Mostrando entradas con la etiqueta atmosfera. Mostrar todas las entradas
Mostrando entradas con la etiqueta atmosfera. Mostrar todas las entradas

domingo, 5 de febrero de 2012

Procesos adiabáticos en la atmósfera




Un proceso se dice adiabático, cuando se realiza sin cambio de calor con el medio que le rodea. Por ejemplo: una partícula de aire puede sufrir variaciones de volumen o de presión sin intercambio de calor con el exterior.

La mayor parte de los cambios rápidos de presión son, en la atmósfera, adiabáticos o casi adiabáticos. Hay para esto, tres razones principales. En primer lugar, el aire es mal conductor de calor. En segundo lugar, la mezcla de una partícula de aire con el medio que la rodea, es relativamente lenta. Por último, los intercambios radiativos son débiles a corto plazo.

Cuando una partícula de aire se eleva y penetra en los capas de menos presión, se expansiona. Si esta expansión es adiabática, la partícula sufre el enfriamiento adiabático seco, que corresponde aproximadamente a 10°c por kilómetro, a condición de que el aire se mantenga no saturado. Una comprensión adiabática provocará un calentamiento adiabático seco del mismo valor.

domingo, 26 de junio de 2011

Atmosfera tipo de la OACI


La organización de aviación civil internacional (OACI) ha definido una at­mósfera convencional cuyas características pueden servir de base para uno escala alti­métrica. Esta atmósfera se llama atmósfera tipo de la OACI.

En esta atmósfera se han admitido las hipótesis siguientes:

El aire es seco. La presión y la temperatura al nivel medio del mar son 1013.25 mb y 15°C, respectivamente. El gradiente de temperatura es igual a 6.5°c por kilómetro desde el nivel del mar hasta la tropopausa situada a 11 km, aproximadamente.

En la estratosfera inferior, la atmósfera es isoterma hasta una altitud de 20 km, aproximadamente. Después, el gradiente de temperatura se supone que es negativo y la temperatura aumento 1,0°c por kilómetro. Para los fines de la aviación no es necesario definir la atmósfera tipo por encima de 32 km..

Reducción de la presión a los niveles normales


La presión deducida de la lectura de un barómetro en la estación (después de las correcciones) se llama presión en la estación. Con el fin de poder comparar las observaciones barométricas hechas en estaciones situadas a diferentes altitudes, es necesario, en primer lugar, reducirlas al mismo nivel.

En la mayoría de los países la presión atmosférica observada se reduce al nivel medio del mar. La presión así obtenida se llama presión al nivel medio del mar.

El cálculo de esta presión se basa, en la mayoría de los casos, sobre una hipótesis. En efecto, en los estaciones terrestres, debemos suponer que una columna vertical de aire atraviesa el espesor de la tierra comprendido entre la estación y el nivel medio del mar.

Por lo tanto, para calcular la presión al nivel medio del mar es necesario, primeramente, determinar la presión en la estación y después añadir a este valor el peso de una columna de aire ficticia cuya sección corresponde a la unidad de superfi­cie y que se extiende desde el nivel de la estación al nivel medio del mar.

La altura de esta columna es fija pero su peso es función de su densidad que, a su vez, depende de la temperatura del aire de la columna. Si esta temperatura aumen­ta, el aire será menos denso y, por lo tanto, disminuirá el peso del aire que tenemos que añadir.

No existen métodos realmente satisfactorios para reducir la presión de las estaciones muy elevadas al nivel medio del mar, ya que es imposible calcular la tem­peratura media que tendría esta columna de aire ficticio. Solamente se pueden hacer hipótesis

Ciertos países emplean le temperatura del aire observada en la estación. Este método da resultados satisfactorios cuando la estación no está muy elevada. Otros países emplean la temperatura media de las 12 horas precedentes.

Para estaciones de poca altitud, la Organización Meteorológica Mundial ha recomendado un método que figura en la guía de instrumentos y prácticas de observación.

