, donde las temperaturas son muy bajas.
El proceso es similar a cómo se forma una perla en una ostra, pero con hielo y a velocidades supersónicas:
- Núcleo de congelación: Una partícula sólida (polvo, ceniza, o incluso un cristal de hielo) actúa como el «embrión» del granizo.
- Crecimiento por acreción: La corriente ascendente arrastra esta partícula a las zonas donde el agua líquida está sobreenfriada (por debajo de 0°C pero aún en estado líquido). Al chocar con estas gotas, se congelan sobre la superficie del núcleo, agregando una capa más de hielo.
- El viaje de ida y vuelta: La piedra de granizo puede ascender y descender varias veces dentro de la nube. Cada viaje añade una nueva capa, como las capas de una cebolla.
- La caída final: Cuando la piedra de granizo se vuelve demasiado pesada para que la corriente ascendente la sostenga, cae al suelo. Su tamaño final depende de cuánto tiempo haya estado «viajando» dentro de la nube.
Las piedras de granizo más grandes, de más de 5 cm de diámetro, requieren corrientes ascendentes de más de 100 km/h. Esa es la fuerza bruta de la naturaleza trabajando.
¿Por qué el granizo es tan difícil de detectar?
Aquí está el problema: el granizo no se comporta como la lluvia. Una gota de lluvia es más o menos esférica y cae a una velocidad relativamente constante. Una piedra de granizo, en cambio, puede tener formas irregulares, puede estar cubierta de agua líquida, puede girar mientras cae y, lo más importante, no es un buen reflector de las ondas del radar en todas las longitudes de onda.
Esta última propiedad es la clave de todo.
La detección del granizo por radar: los métodos
A lo largo de la historia de la meteorología por radar, se han desarrollado varios métodos para detectar granizo. Cada uno tiene sus ventajas y limitaciones. Vamos a recorrerlos.
1. El método de doble longitud de onda: la herencia de Abshaev
El método de doble longitud de onda es uno de los más elegantes y efectivos para detectar granizo. Fue desarrollado por el Profesor Magomet Tajírovich Abshaev, una figura legendaria en el mundo de la meteorología por radar. Abshaev, discípulo del también célebre Profesor Sulakhvilidze, creó el método operativo de detección de granizo utilizando radares de doble longitud de onda.
La idea es sencilla en concepto, aunque compleja en su ejecución:
- Se utiliza un radar que emite en dos longitudes de onda diferentes simultáneamente.
- Las longitudes más comunes son la banda S (λ = 10 cm) y la banda X (λ = 3.2 cm).
- La señal en ambas bandas se comporta de manera diferente al interactuar con el granizo.
El principio físico
La reflectividad del radar (la cantidad de energía que rebota de vuelta al receptor) depende del tamaño y concentración de las partículas en relación con la longitud de onda.
- Para partículas pequeñas (como gotas de lluvia), la reflectividad es similar en ambas longitudes de onda.
- Para partículas grandes (como el granizo), la reflectividad en la longitud de onda más corta (banda X) es significativamente menor que en la longitud de onda más larga (banda S).
¿Por qué? Porque el granizo, al ser grande y a menudo irregular, no dispersa la energía de manera eficiente en longitudes de onda cortas. La señal se «pierde» en la dispersión. Al comparar la reflectividad en ambas bandas, se puede identificar la presencia de granizo con alta confianza.
El radar MRL-5: el campeón soviético
El radar que popularizó este método fue el MRL-5 (Meteorological RadioLocator), un sistema de doble longitud de onda desarrollado en la Unión Soviética.
El MRL-5 era un radar clásico de pulsos, no coherente, con un magnetrón por cada banda de frecuencia. Operaba simultáneamente en banda S (10 cm, polarización horizontal) y banda X (3.2 cm, polarización vertical), compartiendo la misma antena de 4.5 metros de diámetro y con sistemas de guía de ondas de doble longitud en las uniones rotatorias y separados en el resto.
Su consumo energético en modo de doble longitud de onda era considerable: del orden de 20 kW. Era un mastodonte, pero era efectivo. El MRL-5 y sus derivados fueron utilizados extensamente en la Unión Soviética y en países como Cuba, donde radares como el de Camagüey, Casa Blanca, Pilón y Pico San Juan han operarado durante más de tres décadas ya modernizados.
La determinación de los parámetros microfísicos de las nubes de granizo se realizaba con el método de doble longitud de onda para λ = 3.2 y 10 cm. Se sabía que la reflectividad de una población de partículas de granizo está determinada principalmente por su tamaño cúbico medio.
