PRECIPITACION

La precipitacin es una parte importante del ciclo hidrolgico, responsable del depsito deagua dulce en el planeta y, por ende, de la vida en nuestro planeta, tanto de animalescomo vegetales, que requieren del agua para vivir. La precipitacin es generada por lasnubes, cuando alcanzan un punto de saturacin; en este punto las gotas de aguaaumentan de tamao hasta alcanzar el punto en que se precipitan por la fuerza degravedad. Es posible inseminar nubes para inducir la precipitacin rociando un polvo finoo un qumico apropiado (como el nitrato de plata) dentro de la nube, acelerando laformacin de gotas de agua e incrementando la probabilidad de precipitacin, aunqueestas pruebas no han sido satisfactorias, prcticamente en ningn caso.

Las precipitaciones: son el fenmeno de cada del agua de las nubes en forma lquida(lluvia, gara) o slida (nieve, granizo). Se producen por la condensacin del vapor deagua por disminucin de la temperatura.

La precipitacin puede, producirse por la cada directa de gotas de agua o de cristales dehielo que se funden, las gotas son mayores cuanto ms alta est la nube que las forma yms elevada es la humedad del aire, ya que se condensa sobre ellas el vapor de lascapas que van atravesando. Adems, durante el largo recorrido, muchas gotas llegan ajuntarse, fenmeno que tambin se presenta en los cristales de hielo. Estas gotas caen en virtud de su peso, y lo hacen a una velocidad que vara entre 4 y 8m/s, segn sea el tamao de las mismas y la influencia del viento. En cuanto a sutamao, vara entre 0,7 y 5 milmetros de dimetro. No obstante, una tpica gota deprecipitacin denominada lluvia tiene un milmetro de dimetro, lo que representa que suvolumen, aproximadamente, es un milln de veces mayor que el de una gotita primitiva denube.

El agua de lluvia no es pura como la destilada. Contiene varias sustancias en suspensiny disolucin, y esto aunque se trate de lluvia recogida en el mar o a gran distancia de lascostas. Casi siempre es portadora de sustancias nitrogenadas (nitratos y amoniaco), queson beneficiosas para la agricultura.

CONTENIDO DE VAPOR DE LA ATMOSFERA

En esencia toda precipitacin de agua en la atmsfera, sea cual sea su estado (slido olquido) se produce por la condensacin del vapor de agua contenido en las masas deaire, que se origina cuando dichas masas de aire son forzadas a elevarse y enfriarse.Para que se produzca la condensacin es preciso que el aire se encuentre saturado dehumedad y que existan ncleos de condensacin.

a) El aire est saturado si contiene el mximo posible de vapor de agua. Su humedadrelativa es entonces del 100 por 100. El estado de saturacin se alcanza normalmente porenfriamiento del aire, ya que el aire fro se satura con menor cantidad de vapor de aguaque el aire caliente. As, por ejemplo, 1 m de aire a 25 C de temperatura, cuyo contenidoen vapor de agua sea de 11 g, no est saturado; pero los 11 g lo saturan a 10 C, yentonces la condensacin ya es posible.

b) Los ncleos de condensacin (que permiten al vapor de agua recuperar su estadolquido), son minsculas partculas en suspensin en el aire: partculas que proceden delos humos o de microscpicos cristales de sal que acompaan a la evaporacin de lasnieblas marinas. As se forman las nubes. La pequeez de las gotas y de los cristales lespermite quedar en suspensin en el aire y ser desplazadas por los vientos. Se puedencontar 500 por cm y, sin embargo, 1 m de nube apenas contiene tres gramos de agua.

Las nubes se resuelven en lluvia cuando las gotitas se hacen ms gruesas y mspesadas. El fenmeno es muy complejo: las diferencias de carga elctrica permiten a lasgotitas atraerse; los ncleos, que a menudo son pequeos cristales de hielo, facilitan lacondensacin. As es como las descargas elctricas se acompaan de violentasprecipitaciones. La tcnica de la lluvia artificial consiste en sembrar el vrtice de lasnubes, cuando hay una temperatura inferior a 0 C, con yoduro de sodio; ste se divide enminsculas partculas, que provocan la congelacin del agua; estos cristales de hielo seconvierten en lluvia cuando penetran en aire cuya temperatura es superior a 0 C.1

