Turbulencia

Desde el punto de vista hidrodinmico, el movimiento de un fluido en nuestro caso el aire puede ser laminar o turbulento. En el primer caso, la velocidad de las partculas fluidas (principalmente molculas de nitrgeno y oxgeno en el caso de la atmsfera) no es demasiado grande, de manera que podemos considerar el recorrido de las partculas ordenado y rectilneo. En rigor, se trata de un comportamiento ideal, ya que, tal y como apuntbamos al principio, el aire siempre es turbulento, incluso en entornos de gran estabilidad atmosfrica. El rgimen turbulento aparece al aumentar la velocidad del fluido y superarse un umbral bajo determinadas circunstancias. En tales casos, el recorrido de las molculas se desordena y aparecen remolinos, desplazndose el aire a velocidades cambiantes y en direcciones aparentemente aleatorias. La turbulencia atmosfrica est ntimamente relacionada con la cizalladura, que podemos definir como los cambios bruscos que tienen lugar en el viento al desplazarnos en una determinada direccin.

La condicin de medio fluido del aire hace que siempre tenga un cierto grado de turbulencia. Desde bucles y estructuras sinuosas en estructuras nubosas de centenares de kilmetros de longitud, hasta la evolucin que adopta el humo de un cigarrillo, pasando por multitud de estados turbulentos intermedios, en los que los remolinos de aire aparecen en todas las escalas espaciotemporales. Cuando el tamao de uno de esos bucles o remolinos es similar al del avin en vuelo, la turbulencia pasa a convertirse en un fenmeno adverso que, en situaciones extremas, puede poner en riesgo la seguridad area

Los remolinos turbulentos pueden aparecer tanto en el plano vertical como en el horizontal, lo que dar lugar a cambios tanto en el rumbo como en la sustentacin de la aeronave.

A la hora de clasificar la turbulencia atmosfrica podemos atender a diferentes criterios. Si pensamos en las causas que dan lugar a dicha turbulencia, tenemos los siguientes tipos: 1) Turbulencia trmica, 2) Turbulencia mecnica, 3) debida a la cizalladura.

Turbulencia mecnica En este caso, los remolinos aparecen como consecuencia del rozamiento del aire con la superficie terrestre. Cuando ms irregular sea sta (mayor rugosidad) y mayor la velocidad del viento, tendremos un mayor grado de turbulencia.

Turbulencia trmica Unaturbulencia atmosfricaes una agitacin de la atmsfera, que se aprecia en una capa, prxima al suelo y de espesor variable; se caracteriza por un cambio repentino de direccin e intensidad del viento en una corta distancia en sentido vertical.Turbulencia convectiva, denominada tambin turbulencia termal, es un fenmeno tpico de las horas diurnas, con buen tiempo; se forma por el paso de aire fro sobre las masas de aire caliente o cuando por efecto de radiacin solar en el suelo calienta las masas de aire.Las corrientes convectivas constituyen la causa comn de la turbulencia, especialmente en bajas altitudes. Estas corrientes son movimiento de aire verticales localizados, tanto ascendentes como descendentes. Para cada corriente ascendente, hay una corriente descendente compensadora. Las corrientes descendentes ocurren frecuentemente sobre reas ms amplias que las corrientes ascendentes y por lo tanto tienen una velocidad vertical ms lenta con respecto a las corrientes ascendentes.

Las corrientes convectivas son ms activas en las clidas tardes estivales cuando los vientos son leves. El aire calentado en la superficie da origen a una capa inestable y el aire caliente es forzado a ascender. La conveccin aumenta en intensidad y alcanza mayores alturas, a medida que el calentamiento de la superficie aumenta. Las superficies ridas, tales como las reas arenosas o rocosas y campos arados se tornan ms calientes que los espejos de agua o las tierras cubiertas por vegetacin. As el aire en la superficie y cerca de ellas se calienta en forma desigual y debido a esto, la intensidad de las corrientes convectivas puede variar considerablemente dentro de distancias cortas.

Cuando el aire fro se desplaza sobre una superficie caliente, se hace inestable en los niveles inferiores. Las corrientes convectivas se extienden varios miles de metros por encima de la superficie, dando origen a una turbulencia agitada y violenta cuando se vuela en aire fro. Con frecuencia, esta condicin acontece a cualquier estacin, despus del pasaje de un frente fro.

