Clase 7: Precipitación

Introducción a las Ciencias Atmosféricas
Unidad 5 – Precipitación
5.1. Procesos de precipitación
5.2. Tipos de precipitación
5.3. Medición de precipitación
5.4. Sensores remotos
Comparación de tamaños de gotas
Rogers (1977)
¿Cómo crece una gota de nube?
• Efecto de la curvatura (tamaño de gotas)
• Efecto del soluto (NaCl)
Efecto de la curvatura sobre la presión de vapor
de saturación
A una misma temperatura, la presión de vapor de
equilibrio sobre la superficie de una gotita resulta
mayor que la correspondiente a una superficie
plana.
Adaptado de Ahrens (2003)
Razón de saturación sobre gotas
respecto de la saturación sobre una
superficie plana de agua.
S* : razón de
saturación crítica
r* : radio crítico
: Efecto de curvatura
: Efecto de la disolución
Rogers (1977)
 La mayoría de los núcleos de
condensación se activan con HR = 78%.
 A medida que el aire se enfría, aumenta
HR y la diferencia del tamaño entre las
gotas más grandes y la mayoría más
pequeñas.
Núcleos de Condensación
Tipo de
partícula
Radio
aproximado
(µm)
Concentración (por cm3)
Rango
Valor típico
Núcleos de
condensación
pequeños
(Aitken)
< 0,2
1.000 a
10.000
1.000
Núcleos de
condensación
grandes
0,2 a 1,0
1 a 1.000
100
Núcleos de
condensación
gigantes
> 1,0
< 1 a 10
1
Gotas de
niebla y nube
> 10
10 a 1.000
300
 La mayoría de los núcleos de
condensación se activan con HR = 78%.
 A medida que el aire se enfría, aumenta
HR y la diferencia del tamaño entre las
gotas más grandes y la mayoría más
pequeñas.
 Una vez alcanzado el radio crítico
crecen sin necesidad de incrementar la
HR.
 En las nubes los valores de
sobresaturación rara vez exceden el 1%
debido a la suficiente cantidad de
núcleos de condensación.
Valores de r* y (S* – 1) para esferas de NaCl a T = 273 K
Masa de sal
disuelta (en g)
rs (µm)
r* (µm)
(S* – 1) (%)
10–16
0,0223
0,19
0,42
10–15
0,0479
0,61
0,13
10–14
0,103
1,9
0,042
10–13
0,223
6,1
0,013
10–12
0,479
19,0
0,0042
Valores típicos de sobresaturación
 La mayoría de los núcleos de
condensación se activan con HR = 78%.
 A medida que el aire se enfría, aumenta
HR y la diferencia del tamaño entre las
gotas más grandes y la mayoría más
pequeñas.
 Una vez alcanzado el radio crítico
crecen sin necesidad de incrementar la
HR.
 En las nubes los valores de
sobresaturación rara vez exceden el 1%
debido a la suficiente cantidad de
núcleos de condensación.
 Este proceso por sí solo no puede
generar gotas del tamaño de lluvia.
Entonces, ¿cómo crece una gota de nube hasta
transformarse en una gota de lluvia?
Rta 1: Proceso de Colisión-Coalescencia
Rta 2: Proceso de Cristales de Hielo (Bergeron)
En las nubes los valores de
sobresaturación rara vez exceden el 1%
debido a la suficiente cantidad de núcleos
de condensación.
La condensación sobre núcleos
higroscópicos ocurre a humedades
relativas inferiores al 100%.
Rogers (1977)
Distribución de aerosoles
Rogers (1977)
Formación de gotas de lluvia: proceso de
colisión y coalescencia
Actúa en nubes calientes, cuyos topes se encuentran por debajo
de la isoterma de –15°C.
Ahrens (2003)
PROCESO DE COLISION Y COALESCENCIA
EN STRATUS
Los stratus calientes con débiles corrientes
ascendentes pueden producir llovizna (r ≅ 200 µm).
PROCESO DE COLISION Y COALESCENCIA
EN CUMULUS
Los cumulus
con rápidas
corrientes
ascendentes
pueden generar
chaparrones
fuertes de
lluvia.
Ahrens (2003)
CLASIFICACION DE NUBES EN FUNCION DE LA
TEMPERATURA
NUBE
FRIA
NUBE
MIXTA
NUBE
CALIENTE
Adaptado de Ahrens (2003)
Convivencia de cristales de hielo con gotas
de agua sobreenfriada ( 0°C < T < –40°C)
Agua
sobreenfriada
Rogers (1977)
Proceso de formación de cristales de
hielo en una nube ( T < 0°C)
Congelación homogénea
Formación de embriones
de hielo (estructuras de
moléculas de H2O)
Congelación heterogénea
Existencia de núcleos de hielo
(o glaciógenos)
Activado de núcleos a T < –15°C
Activado de embriones a T < –40°C
- Entonces, ¿por qué existen las
nubes mixtas?
Formación de nubes exclusivamente
conformadas por cristales de hielo
(Ej.: Cirrus)
Rogers (1977)
Formación de lluvia: proceso de cristales de hielo (también conocido
como Proceso de Bergeron o de Wegener-Bergeron-Findeinsen)
Ocurre en nubes mixtas, con topes por encima de –15°C.
Ahrens (2003)
PROCESO DE
CRISTALES DE HIELO
(O DE BERGERON)
Crecimiento de cristales
de hielo a expensas de
gotas de agua
sobreenfriada
Ahrens (2003)
Partículas de hielo
Acreción
Colisión y fractura
Agregado
Graupel
Graupel
Copos de nieve
Adaptado de Ahrens (2003)
Precipitación en nubes
Bajo contenido de
agua líquida
(nimbostratus)
CRISTALES DE
HIELO
Difusión
Cristales Grandes
Alto contenido de
agua líquida
(cumulonimbus)
Acreción
Cristales
Escarchados
Agregación
Copos de Nieve
Fusión
Fusión
Lluvia
Graupel
Nieve
Lluvia
Granizo
SINTESIS
Cencellada
Nieve
Granizo
Granizo
Pluviómetro
Pluviómetro Automático
Radar Meteorológico
Interpretación de la Señal del Radar Meteorológico
Radar en Satélites Artificiales