Martes, 30 de Mayo de 2017

Artículo. La nueva escala mejorada de Fujita (Enhanced Fujita Scale)

Emilio Rey aka CumulusHumilis

  

Resúmen

En este artículo se recoge información y explicaciones acerca de la nueva escala de categorización de tornados, llamada escala EF, o escala mejorada de Fujita, que empezó a tener vigor el pasado día 1 de febrero de 2007 en Estados Unidos. Esta escala, creada a partir de la anterior escala F, ha sido implantada por el NWS, el Servicio Nacional de Meteorología estadounidense.

 

Introducción histórica

 

Hacia mediados de los años 70 del siglo pasado, el National Weather Service adoptó como herramienta para medir la intensidad de los tornados una escala que Ted Fujita había creado en el año 1971, en la Universidad de Chicago. En esta escala (figura 1) se intentaba relacionar otras dos escalas: la Beaufort, de vientos, y la Match, de velocidad. Dividió la diferencia que hay entre Match 1.0 (la velocidad del sonido) y Beaufort 12 (73 mph ó 117 Km/h) en 12 incrementos, y las agrupó en 6 intervalos, dando lugar a una escala de 6 pasos, de F0 a F5, conocida hoy en día como la Escala Fujita.

 

 

Figura 1. Escala de interrelación que originó la Escala Fujita. Fuente, Wikipedia.

 

Esta escala, como se puede comprobar, en realidad tiene 13 pasos diferentes, pero, hasta la fecha todos los tornados registrados están comprendidos en los seis primeros intervalos. Fujita además describió los daños que se podrían observar a posteriori una vez el tornado hubiera pasado por una zona determinada. Y se terminó de confeccionar la escala Fujita (figura 2).

 

 

 

Figura 2. Escala Fujita y descripción de daños. Fuente, Wikipedia.

 

 

De esta forma, esta escala se basa en la destrucción causada por un tornado en las infraestructuras, tanto artificiales como naturales, y no en el tamaño ni en la velocidad efectivamente medida, ya que desafortunadamente, no sólo es muy difícil encontrarse con un tornado y acercarse a medirlo, si no que es prácticamente imposible medir con precisión la intensidad de sus vientos.  La categorización se hace a posteriori, viendo la destrucción causada. Es decir, se mira antes en la parte derecha de la tabla, en busca de una descripción apropiada de los daños, y luego se infieren los vientos que lo originan.

 

Lagunas en la escala

 

Sin embargo, no todo es tan fácil como parece. Las relaciones entre daños y velocidad que los originan no son tan simples y, en muchas ocasiones, no se dispone de daños visibles para categorizar el tornado, ya que, a pesar de haberse producido (confirmándolo de manera visual), no ha tocado estructuras importantes, y se ha deslizado por campos o zonas libres de las mismas. Muchos científicos, además, han puesto en duda esta escala al no estar calibrada y algunos ingenieros también, al irse conociendo cada vez más las reacciones de ciertos materiales de construcción y sus umbrales de estrés ante estas agresiones atmosféricas.

Más aún, la escala Fujita se aplica a todo el episodio tornádico, cuando en muchos los casos descritos, la parte más violenta del tornado (un F5, por ejemplo) sólo se produce en el 5% del tiempo total de duración del episodio. ¿Es entonces un F5? Incluso el mismo Fujita entendía la complejidad de categorizar un tornado y de seguir su rastro, su no linearidad y fluctuación continua en todas sus características, dirección, intensidad, anchura, duración, etc.

 

Él mismo propuso una escala modificada, en la cual se incluían determinados tipos de daños encontrados, y se sumaban o restaban grados en función de los materiales de construcción, pero desgraciadamente no completó su idea.

 

La nueva escala y las nuevas variables

 

Así pues, se necesitaban más indicadores de daños que pueden encontrarse tras el paso de un tornado, además de una recalibración de los vientos asociados con la escala F. Esto daría como resultado una mejor correlación entre los daños producidos y los vientos que los originan. Deberían tenerse en cuenta qué tipo de construcciones son afectadas: no es lo mismo el efecto de un F3 en un pajar que en un edificio de hormigón. Por pedir, esta escala debería ser expandible, flexible, extensible, que no se quedara anticuada, que adaptara bien a modificaciones.

