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Capitulo 3 ELEMENTOS METEOROLGICOS EN EL CICLO HIDROLGICO LA ATMSFERA LA TEMPERATURA RADIACIN SOLAR HUMEDAD ATMOSFRICA LOS VIENTOS LAS NUBES

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LA ATMOSFERA

La atmsfera es la cubierta gaseosa que rodea el cuerpo slido del planeta. Aunque tiene un grosor de ms de 1.100 km, aproximadamente la mitad de su masa se concentra en los 5,6 km ms bajos.

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..La atmsferaLa atmsfera resulta comportndose como un gran reservorio de vapor de agua, un sistema amplio de transporte de agua y un gran colector de calor. El inters de su estudio en hidrologa radica que en ella tiene lugar parte del ciclo hidrolgico.

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Importancia de la atmsfera para la vida en el PlanetaRegula la distribucin de calor en la superficie terrestre. Durante el da, protege a la tierra de la fuerte radiacin solar y filtra radiaciones nocivas Si no existiera la atmsfera, la temperatura de la tierra aumentara en 100C por el da y -150C 100 150 en la noche.

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Capa de ozono

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Caracteres de la atmsferaLas principales caractersticas que influyen en la vida y en el movimiento de la masa atmosfrica son: Protege la vida: En la atmsfera se localiza la ozonsfera que permite la vida en le planeta al impedir que la radiacin ultravioleta mortal llegue a su superficie. Calentamiento desigual en superficie: No todo el planeta se calienta por igual y as las zonas ecuatoriales se calientan ms que las zonas polares, siendo la atmsfera quien se encarga distribuir el calor por todo el planeta. El distinto calentamiento se debe a: En el Ecuador los rayos inciden perpendicularmente a l, lo que produce una mayor absorcin de esta radiacin, mientras que cuando nos alejamos del Ecuador los rayos inciden oblicuamente favoreciendo el proceso de reflexin por lo que se absorbe menos por el planeta. Hacia las zonas polares los rayos han de atravesar ms atmsfera antes de llegar a la superficie terrestre, por lo que esta se calentar menos.

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Caracteres de la atmsfera

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Caracteres de la atmsferaCalentamiento desigual en altura: La Tierra refleja parte del calor que le llega del sol y por ello la capa baja de la atmsfera (troposfera) se calienta de abajo a arriba, de modo que las capas inferiores estn ms calientes que las superiores. Efecto invernadero: El calor reflejado por la superficie es devuelto a ella por el vapor de agua y el dixido de carbono que existe en la atmsfera, lo que produce el efecto invernadero que distribuye el calor por todo el planeta y hace que la temperatura media del mismo sea de 18C. Pero el efecto invernadero se ha incrementado por la accin del hombre debido a:

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Caracteres de la atmsfera1. Liberacin de CO2 a la atmsfera por combustin de combustibles slidos (carbn y petrleo) en industrias, automocin, calefaccin. 2. Destruccin de enormes masas forestales que habran podido consumir parte del CO2 liberado en el proceso de fotosntesis. El efecto invernadero producir un aumento de la temperatura media del planeta, que puede ser desastroso porque: 1. Los hielos polares se fundirn y aumentarn el nivel del mar, con lo que poblaciones costeras desaparecern. 2. Se producir un cambio climtico, ya que aumentar la evaporacin de las aguas y los ciclos de lluvias y vientos. 3. Se desarrollaran enfermedades tropicales y plagas ya que la temperatura elevada favorece la proliferacin de insectos y reptiles. 4. Desaparecern los animales y plantas adaptados a condiciones fras.

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CAPAS DE LA ATMSFERA

Temperatura en (C)

Presin en (mb)

Altitud en(Km)

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Estructura

Atendiendo a diferentes caractersticas la atmsfera se divide en: La troposfera, que abarca hasta un lmite superior llamado tropopausa que se encuentra a los 9 Km en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua, por su cercana a la hidrosfera. Por todo esto es la zona de las nubes y los fenmenos climticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, etc. Es la capa de ms inters para la ecologa. En la troposfera la temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70C en su lmite superior.