A pesar de las dificultades encontradas, la presión en la estación puede ser reducida al nivel medio del mar de manera satisfactoria en muchas regiones. Los meteorólogos de todo el mundo utilizan mucho los mapas sinópticos de presión al nivel medio del mar. El término "sinóptico" procede de las palabras griegas "syn" (con, junto) y "opsis" (vista). Numerosas estaciones miden lo presión simultáneamente, luego la re­ducen al nivel medio del mar y los valores así obtenidos se inscriben sobre mapas sinópticos.

En ciertas regiones de Africa y del continente antártico, las estaciones meteorológicas estén situadas a más de 1.000 metros de altitud. Entonces, estas esta­ciones, después de haber determinado la presión en la estación, calculan la altitud aproximada de los niveles de 850 mb o de 700 mb, lo que les permite trazar después mapas sinópticos relativos a estos niveles de presión.

Ya se ha visto que existe una estrecha relación entre la presión atmosférica y la altitud. Esta relación se utilizo muchísimo en aviación para determinar la altitud de vuelo de las aeronaves.

Un altímetro barométrico es un barómetro aneroide en el que la graduación se ha remplazado por una escala graduada directamente en altitudes.

Anteriormente se ha dicha que la presión en la superficie de la tierra es igual al peso por unidad de superficie de la columna vertical de aire que se extiende desde la superficie terrestre hasta el límite superior de la atmósfera. Por lo tanto, la presión depende de la densidad del aire que, a su vez, depende de la temperatura de la atmósfera. A mayor temperatura, menor densidad.

Las variaciones de temperatura con la altitud introducen, pues, dificultades en los problemas de altimetría. (la altimetría trata de la medida de las altitudes con la ayuda de los barómetros aneroides).

Por esta razón, es aconsejable suponer, en primer lugar, una atmósfera con­vencional en que las variaciones de lo temperatura con la altitud sean conocidas. Esta atmósfera es conocida con el nombre de atmósfera tipo de la OACI. De ella se tra­tará en el próximo tema.

En la práctica, existen ligeras diferencias entre la atmósfera real y la at­mósfera tipo hipotética. Pero es posible ajustar los altímetros de manera que indi­quen altitudes exactas.

Variación de la presión con la altitud


La presión atmosférica en la superficie de la tierra es igual al peso por unidad de superficie de una columna vertical de aire que se extiende desde la superfi­cie de la tierra hasta el límite superior de la atmósfera. A medida que se asciende, la presión desciende ya que disminuye la altura de la columna de aire que se encuentra sobre el observador.

El grado de descenso de la presión con la altitud no es constante. Cerca del nivel medio del mar, por ejemplo, la presión disminuye un milibar aproximadamente, cuando se asciende 8,5 m. Mientras que, cerca de loe 5.500 metros de altitud, es ne­cesario ascender 15 m para obtener el mismo descenso de presión y, a altitudes supe­riores, hará falta un desnivel aún mayor para que el barómetro acuse la misma disminu­ción. Estos valores no son más que aproximados, ya que la temperatura influye también en el descenso de la presión con la altitud.

martes, 21 de junio de 2011

Balance energético de la atmosfera


Se había visto que desde hace siglos, la temperatura media próxima a la superficie de la tierra permanecía casi constante a 15°c, aproximadamente. Por lo tanto, la tierra se encuentra en equilibrio radiativo, ya que emite tanto energía como la que recibe.

Por término medio, el 65 % de la radiación emitida por el sol es absorbida por la tierra y su atmósfera. Esta radiación transformada en calor origina una elevación de la temperatura en ambas.

La radiación que proviene del sol proporciona la energía necesaria para las corrientes de la atmósfera y de los océanos. Pero esta radiación no se pierde, simplemente se transforma en calor o en energía cinética de partículas en movimiento.

En realidad, la energía solar puede transformarse varias veces en el transcurso de los diferentes procesos de intercambio de color entre la tierra y su atmósfera.

En ciertos casos, la energía solar absorbida por el sistema tierra-atmósfera es de nuevo radiada al espacio. Pero emitiendo aproximadamente tanta energía como recibe, este sistema permanece en un casi estacionario equilibrio radiativo. Sin embargo, este equilibrio no se da en todos las latitudes. En la región comprendida entre los paralelos 35° n y 35° s, la energía absorbida es mayor que la radiada hacia el espacio. Esta región se caracteriza, pues, por un exceso de energía. Por el contrario, en las regiones comprendidas entre 35° y los polos, existe un déficit de energía.