La firma de Abshaev: cuando el granizo se «esconde»
El método de Abshaev no solo detectaba granizo, sino que permitía estimar su tamaño y concentración. Era la herramienta definitiva para la siembra de nubes y la lucha antigranizo, un campo en el que la escuela soviética fue pionera.
En esencia, el método se basa en la relación de reflectividades entre ambas bandas. Cuando esta relación supera un cierto umbral, se activa la alarma de granizo.
2. El TBSS (Three-Body Scatter Spike): el pico que delata al granizo
El TBSS, también conocido como «pico de granizo» o «eco de dispersión por tres cuerpos», es un artefacto de radar que, lejos de ser un problema, es una de las señales más fiables de la presencia de granizo de gran tamaño.
¿Qué es y cómo se forma?
El fenómeno es fascinante:
- El haz del radar impacta contra una piedra de granizo de gran tamaño en la atmósfera.
- Parte de la energía se dispersa hacia adelante y llega al suelo.
- El suelo rebota esa energía de vuelta hacia la piedra de granizo.
- La piedra de granizo dispersa esa energía de vuelta al radar.
Este viaje de «tres cuerpos» (radar → granizo → suelo → granizo → radar) produce una señal característica: un pico o espiga de reflectividad de baja intensidad que se extiende detrás del núcleo principal de la tormenta en la imagen de radar.
¿Qué indica?
La presencia de un TBSS es un indicador directo de que hay granizo de gran tamaño en la tormenta. No es una inferencia, como la rotación en un mesociclón. Es una evidencia física de que las partículas son lo suficientemente grandes como para generar este eco de múltiples rebotes.
En la práctica, cuando un meteorólogo ve un TBSS en la pantalla, sabe que esa tormenta está produciendo granizo que cumple con los criterios de severidad (≥ 2 cm de diámetro). Es una de las señales más contundentes que existen.
3. El HDA de NEXRAD: el algoritmo que hizo operativa la detección de granizo
Mientras Abshaev perfeccionaba el método de doble longitud de onda en la Unión Soviética, en Estados Unidos, unos años más tarde, la red NEXRAD (WSR-88D) enfrentaba un desafío similar: detectar granizo de forma operativa y en tiempo real con radares que, en aquel entonces, solo medían reflectividad (no tenían capacidad polarimétrica aún). La solución fue el Hail Detection Algorithm (HDA), un algoritmo probabilístico que se convirtió en el estándar de la red NEXRAD durante más de dos décadas. En los ocho radares cubanos estamos usando VESTA|ORPG desde el 2009. El monstruo Rafael ha sido el mayor usuario de este algoritmo de detección de granizo. Por cierto, Abshaev también había desarrollado un método que llamó «estadístico-probabilístico para una sola longitud de onda».
¿Cómo funcionaba el HDA?
El HDA no intentaba «ver» el granizo directamente, como hace la polarimetría. En su lugar, infería la probabilidad de que hubiera granizo a partir de la relación entre la reflectividad de la tormenta y la altura de ciertas isotermas clave.
El algoritmo tomaba como entrada dos niveles críticos obtenidos de modelos atmosféricos (si dejas los valores que trae el sistema NEXRAD-ORPG no esperes resultados satisfactorios):
- La isoterma de 0°C (el nivel de congelación).
- La isoterma de -20°C.
Con estos datos, el HDA buscaba reflectividades de al menos 45 dBZ por encima del nivel de 0°C. La lógica era simple pero efectiva: si una tormenta era lo suficientemente intensa como para tener ecos de 45 dBZ por encima de la isoterma de congelación, significaba que su corriente ascendente era lo suficientemente potente como para mantener partículas de hielo en suspensión en las capas frías de la nube, donde podían crecer hasta convertirse en granizo. Cuanto más alta se encontraba esa reflectividad de 45 dBZ por encima del nivel de congelación, mayor era la probabilidad de que la tormenta estuviera produciendo granizo.
Los productos del HDA
El HDA generaba tres productos operativos que los meteorólogos podían consultar en sus estaciones de trabajo:
- Probability of Hail (POH): La probabilidad de que la tormenta estuviera produciendo cualquier tipo de granizo.
- Probability of Severe Hail (POSH): La probabilidad de que el granizo fuera severo, es decir, de al menos 1 pulgada (2.54 cm) de diámetro.