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Estructura

La estratosfera comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un lmite superior llamado estratopausa que se sita a los 50 kilmetros de altitud. En esta capa la temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0C en la estratopausa. Casi no hay movimiento en direccin vertical del aire, pero los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/hora, lo que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez, que es lo que sucede con los CFC que destruyen el ozono. En esta parte de la atmsfera, entre los 30 y los 50 kilmetros, se encuentra el ozono que tan importante papel cumple en la absorcin de las dainas radiaciones de onda corta.

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Estructura

La ionosfera y la magnetosfera se encuentran a partir de la estratopausa. En ellas el aire est tan enrarecido que la densidad es muy baja. Son los lugares en donde se producen las auroras boreales y en donde se reflejan las ondas de radio, pero su funcionamiento afecta muy poco a los seres vivos

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Presin atmosfricaLa presin disminuye rpidamente con la altura (ver Tabla 2-1), pero adems hay diferencias de presin entre unas zonas de la troposfera y otras que tienen gran inters desde el punto de vista climatolgico. Son las denominadas zonas de altas presiones, cuando la presin reducida al nivel del mar y a 0C, es mayor de 1.013 milibares o zonas de bajas presiones si el valor es menor que ese nmero. En meteorologa se trabaja con presiones reducidas al nivel del mar y a 0C para igualar datos que se toman a diferentes alturas y con diferentes temperaturas y poder hacer as comparaciones. El aire se desplaza de las reas de ms presin a las de menos formndose de esta forma los vientos. Se llaman isobaras a las lneas que unen puntos de igual presin. Los mapas de isobaras son usados por los meteorlogos para las predicciones del tiempo.

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LA TEMPERATURALa temperatura es una medida de la energa media de las molculas en una sustancia y no depende del tamao o tipo del objeto. Se mide con un termmetro. La temperatura desciende con la altitud, en promedio 0.6 C por cada 100 m hasta aproximadamente los 10000 m.

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Caseta Meteorolgica

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TERMMETRO DE MXIMA Y MINIMA TEMPERATURA

Par de termmetros que miden por separado el valor de la temperatura ms alta y ms baja de un determinado intervalo de tiempo. En la figura, el termmetro superior es el de la mxima, tiene el depsito lleno de mercurio, ligeramente hacia abajo, formando un ngulo de 2 grados con la horizontal. El termmetro inferior es el de la mnima, contiene alcohol con un capilar conteniendo un ndice de vidrio de color oscuro en forma de pesas de gimnasia. Este termmetro se coloca siempre en forma horizontal.

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RADIACIN SOLAREs la energa electromagntica emitida por el sol.

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Todos los objetos emiten energa radiante, cualquiera sea su temperatura, por ejemplo el Sol, la Tierra, la atmsfera, los Polos, las personas, etc. Los objetos con mayor temperatura radian ms energa total por unidad de rea que los objetos ms fros. Los cuerpos con mayor temperatura emiten un mximo de radiacin en longitudes de ondas, , ms cortas. Por ejemplo el mximo de energa radiante del Sol se produce para longitudes de onda = 0.5 m, para la Tierra en = 10 m

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La radiacin del Sol es emitida en todas las longitudes de onda, pero tiene un mximo en la regin de luz visible. La luz visible est compuesta por varios colores, que cuando se mezclan forman la luz blanca, por lo que tambin se le da ese nombre. Cada uno de los colores tiene una longitud de onda especfica, con lmites entre 0.43 y 0.69 m.

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Los gases de la atmsfera dispersan mas efectivamente las longitudes de onda ms cortas (violeta y azul) que en longitudes de onda ms largas (naranjo y rojo). Esto explica el color azul del cielo y los colores rojo y naranjo del amanecer y atardecer, como se ve en la figura. Cuando amanece o anochece, la radiacin solar recorre un mayor espesor de atmsfera y la luz azul y violeta es dispersada hacia el espacio exterior, pasando mayor cantidad de luz roja y naranja hacia la Tierra, lo que da el color del cielo a esas horas.

