Download - Clase 1.1 Meteorologia 2014.pdf
Bibliografía General1."Tratado de Hidrología Aplicada"; G. Remenieras; E.D.A.; Barcelona; 1971.
2."Hidrología para Ingenieros"; R. Linsley, M. Köhler
y J. Paulhus; Mc
Graw-Hill; Bogotá; 1977.
3."Engineering Hydrology"; E. M. Wilson; Mac
Millan; Londres; 1970.
4."Hidrología Subterránea"; E. Custodio y M. Llamas; Omega; Barcelona; 1986.
5."Handbook of Applied Hydrology"; V. T. Chow; Mc
Graw-Hill; Nueva York; 1964.
6."Introducción a la Meteorología"; Sverre
Petterssen; Mc
Graw-Hill; 1970.
7."Meteorología Básica"; D. H. Mc
Intosh
y A. S. Thom; Alhambra; México; 1986.
8."Hidrología Aplicada"; V. T. Chow, D.R.Maidment
y L. W. Mays; Mc
Graw-Hill; 1994.
9."Hydrology in Practice"; E. M. Shaw; Chapman
and
Hall; 1994.
10."Hidrología General"; J. Llamas; Servicio Editorial de la Universidad del país Vasco; 1993.
11."Evaporación, Transpiración y Evapotranspiración"; P E. Picandet; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión)
12."Meteorología, notas de clase"; A. J. Barbero; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión).
13."Precipitaciones, notas de clase"; A. J. Barbero; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión).
14."Curvas H-Q Particulares"; temas de clase"; A. J. Barbero; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión).
H504 - Hidrología Curso 2014
HIDROLOGÍA
I
Volumen (millones de Km³) % tiempo de
permanencia
Oceanos 1370 94.2 3000
Aguas subterraneas 60 4.15 5000
Glaciares 24 1.65 8000
Aguas superficiales terrestres 0.28 0.019 7
humedad en el suelo 0.08 0.0055 1
Rios 0.0012 0.00008 0.031 (11días)
Vapor de agua Atmosferico 0.014 0.00096 0.027 (10 días)
EL AGUA EN EL MUNDO
CLASIFICACION EN CAPAS
SEGÚN
LA VARIACION DE TEMPERATURA
CON LA ALTURA
ATMÓSFERA
Troposfera ►8 Km en los polos y 16 Km en el Ecuador. En la troposfera ocurren la mayoría de los fenómenos meteorológicos. La temperatura decrece con la altura a razón de 6.5 34°C/Km.
Tropopausa ► Limite superior de la troposfera, esta seccionada por corrientes de chorro. La temperatura se mantiene constante alrededor de -57.0 °C.
Estratósfera ► hasta una altitud de 50 a 55 Km. En la E. alta se encuentran temperaturas semejantes a las de la superficie terrestre.
Estratopausa ►Es el limite superior de la estratosfera. La temperatura se mantiene casi constante.
Mesosfera ► Se extiende desde la estratopausa hasta una altura aproximada de 80Km. En la M. superior se alcanzan las temperaturas mas bajas de la atmósfera, aproximadamente de -100 °C.
Mesopausa ► Es el limite superior de la mesosfera, hasta esta altura la composición de la atmósfera permanece homogénea (Homosfera).
Termósfera ► Se encuentra sobre la mesopausa y su limite superior varía entre el día y la noche, alcanzando hasta 500 Km de día. Hasta aquí
extiende la ionosfera.
Exósfera ►Esta por encima de la termosfera y alcanza hasta unos 600 Km.
Ar0.9%
Otros0.002%O2
21.0%
N2
78.1%
Composición de la atmósfera cerca de la superficie
Gases Permanentes
Gas Símbolo Porcentaje
(en volúmen)
Aire seco
Nitrógeno N2 78,08
Oxígeno O2 20,95
Argón Ar 0,93
Neón Ne 0,0018
Helio He 0,0005
Hidrógeno H2 0,00005
Xenon Xe 0,000009
Composición de la Atmósfera
Composición de la atmósfera cerca de la superficie
Gases Variables
Gases
(y partículas)
Símbolo Porcentaje
(en volúmen)Partes por
millón (ppm)
Vapor de agua H2O 0 a 4
Dióxido de carbono CO2 0,035 355
Metano CH4 0,00017 1,7
Óxido de nitrógeno N20 0,00003 0,3
Ozono O3 0,000004 0,04
Partículas (polvo, hollín,
etc.)
0,000001 0,01
Clorofluorocarbonos
(CFCs)
0,00000001 0,0001
C O 21 D e sc o m p o s ic ió n d e v e g e ta c ió n
2 E ru p c io n e s v o lc á n ic a s
3 E x h a la c io n e s d e la v id a
a n im a l
4 Q u e m a d e c o m b u s tib le sfó s ile s
5 D e fo re s ta c ió n
6 F o to s ín te s is
7 O c é a n o s
G a s e s F u e n te s S u m id e ro s
CH4 1 Cultivos de arroz
2 Suelos húmedos pobres enoxígeno
3 Ganado
Gases Fuentes Sumideros
N2O Bacterias y microbios en elsuelo.