- Maximum Estimated Hail Size (MEHS): El tamaño máximo estimado de las piedras de granizo.
Limitaciones y legado
El HDA era un algoritmo ingenioso, pero tenía limitaciones. Su precisión dependía de la calidad de los modelos atmosféricos que proporcionaban las isotermas, y podía generar falsos positivos o falsos negativos en situaciones complejas. Además, al basarse únicamente en reflectividad, no podía distinguir entre granizo y lluvia muy intensa en todos los casos.
Sin embargo, durante más de 20 años, el HDA fue la principal herramienta de los meteorólogos del NWS para emitir alertas por granizo. Fue el algoritmo que democratizó la detección de granizo, llevándola de los laboratorios de investigación a las salas de operaciones. Su legado es tan importante que, incluso después de la actualización polarimétrica de NEXRAD (que introdujo algoritmos mucho más precisos basados en polarimetría), el HDA sigue siendo recordado como el primer intento serio de detección automatizada de granizo a gran escala
4. La polarimetría: el ojo que todo lo ve (NEXRAD y más allá)
El método de doble longitud de onda es poderoso, pero tiene una limitación: requiere dos radares o un radar de doble longitud de onda dedicado, que son caros y complejos.
La solución moderna llegó con la polarimetría, también conocida como doble polarización. Esta tecnología no usa dos longitudes de onda, sino dos polarizaciones (horizontal y vertical) en una misma longitud de onda.
El principio polarimétrico
Un radar de doble polarización emite pulsos en polarización horizontal (H) y vertical (V) simultáneamente. Al comparar cómo rebota cada polarización, se puede inferir la forma, tamaño y fase de las partículas.
El granizo tiene una firma polarimétrica muy característica:
- Reflectividad horizontal (Zh): muy alta (colores rojo y púrpura en la imagen de reflectividad).
- Reflectividad diferencial (Zdr): baja o cercana a cero. ¿Por qué? Porque el granizo, al caer, tiende a girar de manera caótica (tumbling), lo que lo hace parecer esférico en un sentido estadístico. Una esfera no tiene una polarización preferente, así que Zdr es bajo.
- Coeficiente de correlación copolar (RhoHV): también bajo, indicando que la mezcla de partículas (granizo, agua, hielo) es heterogénea.
NEXRAD: el estándar de oro
La red NEXRAD (Next Generation Weather Radar) de Estados Unidos es el ejemplo más conocido de radares de doble polarización. Originalmente, los NEXRAD solo medían reflectividad y velocidad Doppler. La actualización a doble polarización fue un salto cualitativo.
Hoy, los NEXRAD pueden:
- Clasificar hidrometeoros: distinguir entre lluvia, granizo, nieve, graupel y aguanieve mediante el Hydrometeor Classification Algorithm (HCA).
- Estimar el tamaño del granizo: utilizando algoritmos que combinan Zh, Zdr y otras variables.
- Detectar granizo en tiempo real con alta precisión.
Otras bandas: C y X
No solo la banda S es útil. La banda C y la banda X también se utilizan. De hecho, los estudios han mostrado que la reflectividad diferencial (Zdr) del granizo fundiéndose mezclado con lluvia cerca del suelo puede ser significativamente mayor en la banda C en comparación con la banda S, mostrando valores por encima de 4 dB de manera consistente.
Tabla comparativa: los métodos de detección de granizo
| Método | Principio | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|---|
| Doble longitud de onda (Abshaev) | Comparar reflectividad en dos bandas (S y X) | Muy fiable, detecta granizo directamente | Requiere radar de doble longitud de onda (caro y complejo) |
| TBSS (Three-Body Scatter Spike) | Detectar el eco de dispersión por tres cuerpos | Indicador directo de granizo grande | Solo visible con granizo de gran tamaño |
| Polarimetría (NEXRAD, etc.) | Comparar reflectividad H y V | Clasifica hidrometeoros, estima tamaño | Requiere radar de doble polarización |
| Reflectividad simple (Zh) | Umbrales de dBZ | Sencillo, disponible en todos los radares | Falsos positivos (lluvia intensa puede dar altos dBZ) |
El granizo en Colombia: un problema real
Colombia no es ajena al granizo. La región Andina, con sus altitudes entre 2.000 y 3.000 metros, es particularmente propensa. Las granizadas pueden ocurrir en cualquier época del año, pero son más frecuentes en los meses de transición (marzo-abril y octubre-noviembre).