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Radiacin directa y difusaAlbedo Terrestre 30% reflejado y disponible4% 20% 6%

Radiacin Solar Entrante 100 % Tope de la Atmsfera

Atmsfera

Nubes

Superficie Terrestre

19% absorbido por la atmsfera y nubes

51% absorbido por la tierra

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Q = Radiacin directa q = Radiacin difusa Radiacin solar global Radiacin solar absorbida Radiacin solar NetaSiendo: a = albedo Rg = Rgo (0.18 + 0.62 n/N) Rgo = Radiacin solar global en la cima de la atmsfera Rb = Balance radiativo de onda larga (rayos infrarojos)Rb = T 4 (0.56 0.08 e )(0.1 + 0.9 n ) N

Rg = q + Q (Q + q) (1- a) = Rg (1- a)Rn = Rg (1- a) - Rb

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RADIACION SOLAR DIRECTA

Para medir la radiacin solar directa se usa un instrumento llamado Pirhelimetro la medicin se expresa en unidades de Watt/m2, siendo necesario que est constantemente orientado hacia el sol.

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RADIACION SOLAR GLOBAL (directa + difusa)

El instrumento de medicin se llama piranmetro, y piranmetro, permite evaluar toda la energa solar que llega a una superficie horizontal, incluyendo la radiacin directa y la difusa.

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RADIACION SOLAR NETA

El instrumento de medicin se llama Radimetro, permite medir el balance neto radiativo a nivel de superficie.

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HORAS DE SOL

El instrumento que registra el periodo en que el sol alumbra se denomina heligrafo.

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HUMEDAD ATMOSFRICALa humedad atmosfrica es la cantidad de vapor de agua existente en el aire. Depende de la temperatura, de forma que resulta mucho ms elevada en las masas de aire caliente que en las de aire fro. Se mide mediante un aparato denominado Psicrmetro, Psicrmetro, y se expresa mediante los conceptos de humedad absoluta o relativa del aire.

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HigrmetroHigrmetros Mecnicos Estn basados en la propiedad de algunos materiales (cabello humano, algodn, seda, papel, etc.) de cambiar su dimensin fsica dependiendo de la humedad relativa del aire. El cabello humano fue ampliamente utilizado como sensor de humedad relativa en los higrgrafos de estaciones meteorolgicas convencionales

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Psicrmetro

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PARMETROS DE HUMEDAD Temperatura de bulbo hmedo (Tbh) Es la temperatura que registra el termmetro hmedo una vez que se a estabilizado la evaporacin en el bulbo hmedo. Temperatura de bulbo seco (T) La temperatura de bulbo seco, es la temperatura del aire que marca un termmetro comn. Temperatura de punto de rocio (Td) Es la temperatura a la cual el aire hmedo no saturado se satura, es decir, cuando el vapor de agua comienza a condensarse, por un proceso de enfriamiento, mientras que la presin y la razn de humedad se mantienen constantes. Presin de vapor o tensin de vapor (Pv) La presin de vapor, es la presin parcial que ejercen las molculas de vapor de agua presentes en el aire hmedo. Presin de vapor saturado (Pvs) Cuando el aire est totalmente saturado de vapor de agua, su presin de vapor se denomina presin de vapor saturado (Pvs).

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Presin o tensin de vapor (Pv)Pv = Pvs,bh 0.00066 * P * (T-Tbh) Frmula psicromtrica Pv = 6.112 * EXP [17.7 * Td / ( Td + 243.5)]

donde: Pv = Presin o tensin de vapor en (mb) (1mb = 100 pa=0.75 mmHg) Pvs,bh = Presin de vapor de saturacin a la Temperatura de bulbo hmedo P= Presin atmosfrica en (mb) (T-Tbh) = Diferencia entre las temperaturas del termmetro de bulbo seco y el de bulbo hmedo. Td = Temperatura del punto de roco en C Pvs,bh = 6,11 * exp [(17,27 * Tbh) / (237,3 + Tbh)] Donde Tbh es la temperatura de bulbo hmedo en C y Pvs,bh es en (mb) Pvs = 6,11 * exp [(17,27 * T) / (237,3 + T)] Donde T es la temperatura en C y el resultado obtenido (Pvs) es en (mb) P = 1013.3 / EXP [Z /(8430.15 - Z * 0.09514)] P = Presin en (mb) a la altitud Z en (m)

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Humedad Relativa (HR)La humedad relativa del aire, se define como la razn entre la presin de vapor de agua en un momento dado (Pv) y la presin de vapor de agua cuando el aire est saturado de humedad (Pvs), a la misma temperatura. La humedad relativa se puede expresar como decimal o como porcentaje. HR = (Pv/Pvs) * 100

