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Meteorología para aviadores navales
Curso 2006
Prof.: Dr. Gustavo V. Necco
Escuela de Aviación Naval ESANA
Humedad, vapor de
agua, nubes y
precipitación
Humedad, vapor
de agua, nubes
y precipitación
El agua
El más común de los elementos, pero el más extraordinario.
Se encuentra en los tres estados
• Gaseoso (vapor de agua)
• Líquido (lluvia, espejos de agua)
• Sólido (hielo, granizo, nieve)
Gran influencia en los intercambios
• De masa (lluvia, meteoros)
• Energéticos (condensación, evaporación, sublimación)
• Radiativos (albedo en nubes y superficies nevadas)
El agua. Cambios de estado
SOLIDO
CONDENSACION SOLIDA
LIQUIDO
(HIELO)
CONGELAMIENTO
CONDENSACION
FUSION
EVAPORACION
(AGUA)
SUBLIMACION
LIBERA CALOR
TOMA CALOR
Intercambios de calor cuando el agua cambia de estado. Las flechas azules indican
cambios que absorben calor. Ese calor permanece oculto o « latente » hasta que
ocurra un cambio de estado inverso. Las flechas rojas muestran cambios que
liberan calor latente al entorno. El intercambio de calor ocurre cada vez que el
agua cambia de estado (aunque no cambie la T).
Noción de saturación del vapor de agua
1)
2)
agua
sal
3)
agua
agua
salada
sal
aire
húmedo
agua
aire seco
agua
salada
sal
agua
aire
húmedo
saturación
A temperatura más elevada el
estado de saturación se produce
con una cantidad de vapor de
agua (o de sal) más importante
• A una T dada el aire sólo puede contener una cantidad máxima de vapor de
agua. Cuando se alcanza ese máximo hay saturación en vapor de agua. Si
se continúa la humidificación el excedente pasa a la forma líquida.
• La cantidad máxima de vapor de agua que puede contener el aire es función
de T. Si la temperatura es baja el aire sólo puede contener poco vapor de
agua. Si la T es elevada el aire puede contener mucho más vapor de agua.
BAJA
MEDIA
ALTA
Temperatura
La temperatura determina el máximo valor de vapor de agua
que puede contener el aire. Los puntos azules ilustran la mayor
capacidad del aire caliente para contener vapor de agua. Para
cada T el aire puede contener una cantidad dada de vapor de
agua. No más.
Humedad relativa
Si
Q: es la cantidad máxima de vapor de agua que puede
contener el aire y
q: es la cantidad real de vapor de agua contenido por el
aire
se pueden comparar por un porcentaje
U = 100 q/Q
El valor U se denomina humedad relativa.
Cuando se alcanza la saturación q = Q y entonces U = 100%
Medición de la humedad
relativa
- Higrómetros e higrógrafos de cabello
- Psicrómetros : miden dos
temperaturas – seca y húmeda
- Captores capacitivos: basados en
condensadores cuya capacidad
eléctrica varía con la humedad
Psicrómetro de
aspiración
(Assman)
La temperatura del punto de rocío
Muy empleada en aeronáutica.
El punto de rocío es la temperatura a la que hay que enfriar (a
presión constante) una partícula de aire para que se sature.
Cuando se compara el punto de rocío con la temperatura del aire se puede
estimar cualitativamente cuán cerca está el aire de la saturación.
La diferencia entre la temperatura del aire y la del punto de rocío se
denomina « depresión del punto de rocío ». Cuando esta depresión
disminuye la humedad relativa aumenta y será 100 % cuando la temperatura
y el punto de rocío coincidan.
La depresión del punto de rocío en superficie es importante para anticipar la
ocurrencia de nieblas, pero tiene poco que ver con la precipitación (para que
ocurra una precipitación el aire debe estar saturado en capas muy espesas
en altura)
Humedad relativa y punto de rocío
A 55°F
(12.8°C)
PUNTO DE ROCIO
37°F
A 44°F
(6.7°C)
A 37°F (2.8°C)
37°F
(2.8°C)
Vapor de agua
presente en el aire
Máximo vapor de
agua posible en el
aire
La humedad relativa depende tanto de la temperatura como del vapor de agua. En la
figura el vapor de agua es constante pero la T varía. A la izquierda la HR es 50% (un
aire más caliente podría contener el doble de vapor de agua presente).
Cuando el aire se enfría (centro y derecha) aumenta la HR. Al llegar al punto de rocío la
capacidad del aire para contener vapor de agua se reduce a la cantidad presente. La
HR es 100%, el aire está saturado y la T y el punto de rocío son iguales
Nubes
Son un conjunto o asociación, grande o pequeña, de gotitas de
agua ( y a veces también de cristales de hielo) producto de un
gran proceso de condensación.
Se presentan con los más variados colores, aspectos y dimensiones,
según las altitudes en que aparecen y las características particulares
de la condensación.
El tamaño de las gotitas que integran una nube varía desde unos
pocos micrones hasta 100 micrones. Al principio son casi esféricas,
dependiendo su crecimiento del calibre y composición del núcleo de
condensación, así como de la humedad del aire. Cuando las gotitas
se hacen mayores, pierden su forma esférica y toman la clásica de
pera, con la que casi siempre se las representa.