AGUA PRECIPITABLELa precipitacin puede producirse por la cada directa de gotas de agua o de cristales dehielo que se funden. Las gotas son mayores cuanto ms alta est la nube que las forma yms elevada es la humedad del aire, ya que se condensa sobre ellas el vapor de lascapas que van atravesando. Adems, durante el largo recorrido, muchas gotas llegan ajuntarse, fenmeno que tambin se presenta en los cristales de hielo. Estas gotas caen en virtud de su peso, y lo hacen a una velocidad que vara entre 4 y 8m/s, dependiendo de su tamao y de la influencia del viento. En cuanto a su tamao,varan entre 0,7 y 5 milmetros de dimetro y una tpica gota de precipitacin, denominadalluvia, tiene un milmetro de dimetro, lo que representa que su volumen,aproximadamente, es un milln de veces mayor que el de una gotita primitiva de nube. El agua de lluvia no es cien por ciento pura, como la destilada; sino que contiene variassustancias en suspensin y disolucin, que generalmente estn suspendidas en laatmsfera y que las gotas arrastran a su paso. Aunque se trate de lluvia recogida en elmar, o a gran distancia de las costas, casi siempre es portadora de sustanciasnitrogenadas (nitratos y amoniaco), que son beneficiosas para la agricultura.

TIPOS DE PRECIPITACION

La precipitacin puede ser por conveccin, orogrfica y ciclnica.

Por conveccin: Es la ms comn en los trpicos se origina por el levantamiento demasas de aire ms ligero y clido al encontrarse a su alrededor las masas de aire densasy fras.

El llamado de conveccin, se produce cuando una masa de aire asciende debido a quesu temperatura es mayor y, por tanto, es ms ligera que el aire que la rodea. El resultadoes que la masa se enfra y se origina el proceso de condensacin, lo que da lugar a lalluvia por conveccin.

Orogrficas : La precipitacin debida al levantamiento del aire producido por las barrerasmontaosas. El efecto de las montaas ejerce una accin directa de sustentacin o se

induce a turbulencias y corrientes de conveccin secundarias, producindose unenfriamiento de esta, condensacin y precipitacin.

Por otra parte, una masa de aire tambin puede ser forzada a subir a niveles ms fros,cuando encuentra una cadena montaosa en su camino, por ejemplo. La lluvia producidapor este mtodo se denomina lluvia orogrfica o de relieve.

Ciclnica : Esta asociada al paso de los ciclones y ligada a los planos de contacto entremasas de aire de diferentes temperaturas y contenidos de humedad. El levantamiento deaire se origina por convergencia horizontal en la entrada de la masa de aire en un rea debaja presin.

Un proceso similar tiene lugar cuando una masa de aire caliente se encuentra con unagran masa de aire fro, lo que en el argot meteorolgico se conoce como una montaa deaire fro. Como las masas de aire generalmente no se mezclan, el aire caliente asciende,deslizndose por encima del fro. La lluvia que nace de este encuentro recibe el nombrede lluvia frontal o ciclnica.

Formas de precipitacinHemos indicado que la precipitacin desde un punto de vista meteorolgico, es agua enuna de sus formas, que cae del aire y se deposita en la superficie de la Tierra. Por lo tanto,se puede hacer una distincin entre las formas de condensacin que ocurren en laatmsfera y las que suceden en la superficie. En trminos estrictos, si la condensacinsucede en la superficie, el resultado no es una forma de precipitacin. La lluvia, llovizna,nieve, granizo, lluvia glida y neviscas, son todas formas de precipitacin. Roco, niebla yheladas, son formas de condensacin del vapor de agua en la superficie. Por ende aunque estn mencionadas aqu- segn esta definicin estos tres elementos no seranconsiderados como formas de precipitacin. El tipo de precipitacin recibida depende dela variacin de temperatura por encima de la superficie.

LluviaPrecipitacin en forma lquida

LloviznaPrecipitacin bastante uniforme en gotas de agua muy finas y muy cercanas unas de lasotras, que caen de una nubes.

NievePrecipitacin slida, (usualmente) en forma de cristales de hielo hexagonales, aislados oaglomerados, que caen de una nubes.

Nevisca o borrasca de nievePerodo relativamente corto de precipitacin de nieve que cae de una nubes cumuliforme,y se caracteriza por tener un comienzo y un final rpidos; es particularmente leve y breve.

Grnulos de hieloPrecipitacin de partculas transparentes de hielo, que son esfricas o irregulares -siendoraramente cnicas- con un dimetro de 5 mm o menos. Estos grnulos son tambinconocidos como aguanieve.

Grnulos de nievePrecipitacin de partculas blancas y opacas que caen de una nubes y que songeneralmente cnicas o esfricas, con dimetros de hasta 5mm.

Lluvia glidaPrecipitacin en gotas que se congelan al impactar contra una superficie formando unafina capa de hielo. Se produce cuando la nieve se derrite al pasar por una capa de aireclido y luego se congela en una superficie cuya temperatura est en el nivel decongelamiento o por debajo de l.