Los meteorólogos han calculado las temperaturas que se observarían si en cada latitud se lograse el equilibrio radiativo, sin intercambio de calor entre las diferentes latitudes. En este caso, el gradiente meridiano de temperatura sería muy importante. En realidad, este gradiente medio observado es mucho menor pues se reduce notablemente debido a la transferencia de calor que se produce entre las bajas y las altas latitudes, tanto en la atmósfera como en los océanos.

La propagación meridiana de la energía se facilita debido a los torbellinos a gran escala (anticiclones y depresiones) que se desarrollan en las regiones de fuerte gradiente horizontal de temperatura. También las corrientes oceánicas transportan energía de los trópicos a los polos.

Radiacion Terrestre


La radiación de onda corta emitida por el sol que es absorbida por la superficie del globo se convierte en calor. La temperatura media de la superficie de la tierra es de 15°c, aproximadamente.

Esta temperatura es evidentemente muy inferior a la de la fotosfera solar que es del orden de 6000°c. Por lo tanto, la tierra emite radiación de gran longitud de onda principalmente en la banda 4,0μ a 80μ, que es lo que se llama radiación terrestre.

Aproximadamente, a 10μ la tierra radia la mayor cantidad de energía. Esta radiación terrestre está situada más bien en la parte infrarroja que en la parte visible, lo que la diferencia de la radiación solar cuya intensidad máxima está en la visible alrededor de 0,5μ.

Las sustancias que no absorben más que pequeñas cantidades de radiación solar son, por el contrario, buenos emisores y buenos absorbentes de la radiación de gran longitud de onda de la tierra.

Cada gas atmosférico es un absorbente selectivo de la radiación terrestre. Solo absorben algunas longitudes de onda dejando pasar los otros. Por ejemplo: el ozono no absorbe moderadamente el infrarrojo más que en la banda de 9,6μ a 15μ.

El vapor de agua y el anhídrido carbónico son absorbentes importantes de la radiación terrestre. Entre los dos absorben lo mayoría de las longitudes de onda de esta radiación. Sin embargo, una parte de la misma atraviesa directamente esos dos gases. Son las longitudes de onda comprendidas en la banda de 8μ a 13μ que se conoce con el nombre de "ventana atmosférica".

Las nubes, cuando existen, son incluso mejores absorbentes de la radiación de gran longitud de onda. La radiación terrestre que reflejan es prácticamente despreciable, mientras que, por el contrario, la reflexión de la radiación solar es importante.

Lo absorción de la radiación terrestre calienta el vapor de agua, el anhídrido carbónico y los nubes de la atmósfera, los cuales o su vez emiten una radiación propia de gran longitud de onda. Una parte de la energía así originada vuelve a la superficie del globo, de modo que la tierra recibe a la vez la radiación de onda corta que proviene del sol y la radiación de onda larga que viene de lo atmósfera.

Cuando el cielo no está completamente cubierto, una parte de la radiación terrestre se escapa directamente al espacio, a través de la "ventana atmosférica". Otra parte de esta radiación de gran longitud de onda absorbida por el vapor de agua, el anhídrido carbónico y las nubes, también es radiada después al espacio exterior.

Durante la noche, la radiación solar cesa, pero los otros procesos continúan. Entonces la tierra transmite energía al espacio, contrariamente a lo que sucede durante el día.

Radiación solar

El 99 %, aproximadamente, de la energía de la radiación solar es transportado en banda de longitudes de onda comprendidos entre 0'15 y 4,0μ. De esta radiación, el 9 %, aproximadamente, pertenece al ultravioleta, el 45 % al espectro visible y el 46 % al infrarrojo. Por esto, algunas veces se dice que la radiación solar es una radiación de onda corta.

Por término medio, solamente el 43 % de la radiación de onda corta emitida por el sol, es absorbida realmente por la superficie del globo. El resto es absorbido por lo atmósfera o reflejado y difundido por el suelo y la atmósfera.

