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Temperatura
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LA TEMPERATURA DEL AIRE• El calor y la temperatura son dos conceptos
estrechamente relacionados entre sí.– El calor es un forma de energía que se
manifiesta en los cambios de estados y en dilataciones y contracciones. Se mide en unidades energéticas
– La temperatura es una condición o característica del calor que determina cuál de dos cuerpos, en presencia, lo recibe o lo cede. Se mide en unidades especificas para esta magnitud.
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Escalas de temperatura• En la actualidad se encuentran
en uso en todo el mundo tres escalas de temperatura:– La escala Celsius – La escala Kelvin– La escala
Fahrenheit
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• La escala Celsius (º C). Utiliza como parámetro la propiedades del agua la cual alcanza el punto de congelación a los 0º C y el punto de ebullición a los 100º C al nivel del mar.
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• La escala Kelvin en esta, la temperatura mas baja (0 K) se conoce como cero absoluto y es aquella en que el movimiento atómico es mínimo y corresponde a 273º C. Debido a que los átomos no pueden estar sin movimiento nada puede ser mas frió que el cero absoluto. En la escala Kelvin no se utiliza el símbolo º (grados).
• La temperatura expresada en Kelvin es siempre igual a :º C + 273
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• La escala Fahrenheit (º F), para esta escala en esta se tomó como base la temperatura del cuerpo humano (100º F), acá el agua congela a 32º F y tiene su ebullición a 212º F, Entre estas dos medidas existen 180º F, de esta manera, los grados F no son equivalentes a los Celsius o Kelvin.
• La relación con los º C es de de 100/180 o 5/9. Para convertir estas escalas una en otra basta utilizar las siguientes ecuaciones:• F = (9/5 C) + 32 C = 5/9 (F – 32)
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Variaciones de temperatura
• La cantidad de energía solar recibida, en cualquier región del planeta, varía con la hora del día, con la estación del año y con la latitud.
• Estas diferencias de radiación originan las variaciones de temperatura.
• Por otro lado, la temperatura puede variar debido a la distribución de distintos tipos de superficies y en función de la altura.
• Ejercen influencia sobre la temperatura:– La variación diurna, distribución latitudinal,
variación estacional, tipos de superficie terrestre y la variación con la altura.
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Variación diurna
• Se define como el cambio de temperatura, entre el día y la noche, debido a la rotación de la tierra. La Tierra recibe calor durante el día por radiación solar, pero continuamente lo pierde por radiación terrestre.
• El calor y el frío dependen del desequilibrio entre la radiación solar y terrestre. Durante el día la radiación solar sobrepasa a la radiación terrestre y la superficie se vuelve más calurosa.
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• En la noche, la radiación solar cesa, pero la radiación terrestre continúa y enfría la superficie. El enfriamiento continúa aún después de la salida del sol, hasta que la radiación solar nuevamente exceda la radiación terrestre.
• La temperatura mínima generalmente se produce despues de la salida del sol, algunas veces con un desfase de una hora.
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Variación estacional
• Esta característica de la temperatura se debe al hecho que la Tierra circunda al Sol, en su órbita, una vez al año, dando lugar a las cuatro estaciones: verano, otoño, invierno y primavera.
• Como se sabe, el eje de rotación de la Tierra está inclinado con respecto al plano de su órbita; entonces el ángulo de incidencia de los rayos solares varía, estacionalmente, en forma diferente para ambos hemisferios.
• Es decir, el Hemisferio Sur es más cálido que el Hemisferio Norte durante los meses de diciembre, enero y febrero, porque recibe más energía solar.
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Variación con la latitud
• La forma de la Tierra, determina una variación en el ángulo de incidencia de la radiación solar sobre la superficie.
• Como la Tierra es esférica, el sol se encuentra más perpendicularmente en las regiones ecuatoriales, que en las latitudes más altas.
• Las regiones ecuatoriales, por lo tanto, reciben mayor energía y son más calurosa.
• Los rayos del sol que inciden con una mayor inclinación en latitudes más altas, entregan menos energía en un área dada, siendo los polos los que reciben menos.
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Variación con la topografía
• La distribución de continentes y océanos produce un efecto muy importante en la variación de tempertura.
• Al establecerse diferentes capacidades de absorción y emisión de radiación entre tierra y agua (capacidad calorífica), podemos decir que las variaciones de temperatura sobre las áreas de agua experimentan menores amplitudes que sobre las sólidas.
• Sobre los continentes, existen diferentes tipos de suelos en cuanto a sus características: desérticos, selváticos, etc., por ejemplo, suelos muy húmedos, como pantanos o ciénagas, actúan en forma similar a las superficies de agua, atenuando considerablemente las variaciones de temperatura.
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• También la vegetación espesa tiende a atenuar los cambios de temperatura, debido a que contiene bastante agua, actuando como un aislante para la transferencia de calor entre la Tierra y la atmósfera.
