NUBES

NUBES Y LLUVIA

Presin en la atmosferaA medida que subimos en laatmsfera la presin vadisminuyendo.

Ecuacin de gases

Presin en la atmosfera

Energa calrica de gasesCalor especifico a volumen constante cV :cV =Q0/M dT0

calormetro simpleEnerga calrica de gases

Primera ley termodinmica

Primera ley termodinamicaCambio adiabticoPor lo que de acuerdo con el primer principio de la termodinmica

donde U es la energa interna del sistema

Cambios de estados

NUBESFormacin de la gota de nubeNucleacin homogneaNucleacin heterognea

Ncleos de condensacinNcleos de Aitken, con radios entre 5*10-3 y 2*l0-1 umNcleos Grandes, con radios entra 0,2 y 1 umNcleos Gigantes, con radios mayores que 1 um

Crecimiento de las gotas nubosas

Clasificacin de las nubesNubes AltasEstn compuestas principalmente por cristales de hielo y son bastante finas. Usualmente aparecen bien blancas excepto al amanecer y anochecer donde por un fenmeno ptico aparecen en colores rojos, naranja etc.

a) Nube Cirrus (Ci) b) Cirrocumulus (Cc) c) Cirrostratus (Cs).

Nubes mediasEstn compuestas por gotas de agua y cuando las temperaturas bajan lo suficiente , pueden contener algunos cristales de hielo.

a)Altocumulus (Ac) b) Altostratus (As)

Nubes bajasEstn generalmente formadas por gotas de agua, pero el ambiente esta muy fro puede contener partculas de hielo y nieve.Ellas son:

a) Nimbostratus (Ns) b) Stratocumulus (Sc) c)Stratus (St)

Nubes con desarrollo verticalLos cumulus son nubes de desarrollo vertical y generalmente se asocia como un trozo de algodn. Su base generalmente es recta.

a)Cumulus (Cu) b) Cumulus Congestus

Cumulonimbus (Cb)

Basados en los conceptos termodinmicos podemos describir el desplazamiento de masas de aire y la formacin de lluvia.Por ello estudiaremos:

Sustentacin e Inestabilidad

Tipo de Corriente

Desplazamiento del Aire

Condensacin del Agua

Formacin de Gotas

Lluvia

Como vimos antes, una masa en aire de seccin S esta expuesta a la diferencias de presin dp que existe en distintas alturas lo que puede llevar a una fuerza de sustentacin S dp Esta es segn (1) igual a S dp = S h pm g (26)

Donde m es la densidad del medio circundante y h es la altura de la nube. Sustentacin e InestabilidadPor otro lado la nube esta expuesta a su propio peso

p S h g

Siendo p la densidad de la nube y g la aceleracin gravitacional. Por ello la fuerza total es

F = S h g(pm p ) (27)En otras palabras, si la densidad de la nube es mayor que la de su entorno estamos frente a una situacin estable: la nube no se desplaza. Sin embargo, si la densidad del entorno es mayor que la de el nube, existir suficiente sustentacin y la nube se elevara.Tipo de CorrienteDesplazamiento del Aire

Precipitacin Es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmsfera y llega a la superficie terrestre.

Este fenmeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve y granizoLa cantidad de precipitacin sobre un punto de la superficie terrestre es llamada pluviosidad, o monto pluviomtrico.

La precipitacin puede producirse por la cada directa de gotas de agua o de cristales de hielo que se fundenLas gotas son mayores cuanto ms alta est la nube que las forma Las gotas caen a una velocidad entre 4 y 8 m/s.Su tamao esta entre 0,7 y 5 milmetros de dimetro.

Conveccin: cuando la temperatura de una masa de aire es mayor y este se vuelve mas ligero, este se eleva por encima de reto de aire que los rodea, esta masa se enfra y se origina el proceso de condensacin, lo que da lugar a la lluvia por conveccin.

Lluvia orogrfica o de relieve: se da en procesos similares pero con la diferencia de que en esta ocasin el aire sube cuando se encuentra una cadena montaosa en su camino.

Lluvia frontal o ciclnica: en este caso la masa de aire se encuentra con otra masa de aire fra, con la cual no se mezcla, por lo que hace que la masa de aire caliente suba.Cuando sube una masa de aire, esta se va descomprimiendo, y se expande, esto sucede muy rpido por lo que no hay un gran intercambio de energa con el medio. Esto significa un cambio adiabtico y una baja en la temperatura, por lo que se alcanza la saturacin y comienzan a formarse gotas llevando a formacin de nubes y finalmente lluvia Condensacin de agua

Con la entalpia de 40,65 kJ/molK se obtiene que la presin devapor de agua en funcin de la temperatura es:

Nombres de la lluvia

Cuando las gotas que caen son menudas, con un dimetro inferior a 0.5 y se presentan de forma pulverizada como flotando en el aire, se conoce como llovizna.

Se llama chubasco, chaparrn o aguacero, si cae de golpe, con intensidad, y por poco rato, como durante el verano y climas tropicales.

Si la lluvia es tan violenta y abundante que provoca riadas e inundaciones se denomina tromba o manga de aguaMedicin de la precipitacinPluvimetro Este instrumento se utiliza para medir la cantidad de lluvia o nieve que un lugar y tiempo determinado.Est formado por un recipiente cilndrico generalmente de plstico el cual tiene una escala graduada la cual mide en mm y nos da como resultado la cantidad de litros de agua que caen por metro cuadrado.