Estabilidad

Cuando el aire se eleva, se enfra, se condensa y eventualmente se pueden producir nubes. Pero no siempre ocurre eso, y cuando se producen las nubes pueden ser de tamao muy diferentes. La formacin de condensacin y nubes est relacionada con la estabilidad del aire. Imaginar una burbuja o parcela de aire que puede moverse sin intercambiar aire con el medio que la rodea (como un globo). Si la burbuja es forzada a elevarse, se expande y su temperatura disminuye. Si la temperatura de la burbuja se mantiene menor que la del ambiente que la rodea, debe ser ms densa (ms pesada), por lo tanto tiende a regresar a su posicin original, en este caso se dice que el aire es estable respecto a movimientos verticales. Por el contrario, si la burbuja o parcela de aire que se eleva fuera ms clida que el ambiente, ser menos densa (ms liviana) y tiende a continuar elevndose hasta una altura donde encuentre un ambiente que le rodea con su misma temperatura, (es igual que los globos de aire caliente que se elevan hasta que la densidad del gas caliente iguala a la del ambiente), en este caso el aire es inestable.La estabilidad es una propiedad del aire que describe su tendencia a permanecer en su posicin original, estable, o a elevarse, inestable. La estabilidad de la atmsfera est regulada por la temperatura en diferentes niveles, lo que determina el gradiente ambiental de temperatura. Los distintos gradientes de temperatura que conocemos: el gradiente normal de temperatura, cuyo valor es -6.5 C/km en promedio global, el gradiente ambiental de temperatura. El gradiente adiabtico seco, cuyo valor es -9.8 C/km y el gradiente adiabtico hmedo, de magnitud variable entre -5 a -9 C/km. Estos gradientes de temperatura se utilizan para determinar el grado de estabilidad de la atmsfera. Se distinguen tres tipos de estabilidad, conocidas como estabilidad absoluta, inestabilidad absoluta e inestabilidad condicional.

Estabilidad absoluta.Se produce cuando el gradiente de temperatura ambiental real es menor que el gradiente adiabtico hmedo y por lo tanto menor que el gradiente adiabtico secoLa estabilidad evita la formacin de nubes. Las condiciones ms estables se producen cuando la temperatura aumenta con la altura, es decir con una inversin trmica. Las inversiones trmicas ocurren ms frecuentemente en la noche con cielos claros por enfriamiento radiativo, formndose capas de aire muy estable que no permiten la mezcla vertical. Estas capas estables favorecen el aumento de contaminacin, ya que el aire contaminado muy denso y pesado permanece cerca del suelo, sin poder mezclarse con el aire superior ms limpio, y si no hay viento no se puede transportar horizontalmente

Inestabilidad Condicional.En otras palabras se dice que la atmsfera es condicionalmente inestable cuando es estable respecto a una parcela de aire no saturada, pero inestable respecto a una parcela de aire saturada

Cuando se libera el calor latente sobre el nivel de condensacin, la parcela se hace ms clida que el ambiente, se vuelve inestable y continua elevndose, formndose las nubes. La inestabilidad condicional depende del tiempo presente y de si el aire est o no saturado. El trmino condicional se refiere a que el aire debe ser forzado a elevarse, tal como sobre una barrera montaosa, alcanzando un nivel donde se hace inestable y desde ah contina elevndose libremente.Resumiendo, la estabilidad del aire est determinada por la distribucin vertical de temperatura. Una columna de aire es inestable cuando el aire de la capa inferior es ms clido y menos denso que el aire de arriba, elevndose y desplazando al aire fro de capas ms altas. Las condiciones ms inestables se producen con calentamiento intenso de la superficie. Inversamente, el aire es estable cuando la disminucin de temperatura con la altura es menor que el gradiente adiabtico hmedo. Las condiciones ms estables se producen en pocas de bajas temperaturas, en das fros con inversiones trmicas.

La estabilidad de la atmsfera se favorece en las siguientes condiciones:a) Por enfriamiento radiativo en la noche.b) Por enfriamiento de una masa de aire desde abajo cuando pasa por una superficie fra.c) Por subsidencia de la columna de aire.La inestabilidad se favorece en las siguientes condiciones:a) Calentamiento solar intenso en superficie.b) Calentamiento de la masa de aire cuando pasa por una superficie caliente.c) Por movimiento vertical del aire producido por ascenso forzado (orogrfico, frontal y por convergencia).d) Enfriamiento radiativo en el tope de las nubes.