Los daños pueden ser enormes: cultivos de flores, café y hortalizas son especialmente vulnerables. Los techos de las viviendas en zonas rurales, a menudo de zinc o teja, no resisten el impacto de piedras de más de 2 cm.
La detección temprana es clave para activar los protocolos de protección civil y, en algunos casos, para desplegar sistemas de supresión de granizo (como la siembra de nubes con yoduro de plata). Pero para eso, necesitamos radares que puedan ver el granizo antes de que llegue al suelo.
El granizo en el mundo: un problema global
Aunque Colombia enfrenta serias amenazas por granizo, no está sola. El granizo es un fenómeno que afecta a numerosos países alrededor del mundo, con algunos lugares que destacan por su frecuencia o por la magnitud de los daños.
Sudamérica: el epicentro global del granizo gigante
Argentina, Uruguay, Paraguay y el sur de Brasil conforman la región con la mayor frecuencia de eventos de granizo muy grande (≥5 cm de diámetro) del planeta. El norte de Argentina es considerado el «punto caliente» global para este tipo de granizo extremo.
En esta región, las tormentas de granizo no solo son frecuentes, sino que pueden ser devastadoras para la agricultura, especialmente en los sectores hortícolas de alto valor.
Norteamérica: el gigante de los daños económicos
Estados Unidos es, sin duda, el país con la mayor exposición económica al granizo. Acapara entre el 50% y el 80% de las pérdidas aseguradas por tormentas convectivas severas a nivel global, con daños anuales que oscilan entre 8.000 y 14.000 millones de dólares.
- «Hail Alley»: La región más famosa, conocida como el «Callejón del Granizo», abarca partes de Colorado, Nebraska y Wyoming. Otras zonas de alto riesgo incluyen Texas, Oklahoma, Kansas, Dakota del Sur y Minnesota.
Canadá también sufre eventos catastróficos. La tormenta de granizo que golpeó Calgary, Alberta, en agosto de 2024, causó pérdidas aseguradas de 3.340 millones de dólares canadienses, convirtiéndose en el evento de granizo más costoso en la historia del país.
Europa: el continente donde el granizo está aumentando
Europa está experimentando el aumento más pronunciado en la frecuencia de eventos de granizo muy grande a nivel global, impulsado por el incremento de la humedad en niveles bajos y la inestabilidad atmosférica. Los países más afectados en términos de pérdidas económicas son:
- Italia: La región norte, particularmente el Valle del Po, es un punto crítico. En 2023, el norte de Italia experimentó una pérdida récord de 6.000 millones de dólares por granizo.
- Francia
- España, especialmente el nordeste del país.
- Alemania, que ocupa el quinto lugar a nivel mundial.
Juntos, estos cinco países representan casi el 90% de todos los reclamos por granizo reportados a nivel mundial.
África: el riesgo agrícola de Sudáfrica
Sudáfrica es otra región con alta frecuencia de granizo muy grande. El impacto es particularmente severo para la agricultura, donde el granizo puede causar pérdidas de hasta el 100% en algunos cultivos, especialmente en frutas de alta exportación. Solo en una temporada, los reclamos relacionados con granizo alcanzaron aproximadamente 170 millones de rands.
Asia y Oceanía: pérdidas millonarias
Aunque la frecuencia de eventos de granizo muy grande es menor que en Sudamérica o Norteamérica, el impacto económico puede ser brutal.
- Australia ha registrado eventos individuales con pérdidas superiores a los 1.000 millones de dólares. Las regiones de Queensland y Victoria son particularmente vulnerables.
- China, especialmente en la meseta de Yunnan-Guizhou, y partes de India experimentan tormentas de granizo que afectan gravemente a la agricultura.
- El noreste de China es una de las regiones donde se espera que el daño por granizo aumente en las próximas décadas.
Tendencias globales: el granizo va en aumento
Un estudio publicado en Nature Geoscience en 2025 revela tendencias contrastantes:
- Europa está viendo el aumento más pronunciado en la frecuencia de granizo muy grande.
- En EE.UU. y Australia, el aumento de las pérdidas se debe principalmente a una mayor exposición y vulnerabilidad (más infraestructura y bienes en zonas de riesgo).
- Sudamérica, en particular el Cono Sur, está experimentando una disminución en la frecuencia de estos eventos.
Estas tendencias subrayan la necesidad de estrategias de gestión de riesgos adaptadas a cada región, considerando tanto los impulsores climáticos como las vulnerabilidades socioeconómicas.
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