El ozono contenido en la atmósfera absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta.

El único gas que absorbe la radiación visible en cantidades importantes es el vapor de agua. Pero también lo absorben en cantidades variables, las nubes y los polvos, según las condiciones del momento.

Cuando hay nubes, sus cimas pueden reflejar una gran parte de la radiación solar que, de esta forma, es devuelta al espacio. También puede ser reflejada una parte de la radiación solar que llega al suelo.

Lo radiación solar puede ser también difundida en todos las direcciones por los gases y las partículas contenidas en la atmósfera. Una parte de esta radiación difundida es, por lo tanto, devuelta al espacio, mientras que otra parte se transmite a la superficie de la tierra y se llama radiación difusa.

En consecuencia, la radiación total que llega a la superficie del globo es la suma de la radiación directa y de la difusa. Esta suma se llama radiación solar global.


Photobucket

Capas de la Atmosfera


Estas regiones son la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera.

La superficie del globo absorbe la mayor parte de las radiaciones solares y por lo tanto la troposfera está calentada por su base. Por el contrario, la fuente de calor de la estratosfera está situada en su parte superior, es decir niveles en que el ozono absorbe las radiaciones ultravioleta.

La mesosfera también está calentada por su base, mientras que en la termosfera las capas superiores son las más calientes. Esta última región llega a confundirse finalmente con los gases calientes de la corona solar.

Las elevadas temperaturas que se encuentran cerca de la estratopausa y en la parte superior de la termosfera indican que las partículas se mueven muy rápidamente. Pero no hay que olvidar que, a estos niveles, la atmósfera tiene una densidad muy pequeña.

Como el número de partículas es mucho mayor en las proximidades de la superficie terrestre, esto hace que la mayor parte de la energía térmica de la atmósfera se encuentre concentrada en la parte inferior de la troposfera.

Cualquiera que sea la altitud considerada, la presión ejercida por los gases de la atmósfera depende del peso de las partículas que se encuentran sobre la unidad de superficie a este nivel. La presión atmosférica cerca del nivel del mar es 1000 mb, aproximadamente.

Al nivel de la estratopausa, la presión no es más que de 1 mb. Esto quiere decir que la masa de la atmósfera por encima de los 50 km. No es más que la milésima parte de la masa total de la misma. En las capas superiores, la densidad es aún más pequeña. Por encima de 90 km. La masa de la atmósfera es del orden de la millonésima de su masa total y, por lo tanto, su peso es tal que la presión atmosférica a este nivel es de aproximadamente, 0.001 mb.

Composición de la atmosfera


A altitudes superiores a 80 km., la mezcla de los gases de la atmósfera no es constante. Las moléculas y los átomos más pesados tienen tendencia a separarse de los otros por efecto de la gravedad.

Los átomos de un gran número de gases no están agrupados en moléculas, ya que los separan los rayos ultravioleta y los rayos x emitidos por el sol. Así, por encima de los 80 km., el número de átomos de oxigeno (o) crece con la altitud en detrimento de las moléculas diatómicas de oxigeno (02 ). A 130 km. De altitud, aproximadamente, dos tercios de las moléculas de oxígeno están separadas en átomos de oxígeno.

El resultado de estos procesos es que, a niveles muy elevados, las moléculas de nitrógeno ceden su sitio a los átomos de oxígeno que, a su vez, son remplazados por átomos de hidrógeno, más ligero en las capas aún más elevadas.

Las radiaciones solares de onda corta provocan también la ionización. Ya hemos indicado que un átomo eléctricamente neutro se convertía en un ión positivo cuando perdía un electrón y en un ión negativo cuando lo ganaba. Este proceso se llama ionización.

La ionización puede producirse a altitudes inferiores a 80 km., pero es en la termosfera donde se observa la mayor concentración de iones. En la parte inferior de esta región se encuentran iones negativos, iones positivos, electrones libres, así como átomos y moléculas neutras. Mientras que en la parte superior, predominan sobre todo los protones (átomos de hidrógeno ionizado) y los electrones. Después llegamos a un nivel en el que la atmósfera terrestre comienza a confundirse con los gases muy enrarecidos del espacio interplanetario.