Radiación UV.
CFCs 1 Aerosoles
2 Refrigerantes, propelentes ysolventes
O3 Estratosfera: O + O2
Troposfera: reacciones químicas (NO2)
Radiación UV.
NO2 Vehículos
SO2 Quema de combustibles conazúfre (carbón y petróleo).Causante de lluvia ácida.
Gases Fuentes Sumideros
OZONO (O3 )
O2 + O = O3
O3
troposférico Aumento del 35±15% entre los años 1750-2000, con variaciones según las regiones.
O3
estratosféricoDisminución en los años 1970-
2000, con variaciones según la altitud y latitud.
PRESIÓN:AFP
gdzdp
z
dzgzp )(
BALANCE HIDROSTATICO –
a medida que se asciende..hay menos atmosfera encima
Tomando valores constantes T, H y p(0) = 1013,25 hPa, resulta:
e Hzpzp /)0()( VARIACIÓN DE LA PRESION CON LA ALTURA EN UNA ATMOSFERA ISOTERMICA DE ESPESOR H
Suma de las presiones de todos los gases
PRESION
VS.
ALTURA
DENSIDAD:
gHzez )0()(
VARIACION DE LA DENSIDAD CON LA ALTURA EN UNA ATMOSFERA ISOTERMICA DE ESPESOR H
De la ecuación de Estado
RTP
e Hzpzp /)0()(
ATMÓSFERA STANDARD I.C.A.N. (1976)
AIRE SECO
COMPOSICION CONSTANTE
AIRE EN REPOSO
T0 = 15ºC = 288ºK
P0 = 1013,25 hPa
0 = 1,225 kg m–3
g = 9,80665 m s-2
T = 288ºK – (6,5ºK/km)·H ; H < 11 km
T = 216,5ºK ; 11 H 20 km
T = 216,5ºK + (1ºK/km)·(H – 20 km) ; 20 < H < 32 km
P = (101,325kPa)·(288,15K/T)–5,255877 ; H < 11 km
P = (22,632kPa)·exp[–0,1568·(H – 11 km)] ; 11 H 20 km
P = (5,4749kPa)·(216,65K/T)–4,16319 ; 20 < H < 32 km
Componentes de la atmósfera - Vapor de agua
Vapor de agua atmosférico en el ciclo hidrológico
•Influencia sobre la Temperatura de la tierra
•Es Fuente de Precipitaciones
•Controla la intensidad de Evaporación
HUMEDAD ATMÓSFERICA
•
Propiedades del Vapor de agua
•
Presión de Vapor
•
Expresiones de la humedad
•
Medición de la humedad
•
Distribución y Variación de la humedad
HUMEDAD ATMÓSFERICA
•
Propiedades del Vapor de agua–
Saturación –
“aire saturado”
–
Presión de Vapor •
Relación e vs
T
•
Punto de rocío
•
Déficit de saturación o déficit higrométrico
es = 6,11 . 10 [7.5Ta / (Ta+237)]
densidad del aire seco: rs = p / (R .T), donde p es la presión del aire, R es la constante de los gases y T es la temperatura en ºK
densidad del vapor de agua: rv = 0.622 e / (R .T), donde e es la presión de vapor en Hpa, R es la constante de los gases y T es la temperatura en ºK.
densidad de la mezcla aire seco + vapor de agua: rm = (1 - 0.378 e/p). p / (R .T), donde e es la presión de vapor en Hpa, p es la presión atmosférica en Hpa
y T es la temperatura en ºK.
El aire húmedo es menos denso que el aire seco a igual temperatura y presión
–
Densidad del aire húmedo
HUMEDAD ATMÓSFERICAExpresiones de la humedad
Humedad relativa ► HR ó
ε
(%)
H absoluta ► ha
(g/m³) ….densidad
H específica ► s (g/kg)
Relación de mezcla ► r (g / kg)
Medición de la humedad
: PsicrómetroInstrumento usado para medir contenido de
vapor del agua. Consiste en dos termómetros, un bulbo mojado y otro seco. Psicrómetro oscilador.
A partir de T
(temperatura) y Tbh
(temperatura de bulbo húmedo), se obtiene e
(Presión de vapor), en base a un balance de energía, dado por la Fórmula psicrométrica:
e(T) = es(Tbh) -
C . p . (T-Tbh)
HUMEDAD ATMÓSFERICA
Problemas
es = 6,11 . 10 [7.5Ta / (Ta+237)]
HUMEDAD ATMÓSFERICA
Distribución y variación de la humedad
Altura de agua condensable (agua precipitable??).
La cantidad de vapor de agua que hay en la atmósfera se suele conceptualizar
como una lámina de agua precipitada de manera uniforme sobre una superficie horizontal de la tierra.
