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