 

El comité de veinte expertos que diseñó la nueva escala –reunidos en Grapevine, Texas, en marzo de 2001- tuvo cuidado además, de continuar la base de datos histórica de categorizaciones de tornados, es decir, hacerla compatible con la nueva escala, y sobre todo, de atender la información proveniente de los usuarios de la misma.

 

Aparecen entonces dos nuevos conceptos:

 

·                                Los Indicadores de Daño (Damage Indicator, en inglés) o DI.-

·                                Los Grados de Daño producido (Degrees of Damage, en inglés) o DoD.-

 

Tanto unos como otros pueden ser modificados en su contenido, así como pueden ser ampliadas las listas que los contienen. Se identifican 28 Indicadores de Daño (28 DIs), y cada uno de ellos puede tener varios Grados de Daño diferentes (DoD). Los DIs se agrupan básicamente en edificios, estructuras y árboles. Los DoD van en secuencia ascendente, es decir, cada nuevo grado de daño (DoD) requiere una velocidad estimada de viento mayor que el anterior. El daño para cada DI varía desde el primer síntoma de que algo se ha “roto” hasta la completa destrucción de ese determinado DI (una casa, un árbol, una señal de tráfico, por ejemplo).

 

Empecemos por mostrar la lista de los 28 DIs. Hay que hacer notar que la misma está totalmente basada en el tipo de edificaciones y estructuras que se encuentran en las Grandes Llanuras americanas de Texas y Oklahoma, evidentemente el lugar donde más tornados se producen. La fuente de esta lista es el Storm Prediction Center, perteneciente al National Weather Service (NWS, SPC).

 

 

NUMERO

INDICADOR DE DAÑO

ABREVIATURA

1

Small barns, farm outbuildings

SBO

2

One- or two-family residences

FR12

3

Single-wide mobile home (MHSW)

MHSW

4

Double-wide mobile home

MHDW

5

Apt, condo, townhouse (3 stories or less)

ACT

6

Motel

M

7

Masonry apt. or motel

MAM

8

Small retail bldg. (fast food)

SRB

9

Small professional (doctor office, branch bank)

SPB

10

Strip mall

SM

11

Large shopping mall

LSM

12

Large, isolated ("big box") retail bldg.

LIRB

13

Automobile showroom

ASR

14

Automotive service building

ASB

15

School - 1-story elementary (interior or exterior halls)

ES

16

School - jr. or sr. high school

JHSH

17

Low-rise (1-4 story) bldg.

LRB

18

Mid-rise (5-20 story) bldg.

MRB

19

High-rise (over 20 stories)

HRB

20

Institutional bldg. (hospital, govt. or university)

IB

21

Metal building system

MBS

22

Service station canopy

SSC

23

Warehouse (tilt-up walls or heavy timber)

WHB

24

Transmission line tower

TLT

25

Free-standing tower

FST

26

Free standing pole (light, flag, luminary)

FSP

27

Tree - hardwood

TH

28

Tree - softwood

TS

 

Tabla 1.  Indicadores de Daño (DI) en la Escala EF. Fuente NWS, SPC.

Tal y como se ha comentado, para cada indicador DI, existen una serie de DoD. Queda fuera del ámbito de este trabajo la descripción y traducción de cada uno de ellos. Se pueden encontrar pinchando en la columna izquierda de cada DI, o en la siguiente dirección: http://www.spc.noaa.gov/efscale/ef-ttu.pdf, sin embargo, a modo de ejemplo, se incluyen los DOD pertenecientes al DI FR12, o DI número 2, es decir, una residencia o chalet para una o dos familias.

