GRADO EN GESTIÓN Y OPERACIONES DEL TRANSPORTE...

Grado en G. y O. del Transporte Aéreo

Meteorología

GRADO EN GESTIÓN Y OPERACIONESDEL TRANSPORTE AÉREO

Departamento de Fı́sica Aplicada

Meteorologı́a– p. 1/23


Condensación sobre gotas esféricas

La tensión de vapor de saturación E(T) sobresuperficies planas está dada por la ecuación deClausius-Clapeyron. Para licuar agua sobre unagota esférica se necesita un aporte extra detrabajo para vencer la tensión superficial de lagota.La tensión de saturación en la gota Eg está dadapor:

Eg

E= e

baT

Donde b es una constante y a es el radio de lagota de agua pura.



Diagrama de fases sobre gotas esféricas

Tc

p

PT

V

L

PC

T

S

Agua en subfusión

Vap

or s

obre

satu

rado

Licuación

Sublimación



Formación de la lluvia

Conlusiones:

Eg > E por lo que podemos tener aguasobresaturada.

lima→∞Eg(a) = E

lima→0Eg(a) = ∞

Es imposible la formación de gotas porcondensación en agua pura.



Formación de la lluvia

Las gotas se forman sobre núcleos decondensación Formados por partículas solubleen agua procedentes del mar (NaCl), cenizasvolcánicas, polvo del desierto, etc. . .Clasificación por radios:

Núcleos de Aitken: 5·10−3µm< a< 2·10−1µm

Núcleos Grandes: 0.2µm< a < 1µm:

Núcleos Gigantes: 1µm< a



Condensación sobre gotas esféricas con núcleo

La tensión de saturación en la gota con núcleoEn está dada por la fórmula de Köhler:

En

E=

(

1−ca3

)

eb

aT

Donde b es una constante y a es el radio de lagota de agua y c depende del tamaño ycomposición de núcleo de condensación.Consecuencias:

lima→∞En(a) = E

lima→0En(a) = −∞



Condensación sobre gotas esféricas con núcleo

Fuente:M.O. Andreae and D.RosenfeldEarth-Science Re-views 89 (2008)13–41Las gotas caenantes de sucrecimiento ade-cuado. Crecenpor coalescencia.



Coalescencia en nubes frías

Tc

p

PT

V

L

PC

T

S

Agua en subfusión

Vap

or s

obre

satu

rado

Licuación

Sublimación

En > Ehielo

Sublimaciónsobre núcleosde hielo muypequeños.El agua líquida yen vapor pasa ahielo.



Coalescencia en nubes calientes

Los núcleos son grandes o gigantes.Las gotas son de mayor tamaño.Las gotas grandes caen y las de menor tamañocaen, aún sin alcanzar el tamaño suficiente, porla estela de la s gotas grandes.



Nubes: Clasificasión

Familia Género Símbolo AlturA Cirros Ci De 7000Nubes altas Cirrostratos Cs a 10500

Cirrocúmulos CcB Altostratos As De 2000Nubes medias Altocúmulos Ac a 7

Nimbostratos NsC Stratos St DeNubes bajas Estratocúmulos Sc a 2000D Cúmulus Cu TCU DeNubes de desarrollo vertical Cumulonimbos Cb a 500



Nubes: Clasificasión

https://cloudatlas.wmo.int/home.html



Procesos de formación de Nubes

Orográfica

Turbulencia

Convectiva

Advección

Frontales



Tormentas. Cumulonimbus

Condiciones para su formación:

Inestabilidad para que se inicie el ascensode la masa de aire.

Humedad proporción de mezcla alta parasuministrar calor por condensación ysolidificación.

Fases de la tormenta (una de las celdas)

Estado de desarrollo

Estado de madurez

Estado de disipación.Meteorologı́a– p. 13/23


Tormentas: Estado de desarrollo

Se inicia la inestabili-dad y la condensaciónde agua. Grandescorriente ascendentesde hasta 10m/s enla parte central ochimenea. Finalizacuando la masa deagua comienza hacaer bruscamente.

