Condensación y precipitación (lluvia, nieve, granizo)

Givoni B.; Man, climate and architecture, 1981, p 15.

Humedad relativa y punto de rocíoCuando el aire contiene una cantidad dada de vapor de agua se enfría, su capacidad de retención de humedad se reduce, aumentando la humedad relativa hasta que se satura.

El punto al cual este aire empieza a saturarse se llama punto de rocío. El punto de rocío, a una cierta presión atmosférica, depende sólo de la presión de vapor del aire. Cualquier enfriamiento debajo del punto de rocío causa la condensación del vapor que excede la capacidad del aire a u nuevo punto de rocío más bajo.

Enfriamiento de aire

El aire se puede enfriar mediante tres procesos: • al entrar en contacto con una superficie fría, • mezclándose con aire frio y • por una expansión asociada con el aumento de

corrientes de aire (enfriamiento adiabático). Los primeros dos procesos ocasionan la formación de rocío y neblina, y la tercera es la única que puede causar una precipitación de gran escala.

Formación de rocío y niebla

El enfriamiento por contacto con otras superficies, está limitado a las capas inferiores de aire. Si ocurre condensación, esta se aprecia como la formación de rocío.

Cuando el aire no está en contacto directo con la superficie fría, sólo es enfriado debajo de su punto de rocío dando lugar a la formación de niebla.

Este enfriamiento de las capas bajas de aire puede ser provocado por el mezclado con las capas más bajas y por la pérdida de radiación de onda larga de las moléculas de vapor del piso frio.

Aire frío

Aire caliente

Tem

pera

tura

at

mos

féri

ca

Las condiciones que favorecen la formación de niebla son:

• un cielo con pocas nubes, que provoca la salida de la radiación de onda larga hacia el espacio, enfriando el suelo y de las capas bajas de aire.

• una inversión térmica cercana al piso, que limita el mezclado vertical de la capa baja de aire con las capas superiores.

• ausencia de viento, que no permite el calentamiento de la capa baja de aire por medio del mezclado vertical.

Aire caliente

Aire fríoTem

pera

tura

atm

osfé

rica

Aire muy fríoAire frío

La niebla es más gruesa y prevalente en valles y depresiones topológicas donde aire más frio y pesado tiende a colectarse. Esto ocurre frecuentemente en regiones costeras donde los vientos marinos acarrean aire húmedo que entra en contacto con una superficie más fría.

Nubes

• La formación de grandes nubes y precipitación son resultado de un enfriamiento adiabático de grandes masas de aire, y son afectadas ampliamente por la estabilidad vertical del aire.

• Cuando el aire se eleva, su presión disminuye, se expande y enfría. La energía requerida para la expansión es extraída de la masa de aire, causando el enfriamiento.

• La masa de aire asciende con un gradiente vertical de temperatura (GVT) implícito, dadas sus condiciones.

• La tasa de enfriamiento cambia de manera constante con la altura a razón de 10 oC cada 1000 m, mientras no exista condensación, y es conocida como “tasa adiabática seca” (TAS). Con la aparición de la condensación el calor liberado en el proceso reduce la tasa de enfriamiento de la masa de aire. Esta tasa reducida es conocida como “tasa adiabática húmeda” (TAH) que no es constante y depende de la temperatura del aire. Cuando la temperatura es mayor al principio de la condensación, más vapor está disponible para la misma y la tasa es más baja. A altas temperaturas la tasa adiabática húmeda es alrededor de 5.4 oC cada 1000 m.

Casos:

1. GVT < TAH

Estable

2. TAH < GVT < TAH

Inestabilidad condicional

3. GVT < TAH

Inestable

Tem

pera

tura

atm

osfé

rica

Nivel de condensación

TAS

TAH

Estable

Inestable Talr<

Nivel de condensación

TAS

TAH

Talr<

Enfriamiento adiabático Enfriamiento

adiabático

Una masa de aire ascendente que se enfría por expansión, eventualmente llegará a su punto de rocío. Entonces se producirá la condensación a gran escala, la formación de nubes compuestas de innumerables y pequeñas gotas de agua y, a veces cristales de hielo. Gotitas más pesadas comienzan a formarse en el aire que sigue subiendo y cuando son lo suficientemente grandes como para caer y soportar las pérdidas por evaporación durante el descenso, se produce la precipitación.

Precipitación• La precipitación por convección viene del ascenso de las masas de

aire húmedo, calentadas por contacto con superficies a mayor temperatura. El calor latente liberado cuando la condensación comienza reduce la velocidad de enfriamiento con la elevación y acelera el ascenso. Esta precipitación se produce principalmente en las regiones tropicales, en las tardes de la temporada de calor..

También puede ser causada por masas de aire de origen marino, transportadas por los vientos hacia la tierra que es más cálida que la superficie del mar durante el día

• Cuando una capa de aire caliente está cubierta por una masa de aire frío y denso, el sistema es inestable y, finalmente, se produce el vuelco. Entonces el aire caliente y húmedo se eleva abruptamente, se expande, se enfría y libera su humedad como precipitaciones convectivas.

• La lluvia por convección por lo general cae en aguaceros de corta duración

• Las precipitaciones orográficas se originan en las masas que suben por las laderas de las montañas debido a gradientes de presión. A medida que estas masas se acercan, se elevan primero sobre el aire estancado frente a las montañas, las lluvias orográficas pueden comenzar antes de cualquier aumento brusco en la superficie de la tierra. La precipitación es mayor en el lado de barlovento de la montaña y disminuye más allá de la cresta, dando lugar a condiciones más áridas allí. De esta forma una montaña puede marcar una división clara entre tipos de clima muy diferente.

•La precipitación convergente se produce con la elevación del aire en las regiones donde convergen las masas de aire en las zonas de baja presión o frentes. El aire ascendente se expande, se enfría y la humedad se condensa para formar nubes y se precipita.En un frente tropical las dos corrientes de aire convergentes tienen características similares y su ascenso simultáneo es rápido, dando lugar a lluvias. En el frente de convergencia en las latitudes medias las dos corrientes tienen diferentes temperaturas y el aire caliente se eleva desde el suroeste por encima del aire más frío del noreste. La pendiente de ascenso, y en consecuencia la tasa de elevación, es muy pequeña. La lluvia como resultado de este lento ascenso es suave y de larga duración.