ANHÍDRIDO CARBÓNICO


EL ANHÍDRIDO CARBÓNICO (C02) CONTENIDO EN LA ATMÓSFERA ES DEBIDO A UNA SERIE DE PROCESOS TALES COMO LA RESPIRACIÓN HUMANA Y ANIMAL, LA DESCOMPOSICIÓN COMBUSTIÓN DE MATERIAS QUE CONTENGAN CARBONO Y A LAS ERUPCIONES VOLCÁNICAS. PERO LA MAYOR PARTE DEL GAS ASÍ PRODUCIDO ES ABSORBIDO POR LOS VEGETALES.

APROXIMADAMENTE EL 99 % DEL ANHÍDRIDO CARBÓNICO DE LA TIERRA ESTÁ DISUELTO EN LOS OCÉANOS. DADO QUE LA SOLUBILIDAD VARÍA CON LA TEMPERATURA, EL AGUA DE LOS OCÉANOS ABSORBERÁ O DESPRENDERÁ ESTE GAS COMO RESULTADO DE LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA DE LA MISMA. ESTO AFECTA A LA CONCENTRACIÓN DEL ANHÍDRIDO CARBÓNICO DEL AIRE.

LO CONCENTRACIÓN DE ANHÍDRIDO CARBÓNICO EN LAS PROXIMIDADES DEL SUELO ES MUY VARIABLE. EN LAS CIUDADES ES ELEVADA. EN LAS REGIONES ALEJADAS DE LAS ZONAS INDUSTRIALES Y A ALGUNOS METROS SOLAMENTE SOBRE EL SUELO, SU VALOR ES MUY PRÓXIMO A 0.033 % DE LA ATMOSFERA.

Vapor de Agua

LA ATMÓSFERA NO ESTÁ NUNCA COMPLETAMENTE SECA, PUES CONTIENE SIEMPRE VAPOR DE AGUA EN PROPORCIONES VARIABLES. EN LAS REGIONES TROPICALES MARÍTIMAS QUE SON CÁLIDAS Y HÚMEDAS, LA CANTIDAD DE VAPOR DE AGUA CONTENIDO EN UNA MUESTRA DADA DE AIRE PUEDE ALCANZAR LA PROPORCIÓN DEL 3 % DE LA MASA TOTAL DE LA MUESTRA. POR EL CONTRARIO, EN CIERTAS REGIONES CONTINENTALES, LA PROPORCIÓN QUE VAPOR DE AGUA ES TAN DÉBIL QUE ES DIFÍCIL MEDIRLA.

ES DE INDICAR QUE CANTIDADES DE VAPOR DE AGUA RELATIVAMENTE PEQUEÑAS PUEDEN PROVOCAR IMPORTANTES CAMBIOS DE TIEMPO. ESTO ES DEBIDO SOBRE TODO A LAS VARIACIONES DE LA CONCENTRACIÓN DEL VAPOR DE AGUA EN LA TROPOSFERA, PARTICULARMENTE EN LAS CAPAS SITUADAS POR DEBAJO DE LOS 6 KM., QUE SON LAS QUE CONTIENEN LA MAYOR PARTE DEL VAPOR DE AGUA DE LA ATMÓSFERA. ESTE VAPOR DE AGUA CONTENIDO EN LA ATMÓSFERA PROVIENE DE LA SUPERFICIE TERRESTRE POR EVAPORACIÓN DEL AGUA DE LAS SUPERFICIES LIQUIDAS Y POR LA TRANSPIRACIÓN DE LOS VEGETALES. DESPUÉS, EL VAPOR PASA AL ESTADO LÍQUIDO O AL ESTADO SÓLIDO PARA VOLVER FINALMENTE A LA TIERRA EN FORMA DE ROCÍO, CENCELLADA, LLOVIZNA, LLUVIA, NIEVE O GRANIZO.