• Por otro lado, las regiones desérticas o áridas permiten grandes variaciones en la temperatura. Esta influencia climática tiene a su vez su propia variación diurna y estacional.
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• Los vientos prodominantes son un factor muy importante en la variación de la temperatura. Por ejemplo, en áreas donde los vientos proceden predominantemente de zonas húmedas u oceánicas, la amplitud de temperatura es generalmente pequeña; como caso interesante, se puede citar que en muchas islas, la temperatura permanece aproximadamente constante durante todo el año.
• Por otro lado, los cambios de temperatura son más pronunciados cuando el viento prevaleciente sopla de regiones áridas, desérticas o continentales.
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Variación con la altitud.
• Sabemos que la temperatura normalmente desciende con el aumento de altitud a través de la troposfera.
• Este descenso de temperatura con la altitud se define como “Gradiente Vertical de Temperatura” y el promedio de descenso de temperatura (Gradiente Vertical Promedio) en la troposfera es de 2º C / 1000 pies.
• En algunas ocasiones la temperatura aumenta con la altura, este aumento se define como una inversión de temperatura (inversión térmica), se dice entonces que el gradiente es negativo.
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Inversiones de temperatura
• Una inversión se produce cuando la temperatura del aire aumenta con la altura.
• Esta situación es muy común pero generalmente está confinada a una capa relativamente superficial.
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Inversion térmica
• Perfil de temperatura típico en la costa de la zona central de Chile.
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• Por lo general, las altas concentraciones de contaminantes del aire están relacionadas con las inversiones ya que estas inhiben la dispersión de los contaminantes.
• Los tres tipos de inversión principales se deben a diversas interacciones atmosféricas y presentan diferentes períodos de duración.
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Inversiones de temperatura
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Inversión por radiación
• La inversión por radiación es el tipo más común de inversión superficial y se produce con el enfriamiento acelerado de la superficie terrestre.
• A medida que la Tierra se enfría, la capa de aire cercana a la superficie también lo hace.
• Si este aire se enfría a una temperatura menor que la del aire de la capa superior, se vuelve muy estable y la capa de aire cálido impide cualquier movimiento vertical
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• Las inversiones por radiación generalmente se producen desde las horas finales de la tarde hasta las primeras de la mañana, con el cielo despejado y vientos calmados, cuando el efecto de enfriamiento es mayor.
• Las mismas condiciones que conducen a las inversiones nocturnas por radiación, determinan la inestabilidad durante el día.
• Los ciclos de inestabilidad a lo largo del día e inversiones durante la noche son relativamente comunes
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• Por consiguiente, los efectos de las inversiones por radiación generalmente son de corta duración.
• Los contaminantes que quedan entrampados debido a las inversiones son dispersados por la vigorosa mezcla vertical producida cuando la inversión se interrumpe después del amanecer.
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• Sin embargo, en algunos casos el calentamiento diario que sigue a una inversión nocturna por radiación puede no ser lo suficientemente fuerte para disminuir la capa de inversión.
• Por ejemplo, una niebla espesa puede acompañar la inversión y reducir el efecto de la luz solar al día siguiente.
• En condiciones adecuadas, pueden generarse varios días de inversión por radiación con altas concentraciones de contaminantes.
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• A menudo, una inversión de temperatura se inicia cerca de la superficie en noches claras y y frías cuando el viento es suave.
• El suelo al irradiar energía se enfría mucho más rapido que el aire sobre él.
• El aire en contacto con la tierra se enfría, mientras que la temperatura a unos cuantos metros más arriba cambia muy poco.
• Por lo tanto, la temperatura aumenta con la altura.
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Inversion por subsidencia
• La inversión por subsidencia (figura ) generalmente está asociada con los anticiclones (sistemas de alta presión).
• Se debe recordar que el aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación encontra de la dirección de las agujas del reloj.
• A medida que el aire desciende, la mayor presión existente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente vertical adiabático seco.
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Sistema de Altas Presiones
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• Por lo general, este calentamiento se produce en un gradiente más acelerado que el gradiente vertical ambiental.
• Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie.
• Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia generalmente desciende, quizás hasta llegar al suelo, debido al enfriamiento del aire superficial.
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• En efecto, los días despejados y sin nubes característicos de los anticiclones propician las inversiones por radiación, de modo que se puede producir una inversión superficial durante la noche y una elevada durante el día.
• Si bien la capa de mezcla que se encuentra debajo de la inversión puede variar diariamente, nunca será muy profunda
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• A diferencia de las que se producen por radiación, las inversiones por subsidencia tienen una duración relativamente larga.
• Esto se debe a su relación tanto con los anticiclones semipermanentes centrados en cada océano como con los anticiclones migratorios de movimiento lento.
• Cuando un anticiclón se estanca, los contaminantes emitidos dentro de la capa de mezcla no se pueden diluir.
• Como resultado, es probable que las concentraciones de contaminantes se eleven durante algunos días.