Convección

Las corrientes de convección se desarrollan cuando el aire se calienta en as proximidades de la superficie. La convección o turbulencia térmica se combina con la turbulencia mecánica o de rozamiento para provocar la mezcla de las capas bajas de la atmósfera.

En general, mientras el aire permanece sin saturar, el gradiente vertical de temperatura tiende hacia el gradiente adiabático seco. Dicho gradiente puede establecerse hasta el nivel de condensación de la capa convectiva.

Las nubes se forman a este nivel, pero su desarrollo vertical depende de cierto número de factores, en particular del valor del gradiente vertical de temperatura sobre el nivel de la base de las nubes.

Cuando el gradiente vertical es superior al gradiente adiabático saturado, la atmósfera es inestable para las partículas de aire nuboso, los cuales se elevan entonces hasta el nivel en que dejan de ser más cálidas que el aire que las rodeo.

Las nubes cumuliformes se desarrollan de este modo. La distancia vertical entre la base y la cima de las nubes puede variar desde 1 km o 2 km hasta 10 km o más. Las nubes de convección aisladas y de débil desarrollo vertical son los cumulus de buen tiempo, que no producen precipitaciones.

Sucede a veces que las corrientes verticales están limitadas por una marcada inversión por encima del nivel de condensación de la capa convectiva. Entonces, la cima de la nube se extiende bajo la inversión y la nube se transforma en stratocumulus.

En determinadas situaciones, el gradiente vertical sobre el nivel de condensación es mayor que el gradiente adiabático saturado en un gran espesor. Si la humedad es suficiente, la nube se puede desarrollar hasta una elevada altitud.

La cima de las nubes puede, a veces, alcanzar el nivel en que se forman cristales de hielo. Tal nube que tiene gran desarrollo vertical y está formada en su cima de cristales de hielo es un cumulonimbus, nube de tormenta. El velo de cristales de hielo que rodea la parte superior de la nube le da una apariencia fibrosa y lisa que le distingue del cumulus.

Se puede producir precipitaciones más o menos fuertes, según el grado de inestabilidad, altitud y temperatura alcanzados. La base de la nube puede situarse o menos de 1 km de altitud y su dimensión vertical llegar, e incluso sobrepasar, los 10 km. Durante los chubascos, nubes desgarradas turbulentas se desarrollan par debajo de la base de la nube principal, y algunas veces pueden alcanzar la superficie terrestre.

Si la cima de la nube alcanza una capa estable o una inversión, se puede extender horizontalmente, tomando entonces la bien conocida forma de yunque.

Cuando la inestabilidad es importante, enormes cantidades de energía se desprenden por la liberación del calor latente. Las velocidades verticales de las corrientes ascendentes llegan a sobrepasar los 10 ms^-2 y, temporalmente, impiden la caída de las gotas de agua, incluso las más gruesas. Estas pueden volver a caer, cuando las corrientes verticales cesan y, en este caso, se forman violentos chubascos.

Las cumulonimbus alcanzan con frecuencia en las regiones tropicales las más grandes alturas, como consecuencia de que la tropopausa está más elevada en estas regiones. No es raro observar en ellas nubes cuyas cimas alcanzan o superan los 16 km.

Bajo los trópicos, la temperatura al nivel de condensación es superior y, por lo tanto, el contenido en vapor de agua del aire es más elevado; por lo cual la condensación libera mayor cantidad de calor latente y las tormentas son muy violentas.

Los fenómenos asociados a la convección son muy importantes en las regiones tropicales.

Turbulencia mecánica

La turbulencia mecánica o de rozamiento proviene de la dislocación en series de torbellinos, del flujo del aire en las proximidades de la superficie terrestre. Favorece esta turbulencia la presencia de obstáculos (árboles, edificios, colinas, etc.).

El aire de la capa límite sufre, como cosecuencia de la turbulencia mecánica, una intensa mezcla. Si la capa límite es inicialmente estable, se produce un enfriamiento de la parte superior y un recalentamiento en su parte inferior. Si el aire no está saturado, tiende a establecerse un gradiente adiabático seco en la capa turbulenta.

La turbulencia tiene también como consecuencia, provocar la mezcla del vapor de agua en la capa turbulenta. El contenido en vapor de agua tiende a igualarse y el aire puede llegar a saturarse a un cierto nivel por debajo de la cima de la capa de rozamiento. La condensación se puede producir entonces a una cierta altura sobre el suelo, que se denomina nivel de condensación de mezcla (N.C.M.), y corresponde a la base real de la nube.

En caso de formarse una nube por turbulencia, el gradiente adiabático seco sólo se establecerá por debajo de la base (N.C.;M.). Por encima, se establecerá el gradiente adiabático saturado o nuboso hasta el nivel de la cima de la capa turbulenta. La nube se extiende hasta el nivel de la inversión de turbulencia en la cima de la capa de rozamiento.

La nube que se forma es inicialmente un stratus, una capa nubosa sin forma definida, que puede persistir bajo tal aspecto, pero con la posibilidad de que sus superficies inferior y superior parezcan onduladas.

Si se producen este tipo de ondulaciones, el espesor de la nube varía y puede presentar claros, como consecuencia de que la condensación en nube se produce en las corrientes ascendentes, mientras que en las corrientes descendentes interviene cierta evaporación. La nube se clasifica, entonces, en el grupo de los stratocumulus.