POR TÉRMINO MEDIO, LA CONCENTRACIÓN DE VAPOR DE AGUA EN LA ATMÓSFERA DECRECE CON LA ALTITUD, PERO ALGUNAS VECES SUCEDE QUE ESTA DISTRIBUCIÓN SE INVIERTE EN DETERMINADAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA.

Ozono Atmosferico


LAS MOLÉCULAS DE OZONO (O3) ESTÁN CONSTITUIDAS POR TRES ÁTOMOS DE OXÍGENO. LA CONCENTRACIÓN DE OZONO VARÍA CON LA ALTITUD, LA LATITUD Y LA HORA. LA MAYOR PARTE DEL OZONO QUE SE FORMA EN LA ALTA ESTRATOSFERA ES EL RESULTADO DE UN CIERTO NÚMERO DE PROCESOS PRINCIPALMENTE LA ABSORCIÓN DE LAS RADIACIONES ULTRAVIOLETAS. LAS MOLÉCULAS DE OZONO TIENDEN A CAER EN LA ATMÓSFERA Y SE ACUMULAN EN LA ESTRATOSFERA INFERIOR, ENTRE 15 KM. Y 25 KM.. DE ALTITUD.

TAMBIÉN PUEDE FORMARSE OZONO, EN PEQUEÑAS CANTIDADES, CERCA DE LA SUPERFICIE TERRESTRE, DEBIDO A DESCARGAS ELÉCTRICAS. SIN EMBARGO, LA CONCENTRACIÓN DE OZONO A UNA ALTITUD DADA, VARÍA CONSIDERABLEMENTE A CAUSA DE LA CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMÓSFERA. LA PRESENCIA DE OZONO EN LA ATMÓSFERA ES INDISPENSABLE PARA NUESTRO BIENESTAR, YA QUE AL ABSORBER ESTE GAS UNA GRAN CANTIDAD DE LAS MORTÍFERAS RADIACIONES ULTRAVIOLETAS EMITIDAS POR EL SOL, PERMITE AL HOMBRE VIVIR SOBRE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA.

La Atmosfera


NUESTRO GLOBO ESTÁ RODEADO POR UN GRAN OCÉANO DE AIRE EN CUYO FONDO VIVEN LA MAYORÍA DE LOS HOMBRES. ESTE AIRE ESTÁ CONSTITUIDO POR DIFERENTES GASES QUE SON ATRAÍDOS HACIA LA TIERRA POR EFECTO DE LA GRAVEDAD.


DE MANERA CONVENCIONAL, SE ESTABLECE EL LÍMITE SUPERIOR DE LA ATMÓSFERA A UNA ALTURA APROXIMADA DE 1000 KILÓMETROS SOBRE EL NIVEL MEDIO DEL MAR. PERO LA MAYORÍA DE LOS CIENTÍFICOS PREFIEREN CONSIDERAR QUE EL AIRE ATMOSFÉRICO LLEGA HASTA CONFUNDIRSE CON LOS GASES RAROS Y EL POLVO DEL ESPACIO INTERPLANETARIO. EN ESTE CASO, NO EXISTE UN LÍMITE PRECISO ENTRE LA ATMÓSFERA Y ESTE ESPACIO.

LA SIMPLE CONSIDERACIÓN DE LA DIMENSIÓN VERTICAL DE LA ATMÓSFERA PUEDE ALGUNAS VECES INDUCIR A ERROR, YA QUE EN EL LÍMITE CONVENCIONAL DE 1000 KILÓMETROS LA ATMÓSFERA ESTÁ TAN ENRARECIDA QUE SU DENSIDAD ES MENOR QUE LA DEL VACÍO QUE PUEDA OBTENER EL HOMBRE. DE HECHO, LA PARTE DE LA ATMÓSFERA QUE SE EXTIENDE MÁS ALLÁ DE 30 KM.. DE ALTITUD, TIENE UNA MASA DEL 1 % SOLAMENTE DE SU MASA TOTAL.

El trabajo de un meteorólogo: Descubre su rol crucial en la comprensión del clima

  ¿Cual es el trabajo de un Meteorólogo? El trabajo de un meteorólogo: Descubre su rol crucial en la comprensión del clima ¿Alguna vez te ha...