6

4

8

10

12

14

2

kmViento

Tropopausa

T=−15ºC



Tormentas:Estado de madurez

Se produce la preci-pitación. La masa deagua cae provocan-do en tierra la prime-ra racha que puedeextenderse varios ki-lómetros por delantede tormenta. Ver tur-bulencias. La corrien-te ascendentes del ai-re aun persisten.

6

4

8

10

12

14

2

km

T=−15ºC

Tropopausa

Viento

Precipitacion fuera del Cb

Precipitacion debajo del Cb



Tormentas:Estado de disipación.

Predominan las co-rriente descendentespor lo que la nu-be desaparece. Que-da un pequeño cirruscorrespondiente al pi-co del yunque.

T=−15ºC

Tropopausa

Precipitacion debajo del Cb

6

4

8

10

12

14

2

kmViento



Estructura eléctrica de la tormenta

Carga positivasuperior.

Carga negativamuy plana entorno aT = −150C.

Carga positivainferior maspequeña que lasanteriores.

Pequeña descar-ga en corona entierra. Producciónde O3.

−−− −−−−− −−−−−−

−−− −−−−− −−−−−−

+++

++

++

+++

++

++

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++

++++

+++

++

+++

++

++++

+++

++

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Tropopausa

6

4

8

10

12

14

T=−15ºC

+++

++

++

+++

+++

++

+

++

−−− −−−−− −−−−−−

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−−

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− −−

− − −−−

−

−

2

Descarga espacial en corona+ + + ++ +



Rayos y relámpagos

Son descargas en el interior de la nube(relámpago) o hacia tierra o al avión (rayo)debido a la ruptura dieléctrica del aire.

Pueden ser con precipitación o sin ella.

Se libera gran cantidad de energía. Latemperatura del aire asciende a varios milesde K.

Esto provoca una brusca dilatación del aire ysu correspondiente onda expansiva, eltrueno.



Rayos

Puedes ser des-cargas positivas onegativas.

Fuente: Dong Zheng, Yijun Zhang, Qing Meng, Weitao Lu,Min Zhong, ”Lightning activity and electrical structure in athunderstorm that continued for more than 24 h“,Atmospheric Research 97 (2010) 241-256 Meteorologı́a– p. 19/23


Rayos sobre el avión

El avión se comporta como una jaula deFaraday no sufriendo daños por la descargade los rayos.

Antes del rayo se puede habermicro-descargas en las partes puntiagudasde avión. (Efecto punta de los camposeléctricos).

Puede tener efecto psicológico sobre latripulación y pasajeros debido al tremendoruido e iluminación de la cabina del avión.

Las descargas al avión se producen conmas frecuencia entre -100C y -250C. Seaconseja evitar dichas temperatura. Volar a



Rayos bola. Ball lightning

Son muy infrecuentes.Se desconoce su na-turaleza. Aunque lasecuaciones de Max-well pueden presen-tar soluciones anuda-das. por donde iríanlas cargas, el proble-ma por explicar es laestabilidad de los ra-yos bolas.

Espectro de un rayo bola. Basado en:Cen, Jianyong; Yuan, Ping; Xue, Simin (17 January 2014).Physical Review Letters. 112 (3) 035001.



Condiciones de vuelo en tormentas

Turbulencias con pérdidas de 500m/min.

Riesgo en la aproximación y despegue porturbulencia debida a reventón descendente.

Borde delantero del Cb. Según el eco delradar, se aconseja mantener una distanciade 40km con eco fuerte y 20km con ecodébil.

Riesgo de engelamiento en el interior atemperaturas de -20C hata -300C.

Riesgo de granizo fuera del Cb por la partedelantera.

Distancia de seguridad 20km hasta 8km deMeteorologı́a– p. 22/23


Nieblas: Clasificasión

Niebla: Suspensión de gotitas de agua muypequeñas en el aire que reducen la visibilidad amenos de 1 km.

Enfriamiento.IrradiaciónAdvección

Evaporación.

Tc

pL

T

S

Enfriamiento

PT

V

Ev

ap

ora

ció

n

PCKöhler


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