Velocidad del viento y presión del aire
La medición de la velocidad del viento se puede obtener por fotogrametría (mediciones a partir de fotografías) y mediante técnicas de teledetección utilizando el efecto Doppler. Estas dos técnicas son complementarias. Proporcionan información sobre las velocidades del viento de los tornados mediante el seguimiento de objetos dentro y alrededor del núcleo (la suposición es que los objetos se mueven con la velocidad del aire). La fotogrametría permite determinar las velocidades a través del plano de la imagen mediante el análisis de movimientos de paquetes de polvo, trozos de vegetación y escombros de edificios registrados en una película o cinta de video, pero no se puede usar para determinar la velocidad del viento hacia o lejos de la cámara. Por otro lado, a través del procesamiento de «ecos» electromagnéticos cambiados por Doppler recibidos de gotas de lluvia y desechos iluminados con pulsos de ondas de radio (radar) o luz (lidar), se puede determinar la velocidad del viento hacia o lejos del instrumento.
En algunas condiciones, las velocidades extremas del viento pueden ocurrir en la región de la esquina de un tornado. Las pocas mediciones de vientos violentos de tornados que se han hecho utilizando radar Doppler y fotogrametría sugieren que las velocidades de viento tangenciales máximas posibles generadas por tornados están en el rango de 125 a 160 metros por segundo, o 450 a 575 km por hora (aproximadamente 410 a 525 pies por segundo, o 280 a 360 millas por hora). La mayoría de los investigadores creen que el valor extremo real está cerca del extremo inferior de este rango. Consistente con este pensamiento fue la medición realizada usando un radar Doppler móvil de la velocidad del viento más rápida jamás medida, 318 millas por hora (aproximadamente 512 km por hora), en un tornado que golpeó los suburbios de Oklahoma City, Oklahoma, el 3 de mayo de 1999.
Las velocidades tangenciales máximas se producen en una región en forma de anillo que rodea la punta del núcleo del vórtice que está centrada de 30 a 50 metros (100 a 160 pies) por encima del suelo. (Por lo tanto, tienden a ser un poco más altos que los vientos que causan daños en la superficie.) Las velocidades verticales del aire que se elevan como un chorro central a través del agujero en el anillo pueden ser tan altas como 80 metros por segundo, o 300 km por hora (aproximadamente 250 pies por segundo, o 170 millas por hora). Se estima que las velocidades radiales del aire que fluye desde la región de entrada a la región de la esquina (que alimenta el chorro central) alcanzan los 50 metros por segundo, o 180 km por hora (aproximadamente 160 pies por segundo, o 110 millas por hora). Debido a que la organización del flujo de aire varía considerablemente con la intensidad de los tornados, los extremos en velocidades verticales y radiales pueden no ocurrir al mismo tiempo que los extremos en velocidades tangenciales.
Estas velocidades extremas son los vientos más fuertes que se conocen cerca de la superficie de la Tierra. En realidad, ocurren sobre una porción muy pequeña del núcleo del tornado cerca del suelo. Su aparición real es rara, y, cuando ocurren, generalmente duran muy poco time.In en casi todos los tornados (alrededor del 98 por ciento), la velocidad máxima del viento alcanzada es mucho menor que estas velocidades máximas posibles.
Si bien no ha habido mediciones directas de la presión atmosférica en tornados, se han tomado algunas mediciones cuando los tornados pasaron cerca de las estaciones meteorológicas con barógrafos (instrumentos que registran la presión atmosférica a lo largo del tiempo). Los datos de estos incidentes, junto con las mediciones realizadas en vórtices de laboratorio, permiten la construcción de modelos matemáticos que describen la distribución de la presión superficial debajo de los tornados. Estos modelos, combinados con información sobre vientos de tornados, se utilizan para extrapolar cuál era la presión de aire más probable en el centro de cualquier tornado dado.
Estas extrapolaciones indican que una región de baja presión superficial está centrada debajo del núcleo del tornado. El área de esta región es relativamente pequeña en comparación con la del anillo de vientos de alta velocidad que la rodea. Incluso para tornados violentos, la reducción de la presión superficial en esta área (en relación con la presión superficial en la atmósfera circundante) es probablemente no más de 100 hectopascales (es decir, aproximadamente el 10 por ciento de la presión atmosférica estándar a nivel del mar). En la mayoría de los tornados, la reducción de la presión de la superficie central no es tan grande.
Se cree que la presión atmosférica más baja en un tornado se encuentra en el centro del núcleo a unas pocas decenas a unos pocos cientos de metros sobre la superficie, aunque se desconoce la magnitud de la reducción de presión. En tornados violentos, esta diferencia de presión parece ser suficiente para inducir un flujo descendente central.