La Nieve

As como la lluvia cae en gotas ms o menos gruesas, la nieve baja en copos ms o menos grandes que, examinados al microscopio, presentan una estructura cristalina de variadas formas, aunque lo ms corriente es que adopten normalmente una forma de estrella de seis puntas. La nieve se forma cuando la temperatura es tan baja que el agua adquiere estado slido. Los copos nacen cuando las gotas, al caer, atraviesan una capa de aire fro, por debajo de cero grados, y cerca del suelo.Se conoce como granizo los granos o corpsculos de hielo ms o menos duros que caen de las nubes. El tamao de estas partculas oscila, normalmente, entre unos milmetros y dos o ms centmetros. Granizo

La formacin del granizo se origina con la presencia de una partcula slida. Esta es arrastrada por fuertes vientos ascendentes dentro de la nube, a la que se le van adosando partculas de agua. Al ascender, se produce el enfriamiento de estas partculas, congelndose. Al llegar a la zona superior de la nube, el granizo cae hacia la tierra por su propio peso.

Formacin

El granizo es ms comn en las zonas continentales interiores de las latitudes medias. Como la formacin del granizo es mucho ms probable cuando el nivel de congelacin est por debajo de la altitud de 3400 mt (11000 pies), el movimiento de aire seco, promueve la presencia de fuertes tormentas elctricas sobre los continentes, y esto aumenta la frecuencia de granizo, mediante la promocin del enfriamiento por evaporacin.El granizo en los trpicos ocurre principalmente en elevaciones ms altas. Pero el crecimiento de granizo se vuelve sumamente pequeo, cuando la temperatura ambiente descienda por debajo de 30C (22F). Las gotas de agua sobre-enfriada se vuelven raras a estas temperaturas.Factores que favorecen la formacin Una de las regiones ms comunes de granizo de gran tamao est en la regin montaosa norte deIndia, en Chinatambin experimenta importantes tormentas de granizo. Europa Central y el sur deAustraliatambin sufren una gran cantidad de tormentas de granizo.EnAmrica del Norte, el granizo es ms comn en la zona del estado deColorado,Nebraska yWyoming.EnSudamrica, la regin central deArgentina, es intensamente afectada por el granizo, mientras en la ciudad deBogotes frecuente su ocurrencia dada su latitud y elevacin.En general, las reas en torno a regiones montaosas, son proclives a padecer tormentas de granizo debido al movimiento forzado y permanente del aire por las alturas.

Regiones

Estrechas zonas donde se acumula el granizo en el suelo en asociacin con actividad tormentosa se conocen como vetas de granizo o franjas de granizo, que pueden ser detectables por satlite despus de que las tormentas pasan. Las tormentas de granizo suelen durar desde unos pocos minutos hasta 15 minutos de duracin. La acumulacin de las tormentas de granizo pueden cubrir el terreno con ms de 5 cm de granizo, pudiendo causar derribos de rboles. Las inundaciones repentinas y deslizamientos de tierra en reas de terreno empinado pueden ser una preocupacin con la acumulacin de granizo.

Acumulacin

Debido a los efectos devastadores que puede ocasionar unagranizada, detectar la presencia de una tormenta de granizo, es una de las prioridades ms altas. elRadar Meteorolgico, cumple una importante funcin. Tambin se utilizan los satlites climatolgicos Bsicamente la accin se centra en lanzar un cohete al centro de la tormenta, donde estalla y dispersa gran cantidad deYoduro de plata. En algunas ocasiones se puede realizar lasiembra de las nubescon este elemento, utilizando aviones pero los resultados no son del todo absolutos pero tienen buena efectividadDeteccin y prevencin

Radar meteorolgicoSatlite climatolgicoPrimero las gotitas de nubes son minsculas , con dimetro medio menor que 20 mm . Debido al pequeo tamao, su velocidad de cada es tan pequea, de modo que, aun en ausencia de corrientes ascendentes, ella se evaporara en pocos metrosSegundo La velocidad de cada de una gotita de nube o cristal de hielo a travs del aire depende de dos fuerzas: la fuerza de gravedad (peso) y la friccin con el aire.Cuando la goticula desciende por la fuerza de gravedad, su velocidad crece y la resistencia del aire crece hasta eventualmente igualar la fuerza de gravedad y con velocidad constante llamada velocidad terminal. Considerando una partcula esfrica con radio r, la fuerza de friccin esta dada por la ley de Stokes:

Donde es el coeficiente de viscosidad, r el radio y v la velocidad de la partcula. En el equilibrio, cuando la velocidad es constante

A pesar de que todas las nubes contienen agua, .por que algunas producen precipitacin y otras no?

Recordando que la masa m es igual al producto de la densidad por el volumen donde se obtiene:

Para tomar en consideracin la fuerza de empuje, en la realidad es la diferencia entre la densidad de la partcula y la densidad del aire (Ocurre que la densidad del aire es mucho menor que la del agua). De la ecuacin se ve que cuanto mayor es el radio de la goticula, mayor es la velocidad terminal. Por lo tanto, las goticulas de nube precisan crecer lo suficiente para vencer las corrientes ascendentes en las nubes y sobrevivir como gotas o copos de nieve a un descenso hasta la superficie sin evaporarse. Para eso seria necesario juntar en torno de un millon de goticulas de nube para formar una gota de lluvia.