Humedad Absoluta (HA)La humedad absoluta es la relacin entre la masa de vapor de agua y el volumen ocupado por una mezcla de vapor de agua y aire seco. HA = 216 * Pv / T (g/m3) Pv es la presin de vapor en mb y T es la temperatura del aire en K

Temperatura de Rocio (Td)Td = T + 35 Log (HR) T= Temperatura en C y HR humedad relativa

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LOS VIENTOSEl viento es el desplazamiento de las masas de aire en sentido horizontal y con una determinada direccin y velocidad. Los movimientos verticales de ascenso y descenso de las masas de aire, se denominan corriente. La causa u origen de los vientos es la diferencia de presin baromtrica entre dos localidades, la que tiene como causa la diferencia de temperaturas entre dichas localidades. Medicin del viento: - La direccin se mide mediante la veleta segn los 360 360 en intervalos de 10 grados y los anemmetros miden la velocidad, expresada comnmente en m/s y nudo (milla nutica/hora).

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Anemometro totalizadorMide el recorrido del viento en Km/da. Consiste en tres brazos horizontales conteniendo cada uno una cazoleta (especie de cucharn)

Veleta y AnemmetroInstrumento que se utiliza para medir la fuerza (velocidad) del viento en Nudos o en Km/hr e Instrumento que se utiliza para medir la direccin del viento en grados sexagesimales (0 a 360 ).

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ROSA DE LOS VIENTOSDebido a que el viento se considera como un vector con magnitud (dada por la velocidad) y direccin. Los meteorlogos crearon una grfica llamada Rosa de los vientos que nos permite representar simultneamente la relacin que existe entre las caractersticas que componen el viento.

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LAS NUBESUna nube es un conjunto de finas partculas de agua en estado lquido o en estado slido (cristales de hielo) que forman masas de espesor, color y formas variables. Mecanismos de formacin.El principal mtodo para lograr el proceso de condensacin consiste en enfriar una masa hmeda de aire para conseguir su punto de roco. Y este proceso es el que da lugar a la formacin de nubes, pues el aire caliente que se encuentra en las capas bajas se enfra al ascender a cotas superiores. Al alcanzar la temperatura de punto de roco ya no puede retener toda su humedad en forma de vapor, que se condensa rpidamente.

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TIPOS DE NUBES CLASIFICACIN POR SU ALTITUD

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Nubes AltasCirrosSon nubes blancas, transparentes y sin sombras internas que presentan un aspecto de filamentos largos y delgados. Cuando los cirros invaden el cielo puede estimarse que en las prximas 24 h. habr un cambio brusco del tiempo; con descenso de la temperatura.

CirrocmulosForman una capa casi continua que presenta el aspecto de una superficie con arrugas finas y formas redondeadas como pequeos copos de algodn.

CirrostratosTienen la apariencia de un velo, siendo difcil distinguir detalles de estructura, presentando ocasionalmente un estriado largo y ancho. Este tipo de nubes suele preceder a las tormentas.

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Nubes MediasAltocmulos Presentan un aspecto de copos de tamao mediano formando una estructura irregular, presentndose sombras entre los copos. Los Altocmulos suelen preceder al mal tiempo producido por lluvias o tormentas. Altostratos Presentan zonas de nubes densas en una capa delgada de nubes, en la mayora de los casos es posible determinar la posicin del Sol a travs de la capa de nubes. Los Altostratos generalmente presagian lluvia fina y pertinaz con descenso de la temperatura. Nimbostratos Presentan un aspecto de una capa regular de color gris oscuro con diversos grados de opacidad. Son nubes tpicas de lluvia de primavera y verano y de nieve durante el invierno.

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Nubes BajasEstratocmulos Los Estratocmulos rara vez aportan lluvia, salvo cuando se transforman en Nimbostratos. Cumulonimbos Los Cumulonimbos son las nubes tpicas de las tormentas intensas pudiendo llegar a producir granizo. Presentan un aspecto semejante a una coliflor de gran tamao. Cmulos Los Cmulos corresponden al buen tiempo cuando hay poca humedad ambiental y poco movimiento vertical del aire. En el caso de existir una alta humedad y fuertes corrientes ascendentes, los Cmulos pueden adquirir un gran tamao llegando a originar tormentas y aguaceros intensos.

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