Agua condensable (en la columna unitaria de
aire)► dm
= ha dz
Nota: 1Kg de agua distribuido uniformemente en 1 m2, adquiere
una altura de 1 mm
FORMAS DE INTERCAMBIO DE CALOR EN LA ATMOSFERA
1. CONDUCCIÓN
2. CONVECCIÓN
3. RADIACION
Estudio de la Temperatura
: longitud de onda
: frecuencia 0cVelocidad de propagación de la luz en el vacío: c0 = 2,99792
108
m s – 1
EMISIÓN DE RADIACIONLey de PlanckLey de WienLey de Stefan-Boltzmann
Radiación de onda corta
onda larga
ESPECTROS DE EMISION DEL SOL Y LA TIERRA
DISTRIBUCION DE LA RADIACION•
LEY DE CUADRADO INVERSO DE LA DISTANCIA (determinación de la constante solar)
•
LEY DEL SENO (Inclinación de los rayos -
Tanto la elevación solar
como el flujo de energia solar dependen de:
el día del año,
la hora del día,
la latitud, y
la inclinación.
Variación de la intensidad de la radiación solar con la
latitud durante el solsticio de invierno del hemisferio
norte (21 de junio).
Efectos atmosféricos sobre la radiación solar
Funciona como filtro…en ambas direcciones
Atenuación
a) Dispersión (9%)
b) Absorción (15%)
c) Reflexión (30%)
ABSORCIÓN
REFLECTIVIDAD o ALBEDO
incidente
reflejada
EE
A
Se denomina albedo, A, a la relación entre la radiación solar total reflejada y la radiación solar total incidente.
ALBEDO GLOBAL TERRESTRE = 30%
Medición de la radiación solar
ROL = F(σ
; T; n/N; ed
)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
29-ene-10 30-ene-10 31-ene-10 01-feb-10 02-feb-10 03-feb-10 04-feb-10 05-feb-100
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Temperatura
Punto de rocio
Precipitación
Radiación Solar
FORMAS DE INTERCAMBIO DE CALOR EN LA ATMOSFERA
1. CONDUCCION
2. CONVECCION
3. RADIACION
Gradientes verticales de temperatura
Estabilidad e inestabilidad atmosférica
Diagramas aerológicos
Medición de la temperatura. Aplicaciones.
Tem
pera
tura
de
la a
tmós
fera
Medición de la temperatura y la humedad.
Evolución diaria de las variables meteorológicas
0
20
40
60
80
100
120
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00
tiempo 24 al 26 marzo 2004
%
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
ºC
HR % temp
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0:00 5:00 10:00 15:00 20:00 1:00 6:00 11:00 16:00 21:00 2:00 7:00 12:00 17:00 22:00
Tiempo 24 al 26 marzo 2004
KPa
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
ºC
es e T
Temperatura de la atmósfera
•
Gradientes verticales de temperatura
•
Estabilidad e inestabilidad atmosférica
•
Diagramas aerológicos
•
Medición de la temperatura. Aplicaciones.
GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA (dT/dz)
PROCESO ADIABATICO “SECO”
PROCESO ADIABATICO “SATURADO”
FORZAMIENTO OROGRAFICO
DIAGRAMAS AEROLOGICOS
ESTADO DE LA ATMOSFERA
PROCESOS EN LA ATMOSFERA
ADIABATICO SECO
ADIABATICO SATURADO
Estabilidad e inestabilidad atmosfEstabilidad e inestabilidad atmosfééricarica
Diagramas Diagramas aerolaerolóógicosgicos
––
Ejemplos de estabilidad e inestabilidad atmosfEjemplos de estabilidad e inestabilidad atmosfééricarica
"Introducción a la Meteorología " Sverre
Petterssen; Mc
Graw
-
Hill; 1970
Problema
Se han graficado los perfiles verticales de temperatura (T) y punto de rocío (Td) registrados por una radiosonda de una zona costera de Brasil donde se presume se formarán nubes convectivas
y su evolución como nubes de tormenta cumulonimbus.
Responder en forma conceptual, en base al gráfico adjunto, al estudiar el ascenso de una parcela a nivel del suelo:
a) Cual es el nivel de convección libre
b) Cual es el nivel de condensación por ascenso (NCA)
c) Nivel del tope de la nube?
Circulación General –
Movimientos atmosféricos
Carrera: Ingeniería Civil.
Asignatura:
H-504 -
Hidrología. Curso 2014
Trabajo Práctico Nº
1: Estudio de variables meteorológicas
A partir de los datos de temperatura del aire (T), punto de rocío (Td), presión (P), velocidad del viento (V) y radiación solar realizar los siguientes cálculos:
a.
Obtener los valores medios horarios.
b.
Graficar la variación temporal de la Temperatura y la Humedad Relativa durante 24 horas.
c.
Determinar los valores medios, máximos y mínimos diarios.
d.
Superponer la variación de la Presión de Vapor del aire “e”
y de la Humedad Específica “S”
con las mismas variables del punto a).
e.
Evaluar las variables graficadas y otras que considere de interés, con el objeto de efectuar un breve informe sobre el estado del tiempo registrado ese día.