GranizoPrecipitacin de partculas de hielo tanto transparentes como opacas, generalmenteesferoides, cnicas o irregulares, con un dimetro de entre 5 y 50mm, que caen de unanubes, tanto en forma separada como en aglomerados irregulares.

RocoDepsito de gotas de agua sobre un objeto cuya superficie est suficientemente fra comopara causar la condensacin directa del vapor de agua del aire circundante.

HeladaCapa de hielo producida por deposicin sobre objetos cuyas temperaturas estn pordebajo del punto de roco, lo cual es lo mismo que decir a menos de 0 grado Celsius.

Nieblagotas de agua muy pequeas suspendidas en el aire, normalmente microscpicas, quepor lo general reducen la visibilidad horizontal en la superficie de la Tierra a menos de 1Km.

VARIACION TEMPORAL Y ESPACIAL DE LAS PRECIPITACIONES

La variacin estacional de las precipitaciones, en especial de la lluvia, define el aohidrolgico. ste da inicio en el mes siguiente al de menor precipitacin media de largoperiodo.La precipitacin presenta tambin variaciones plurianuales. En efecto, fenmenosnaturales como el llamado Fenmeno de El Nio produce variaciones importantes en lacosta del norte de Per y Ecuador. Por otro lado, fenmenos como los ciclones

tropicales contribuyen a generar precipitaciones pluviales en diversas regiones delmundo

.

La distribucin espacial de la precipitacin sobre los continentes es muy variada, por elloexisten extensas reas como los desiertos, donde las precipitaciones sonextremadamente escasas, del orden 0 a 200 mm de precipitacin por ao. En el desiertodel Sahara la media anual de lluvia es de apenas algunos milmetros, mientras que en lasreas prximas al golfo de Darin, entre Colombia y Panam, la precipitacin anual essuperior a 3,000 milmetros.

MODULO PLUVIOMETRICO ANUAL

Las precipitaciones se miden con los pluvimetros, de los que existen varios tipos. Elpluvimetro vasculante mide el agua precipitada en forma basculante o de peso,registrando el resultado en un tambor. El pluvimetro registrador pesa el agua en formacontinua. La precipitacin se mide en milmetros (mm): 1 mm equivale a que el aguaprecipitada formara una capa de 1 mm sobre la superficie del suelo, lo que equivale a 10litros por m2. Un promedio de lluvia de 2,000 mm equivale a que por m2 caen 2 m3 deagua en un ao.

A partir de 1980 se est popularizando cada vez ms la medicin de la lluvia por medio deun radar meteorolgico, los que generalmente estn conectados directamente conmodelos matemticos, que permiten as determinar la lluvia y los caudales en tiempo real,en una determinada seccin de un ro.

RELACION PRECIPITACION ALTITUD

Se representa la precipitacin en funcin de la cota de cada estacin pluviomtrica. Lasprecipitaciones aumentan con la altitud, hasta una cierta cota (altura optima pluvial) apartir de la cual se registran precipitaciones menores, esto se aprecia en cuencas concotas elevadas, del orden de 2000 metros.

PRECIPITACION MEDIA DE UNA CUENCALas dimensiones de una cuenca hidrogrfica son muy variadas, especialmente cuando setrata de estudios que abarcan una rea importante, es frecuente que en la misma sesiten varias estaciones pluviomtricas.

Para determinar la precipitacin en la cuenca en un perodo determinado se utilizanalgunos de los procedimientos siguientes: mtodo aritmtico, polgonos de Thiessen ymtodo de las isoyetas.

Mtodos para calcular la precipitacin media de una cuenca

Promedio aritmtico

Es el mtodo ms simple, en el que se asigna igual peso (1/G) a cada estacin. Puedenincluirse estaciones fuera del dominio, cercanas al borde, si se estima que lo que midenes representativo. El mtodo entrega un resultado satisfactorio si se tiene que el rea dela cuenca se muestrea con varias estaciones uniformemente repartidas y su topografa espoco variable, de forma de minimizar la variacin espacial por esta causa.

Este mtodo puede usarse para promedios sobre perodos ms largos, en que sabemosque la variabilidad espacial ser menor. Si se conocen las lluvias anuales en cadaestacin, el mtodo puede refinarse ponderando cada estacin por su aporte anual.

Mtodo de las isoyetas

Este es uno de los mtodos ms precisos, pero es subjetivo y dependiente del criterio dealgn hidrlogo que tenga buen conocimiento de las caractersticas de la lluvia en la

regin estudiada. Permite incorporar los mecanismos fsicos que explican la variabilidadde la lluvia dentro de la cuenca. El mtodo consiste en trazar lneas de igual precipitacinllamadas isoyetas a partir de los datos puntuales reportados por las estacionesmeteorolgicas (Figura 2).