Cuando ya no pueden sostenerse en la atmósfera inician el camino
hacia tierra en forma de precipitación.
Formación de nubes
Expansión y saturación
Vimos que cuando la T disminuye, a presión constante, la HR aumenta y se
puede alcanzar la saturación (100%). Hay también procesos de expansión
que producen la condensación del vapor de agua.
La presión atmosférica disminuye con
la altura, y por consiguiente si una
partícula de aire asciende su P
disminuye y se expande, enfriándose.
Si T disminuye la HR aumenta y
cuando se alcanza la saturacion se
dice que llegamos al nivel de
condensación (por ascenso).
T = + 8.5°C
U = 100%
Nivel de
condensación
T = + 11.2°C
U = 86%
ascenso
T = + 21.2°C
U = 51%
Núcleos de condensación
En aire completamente puro
cuando se sobrepasa el estado
de saturación (sobresaturación)
no aparecen gotitas de agua.
La condensación sólo ocurre si el
aire contiene partículas sólidas
microscópicas llamadas núcleos
de condensación.
Estas partículas pueden ser de ClNa (de la evaporación del mar), humos o polvos.
El vapor de agua se condensa fácilmente sobre gotitas microscópicas que se forman
en los núcleos.
Una vez que se forma la nube los movimientos turbulentos llevan a las gotitas a
chocar y agrandarse (coalescencia).
La visibilidad es débil en las nubes
(menos de 100 m)
Si la T es inferior a 0°C la condensación
da lugar a cristales de hielo.
o
oo
o
agua
Núcleo de condensación
Nociones de estabilidad e inestabilidad
Consideremos masas de aire frío y cálido (son términos relativos en la
atmósfera ya que habrá que considerar siempre los fenómenos de ascenso o
el calor latente para obtener la T)
AIRE CÁLIDO
AIRE FRÍO
Z
AIRE FRÍO
AIRE CÁLIDO
Si, por los movimientos de la atmósfera, una masa de aire cálido se sitúa
por encima del aire frío la situación es estable: el aire cálido, más liviano,
está por encima del frío y allí queda.
Si el aire cálido se sitúa por debajo del frío la situación es inestable: el
aire cálido, liviano, se desplaza para pasar por encima del frío provocando
movimientos verticales. El aire cálido se expande (y se enfría) y pueden
aparecer nubes.
Fenómenos generadores de nubes
• La inestabilidad (ya visto);
• La turbulencia, que también puede provocar
movimientos verticales y , por consiguiente, expansión;
• La radiación, que conduce a un enfriamiento del aire
que puede llevar a la condensación;
• Los ascensos generalizados de las masas de aire
(ascensos sinópticos);
• Los ascensos provocados por el relieve montañoso.
La forma de las nubes
La inestabilidad puede producir
desplazamientos verticales del aire muy
vigorosos, del orden de varios m/s. Las
nubes formadas por estos procesos se
extienden en la vertical y tienen
tendencia a semejarse a coliflores. Se
dice que son cumuliformes.
Otros procesos, como la radiación,
tienen lugar en una atmósfera muy
estable y las nubes así formadas tienen
un desarrollo vertical muy débil y se
extienden en la horizontal. Se las llama
estratiformes.
El aspecto general de las nubes y su forma está así muy relacionada
al carácter estable o inestable de la atmósfera y, por lo tanto,
dependerá del perfil vertical de la temperatura del aire.
Gradiente vertical de temperatura
En la atmósfera tipo o estándar se vió que el decrecimiento de la T con la
altura es de 2°C cada 1000 pies. En la atmósfera real es muy cambiante.
Z
T(Z)
ISOTERMIA
T
Cambios de temperatura con ascensos y descensos
Se ha visto que si el aire asciende la presión disminuye y se expande y. por
lo tanto, se enfria. Al contrario si desciende se comprime por la mayor
presión y se calienta. Estos cambios se llaman (enfriamientos o
calentamientos) adiabáticos, porque no se agrega ni se quita calor al aire.
En aire no saturado este gradiente es constante.
Para este caso el aire ascendiendo o descendiendo
se enfría o se calienta aproximadamente
3°C cada 1000 pies
Se denomina « gradiente adiabático seco »
y es independiente de la T de la masa de
aire donde ocurre el movimiento vertical
globo en
ascenso
Cambios de temperatura con ascensos y descensos
B
gradiente
adiabático
seco
Z
estable
B
A
estable
C neutro
inestable
13°C
18°C
31°C
16°C
Una masa de aire donde la temperatura decrece rápidamente con la altura
favorece la inestabilidad; pero el aire tiende a ser estable cuando la temperatura
cambia poco o nada (isotermia) o crece (inversión) con la altura
T
Tipos y géneros de nubes
Tabla de las clasificaciones nubosas
(Luke Howard, 1803)
Las nubes se clasifican en 10 formas características, o géneros, que
se excluyen mutuamente.
Vista de los diferentes géneros de nubes y los niveles aproximados que
ocupan en la troposfera. Las nieblas y el “smog (niebla y humos)” no se
consideran nubes.