Se pueden formar, asimismo, nubes de turbulencia bajo las nubes de lluvia, como son los nimbostratus, altostratus y cumulonimbus. Son nubes bajas y desgarradas de mal tiempo: stratus fractus y cumulus fractus.

La palabra "fractus" significa "roto". El prefijo "fracto" se usa, a veces, con el mismo significado. Las nubes bajas desgarradas se designan a menudo con los términos de fractostratus y fractocumulus.

Estas nubes toman su humedad de la evaporación de las gotas de lluvia y del agua de lluvia que moja el suelo. La turbulencia próxima al suelo produce, entonces, las nubes desgarradas en la capa de aire muy húmedo comprendida entre el suelo y la base de la capa nubosa principal.

A veces se observan stratocumulus o altocumulus cuando el viento varía con la altitud en una capa húmeda muy por encima de la capa límite. A estas alturas se pueden producir movimientos turbulentos pero, en general, algún otro factor es responsable de su elevada humedad. Esta humedad no proviene de la transferencia por mezcla debida a la turbulencia en las proximidades de la superficie terrestre.

Anillo de Fuego y el mundo (Eclipse)

Causas generales de la formación de nubes

La formación de la mayor parte de las nubes resulta de movimientos ascendentes de aire húmedo que se expande a causa de la disminución de la presión con la altitud y por el consiguiente enfriamiento adiabático. Entonces, una parte del vapor de agua se condensa para formar la nube.

La forma de las nubes es consecuencia de los procesos de levantamiento del aire que son las que las modelan. Los diversos tipos de movimientos verticales que pueden dar lugar a la formación de nubes son:

A) turbulencia mecánica (o turbulencia de rozamiento);

B) convección (o turbulencia térmica);

C) ascendencia orográfica;

D) ascendencia lenta y extendida.

Discovery Channel estrella un avión en México (Video)

El canal norteamericano Discovery Channel estrella un avión en la frontera mexicana del norte, como experimento con un Boing 727, para estudiar los impactos de un accidente aereo en el fuselaje de las aeronaves.

Esto sucedió el pasado 27 de abril en la ciudad de Mexicalli al norte de la República Mexicana, todo esto, para trasmitirlo en un documental de este canal llamado Curiosity. Cabe destacar que el piloto que manejaba el avión fue expulsado momentos antes de que lo estrellaran por control remoto. 

Es increíble a lo que llegan los productores de este canal con tal de presentar ante el público programas de calidad, que al mismo tiempo sean ciertos. Por lo que no les importa el gasto que tengan que hacer, aparte de que saben que todo su canal es redituable.

Para poder captar todos los ángulos así como los momentos importantes de este experimento, se utilizaron más de una docena de cámaras, adentro, afuera y hasta en el casco del piloto del avión.

Condensación, congelación y sublimación

Cuando el aire húmedo se enfría por debajo del punto de rocío, las gotitas de agua se condensan sobre núcleos de condensación contenidos en el aire. Estos núcleos tienen, a veces, una particular afinidad para el agua y entonces se denominan higroscópicos. Los partículas de sal que provienen de los rociones marinos pertenecen a esta categoría y pueden provocar la condensación, antes de que la humedad relativa alcance el 100 por ciento.

Las gotitas de agua no se hielan necesariamente cuando la temperatura desciende par debajo de 0°C sino que pueden permanecer subfundidos o en subfusión. En el caso de las nubes, pueden permanecer en subfusión incluso hasta -20° C. Ocasionalmente se observan gotitas subfundidos hasta a -35°C.

En laboratorio, se ha podido demostrar que es posible enfriar las gotitas de agua hasta -40° C antes de que se congelen. No obstante, la congelación se produce a temperaturas bastante más altas al contacto de sustancias sólidas extrañas o de partículas en suspensión.

En la atmósfera, ciertas partículas en suspensión pueden actuar como núcleos en el proceso de congelación. Una partícula que provoca el crecimiento de un cristal de hielo a su alrededor por congelación de agua subfundida es un núcleo de congelación.

El vapor de agua puede igualmente transformarse directamente en cristales de hielo sin pasar por el estado líquido. Es la sublimación, término que se aplica también para designar lo transformación inversa, es decir de hielo o vapor de agua.

Toda partícula sobre la que se puede formar un cristal de hielo por sublimación es un núcleo de sublimación. A pesar de las numerosas experiencias no se ha logrado demostrar que en lo atmósfera existan núcleos de sublimación distintos de los núcleos de congelación.

Sobre la superficie de un núcleo se forma primeramente una fina película de agua que se congela después. Esta película es tan fina que es muy difícil darse cuenta de la existencia de la gotita de agua y, por lo tanto, parece que todo sucede como si el cristal de hielo se formase directamente a partir del vapor. Así, pues, se utiliza habitualmente en meteorología la expresión general "núcleo de condensación" para todos los núcleos que provocan la formación de hielo.

El hecho tan frecuente de que haya gotitas de agua en las nubes a temperaturas negativas demuestra que los núcleos de congelación son más raros que los núcleos de condensación. Los núcleos que provocan la congelación a temperaturas superiores a -40° C no son las mismas partículas que provocan la condensación del vapor de agua para formar las gotitas que constituyen las nubes.

La mayoría de los núcleos de congelación provienen probablemente del suelo, del que el viento arranca ciertos tipos de partículas. Parece que ciertas partículas arcillosas juegan un papel importante y es probable que la mezcla turbulenta pueda darles una distribución bastante uniforme hasta altitudes elevadas.