Al rea entre dos isoyetas sucesivas, se le asigna el valor de precipitacin promedio entretales isoyetas. Conociendo el rea encerrada entre pares sucesivos de isoyetas,obtenemos la precipitacin regional. El mtodo requiere hacer supuestos en "cimas" y"hoyos".

Al trazar las isoyetas para lluvias mensuales o anuales, podemos incorporar los efectostopogrficos sobre la distribucin espacial de la precipitacin, tomando en cuenta factorestales como la altura y la exposicin de la estacin. Tambin se recomienda este mtodopara calcular promedios espaciales en el caso de eventos individuales localizados.

Figura 2. Trazado de isoyetas

Polgonos de Thiessen (1911)

El dominio estudiado se divide en G subregiones o zonas de influencia en torno a cadaestacin. La precipitacin medida (o calculada) en cada pluvimetro se pondera entoncespor la fraccin del rea total de la cuenca comprendida en cada zona de influencia. Lassubregiones se determinan de manera tal que todos los puntos incluidos en esa subreginestn ms cercanos al pluvimetro correspondiente que a cualquier otra estacin. Unavez delimitadas las G zonas de influencia, y calculadas sus reas (dentro de la cuenca) ai, se obtiene el promedio espacial segn:

Thiessen ide el mtodo para delimitar las subregiones correspondientes a cadapluvimetro: se unen las estaciones adyacentes con segmentos de recta, y luego seconstruyen los bisectores perpendiculares a cada segmento, extendindolos hasta que seintersecten, formando polgonos irregulares (Figura 3). Si hay dudas, se resuelvencomparando las distancias a los pluvimetros. Note que pueden usarse estacionesubicadas fuera de la cuenca, siempre que haya sectores ms cercanos a stas que acualquier otro instrumento ubicado en su interior.

Una vez calculados, los coeficientes de Thiessen (ai / A) no cambian, por lo que es fcilusar el mtodo para muchos eventos o perodos distintos. Si en algn caso faltaran datosen una estacin, es ms fcil estimarlos que rehacer todos los polgonos obviando talpluvimetro. Si se altera la red hidrometeorolgica, s deben recalcularse los coeficientesdel mtodo.

Esta metodologa es objetiva y entrega resultados satisfactorios si se tiene una redadecuada de pluvimetros. No es recomendable en reas montaosas, ya que loscoeficientes no reflejan de ninguna manera los efectos altitudinales, y tampoco serecomienda su aplicacin para derivar promedios regionales en el caso de tormentaslocales intensas.

Figura 3. Trazado de los polgonos de Thiessen

Comparacin de los distintos mtodosVarios estudios han comparado las distintas metodologas para estimar precipitacinregional a partir de valores puntuales. La eleccin de un mtodo particular depende del

objetivo del anlisis, el carcter de la regin en estudio, el tiempo computacionaldisponible, etc.

Si se requiere slo una estimacin burda, o bien hay limitaciones de tiempo y/o recursos,puede usarse cualquiera de los mtodos de ponderacin directa, o bien el mtodohipsomtrico o el de las isoyetas. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el promedioaritmtico, Thiessen, y el mtodo de los dos ejes no sirven para zonas con variacionessistemticas de la precipitacin (generalmente debidas a la topografa), a menos que hayauna alta densidad de estaciones, repartidas uniformemente. En este caso, es mejor usarel mtodo hipsomtrico o algn otro mtodo de ajuste de una superficie. Los estudios hanconcluido unnimemente que los mtodos de interpolacin ptima (krigging) entregan lasmejores estimaciones de precipitacin regional en una variedad de situaciones. Esto sedebe a que son los nicos que se basan en la estructura de correlacin espacial de laprecipitacin, mientras que todos los dems imponen una estructura espacialesencialmente arbitraria.

Es necesario mencionar el uso del radar "doppler" para estimar la distribucin espacial detasas instantneas de precipitacin en las nubes. Las estimaciones son poco precisas,pero sirven para visualizar el alcance de la tormenta y las diferencias relativas entrepuntos distintos.

Estudio de caso: Cuenca del Ro Mtape

La Cuenca del Ro Mtape, ubicada en la Regin Hidrolgica No. 9 al centro del Estadode Sonora, Mxico, cuenta con 11 estaciones climatolgicas de las que se tomaron datosde precipitacin total anual (mm) del ao de 1993. Determine la precipitacin media de lacuenca utilizando los mtodos del promedio aritmtico, de las isoyetas y los polgonos deThiessen.

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