CIRROS (Ci)
Se encuentran generalmente entre 6.000 y 10.000 metros de altitud, o
sea, hasta el límite aproximado de la troposfera. Estas nubes altas están
constituidas por cristalitos de hielo y son transparentes.
CIRROESTRATOS (Cs)
Estas nubes altas aparecen a unos 8.000 metros de altitud. Se
asemejan a un velo o manto continuo blanquecino, transparente, de
aspecto fibroso o liso, que cubre total o parcialmente el cielo, pero sin
ocultar el Sol o la Luna, en torno de los cuales producen el fenómeno
óptico del halo. Como los cirros, estas nubes también están
constituidas, principalmente, por cristalitos de hielo.
CIRROCÚMULOS (Cc)
Estas nubes altas se componen principalmente de cristales de
hielo y se forman entre los 5000 a 13000 metros. Parecen
pequeñas bolas de algodón que usualmente se alinean en largas
hileras. Los Cirrocúmulus son normalmente blancos, pero a veces
parecen grises. Si estas nubes cubren la mayoría del cielo, se
suele denominar "cielo enladrillado" o "cielo escamado".
ALTOESTRATOS (As)
Estas nubes intermedias, cuyas bases se hallan de 3.000 a 4.000
metros de altitud, son como un velo o manto de color gris, a veces
con tonalidades blancas y azuladas. Sus partes menos densas
permiten ver el Sol y la Luna como manchas difusas de luz, como si
fuera a través de un vidrio opaco.
ALTOCÚMULOS (Ac)
Son también de la clase de nubes intermedias, siendo su altura de base unos
3.000 metros. Están, al menos en su mayor parte, constituidas por gotitas de
agua, aunque, a muy bajas temperaturas, pueden formarse cristalitos de hielo
que, si caen, pueden originar fenómenos ópticos como el halo, parhelios y
columnas luminosas.
Generalmente aparecen en bancos o mantos de nubes en forma globular, como
si se tratasen de balas de algodón o grandes pastillas, distribuidas en una o dos
direcciones bien marcadas, cual enlosado celeste. Algunas veces toman otras
formas. Casi siempre tienen vigorosas partes sombreadas, aunque su color más
corriente es una mezcla de blanco y gris.
ESTRATOCÚMULOS (Sc)
La altura de base de estas nubes bajas es de unos 1.500 metros.
Se presentan en capas o bancos de color gris y blanquecino, con
límites definidos. Generalmente forman fajas paralelas de gran
extensión. Están constituidas por gotitas de agua.
NIMBOESTRATOS (Ns)
También pertenecen a la serie de nubes bajas. Su base se encuentra a una
altitud de alrededor los 1.200 metros. Son mantos nubosos propios del
tiempo de lluvia. Son de color gris, frecuentemente oscuros. Su espesor es
siempre lo suficientemente grueso para ocultar el Sol. Su aspecto queda
borroso o enturbiado por la caída de la lluvia o nieve. Los nimboestratos
están constituidos por gotitas de agua y gotas de lluvia, aunque muchas
veces también contienen cristalitos de hielo y copos de nieve.
ESTRATOS (St)
Son nubes bajas que se presentan en forma de largas fajas horizontales de
color humo o grisáceo y son muy parecidas a los nimboestratos, aunque no
están relacionados con lluvias o nevadas. Son mantos muy uniformes,
parecidos a la niebla, por lo que vulgarmente se las conoce como "nieblas
altas". Su altitud es siempre muy baja, originándose desde alturas cercanas
al suelo hasta unos 800 metros. Se la considera nube de buen tiempo y está
integrada por gotitas de agua y aparece frecuentemente por las mañanas en
las zonas montañosas.
CÚMULOS (Cu)
Estas nubes tienen generalmente una base llana y horizontal que se halla a
una altitud de 800 a 1.000 metros. Se presentan en conglomerados sueltos,
de color blanco, brillantes cuando están iluminados por el Sol, y con una base
un poco oscura. Se desarrollan verticalmente en forma de cúpulas,
prominencias o torres, siendo la parte superior muy semejante a una coliflor.
Están compuestos por gotitas de agua, aunque se pueden formar cristalitos
de hielo a partir de temperaturas inferiores a 0° C.
CUMULONIMBOS (Cb)
Son nubes bajas de gran desarrollo vertical, con una base a poca altitud (unos
800 metros del suelo), y cuya altura llega algunas veces hasta los 9.000 y
10.000 metros, es decir, toda la altura de la troposfera. Su base horizontal,
que alcanza tonalidades muy oscuras, puede ocupar hasta 30 Km. de ancho.
Su parte superior es generalmente aplanada y en forma de "yunque". Su
aspecto amenazador y el que produzcan grandes tormentas de lluvia y
granizo, acompañadas de rayos y truenos, hace que se las conozca como
"nubes de tormenta".
Los cumulonimbos están constituidos por gotitas de agua, cristales de hielo,
gotas de lluvia y, la mayor parte de las veces, copos de nieve, granizo y
pedrisco. Suelen presentarse aisladamente o en filas en forma de muralla.