 

Ejemplo de DI (FR12) y sus DOD correspondientes (sin traducir)

 

One- and Two-Family Residences (FR12)

 

Typical Construction

 

• Asphalt shingles, tile, slate or metal roof covering

• Flat, gable, hip, mansard or mono-sloped roof or combinations thereof

• Plywood/OSB or wood plank roof deck

• Prefabricated wood trusses or wood joist and rafter construction

• Brick veneer, wood panels, stucco, EIFS, vinyl or metal siding

• Wood or metal stud walls, concrete blocks or insulating-concrete panels

• Attached single or double garage

 

DOD

Damage description

EXP

LB

UB

1

Threshold of visible damage

65

53

80

2

Loss of roof covering material (<20%), gutters and/or awning; loss of vinyl or metal siding

79

63

97

3

Broken glass in doors and windows

96

79

114

4

Uplift of roof deck and loss of significant roof covering material (>20%); collapse of chimney; garage doors collapse inward or outward; failure of porch or carport

97

81

116

5

Entire house shifts off foundation

121

103

141

6

Large sections of roof structure removed; most walls remain standing

122

104

142

7

Top floor exterior walls collapsed

132

113

153

8

Most interior walls of top story collapsed

148

128

173

9

Most walls collapsed in bottom floor, except small interior rooms

152

127

 178

10

Total destruction of entire building

170

142

198

Tabla 2.  Niveles de daño (DOD) para el DI FR12. Fuente NWS, SPC.

La columna EXP (EXPected wind) indica la velocidad estimada, en millas por hora, a la cual se produce ese determinado nivel de daño en ese determinado indicador. Es decir, en la tabla 2, un viento estimado en 122 mph (DOD 5), hará que una casa unifamiliar como la descrita (FR12) se desplace de sus cimientos.

 

La columna LB (Lower Bound) indica el límite inferior estimado para que se produzca dicho daño, mientras que la columna UB (Upper Bound), es el límite superior. Por debajo del LB, el DOD sería el anterior (4), mientras que por encima del UB, sería el superior (6).

Vemos ahora una tabla de correlación entre la anterior escala F y la nueva escala mejorada.

 

ESCALA FUJITA

ESCALA EF DERIVADA

ESCALA EF OPERACIONAL

Número F

Racha ¼ milla (mph)

Racha 3 seg. (mph)

Número EF

Racha 3 seg. (mph)

Número EF

Racha 3 seg. (mph)

0

40-72

45-78

0

65-85

0

65-85

1

73-112

79-117

1

86-109

1

86-110

2

113-157

118-161

2

110-137

2

111-135

3

158-207

162-209

3

138-167

3

136-165

4

208-260

210-261

4

168-199

4

166-200

5

261-318

262-317

5

200-234

5

> 200

 

Tabla 3. Tabla de correlación entre la escala F y la EF. Fuente NWS, SPC.

Veamos un ejemplo: un tornado destruye la mayoría de las paredes de una serie de casas, tirándolas abajo. Se determina que en ese barrio, el tipo de indicador (DI) es FR12, es decir, son casas tipo chale o residencia unifamiliar o con máximo dos familias. La típica construcción hecha de ladrillos. El DOD (grado de daño, de la tabla 2, indica que se trata de un DOD 9, es decir, con vientos variables entre 127 y 178 mph, y una racha estimada en 152 mph. Comprobamos entonces en la tabla 3 que pertenece al rango 136-165, y por lo tanto es un EF-3.

 

En cuanto a su compatibilidad con la anterior escala F, se determina una tabla derivada que relaciona ambas, en donde un determinado número F, por ejemplo F3, se mantiene en la nueva escala EF, es decir, un F3 antiguo será un EF3, aunque el rango de velocidad de vientos alcanzado sea diferente, como se puede ver en la tabla 3.

 

Esta nueva escala es algo más complicada que la anterior, y requiere un entrenamiento previo a la categorización. Además, ha variado sustancialmente la intensidad de los vientos necesarios para la categorización de un tornado, especialmente a partir de los EF-3, habiendo disminuido significativamente la intensidad necesaria para alcanzar determinado rango. Parece ser que la antigua escala F sobreestimaba la velocidad del viento para producir los destrozos descritos en cada escalón. Ahora un EF5 operacional describe destrozos producidos por rachas de viento de 3 segundos estimados en superiores a 200 mph (320 km/h).

 

Referencias

 

http://www.spc.noaa.gov/efscale/ - Storm Prediction Center

http://www.spc.noaa.gov/faq/tornado/ef-ttu.pdf - Descripción de DI y DOD (en inglés)

http://www.wdtb.noaa.gov/courses/EF-scale/index.html - Recursos de aprendizaje (en inglés)

http://en.wikipedia.org/wiki/Enhanced_Fujita_Scale - Wikipedia

 

 

 

 

 

 
 

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