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Turbulencia
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• El movimiento de un fluido, tal como el aire, desde el punto de vista hidrodinámico, puede ser laminar o turbulento
• El movimiento es laminar cuando la velocidad “no es demasiado grande” y el recorrido de las partículas de fluido es ordenadamente rectilíneo.
TURBULENCIA
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• Al aumentar la velocidad y en condiciones adecuadas, el recorrido de las partículas se hace desordenado, apareciendo perturbaciones en forma de remolinos. Luego el movimiento es turbulento.
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Características de la turbulencia
• a) la turbulencia es tridimensional• b) la turbulencia es irregular y casual• c) la turbulencia es turbillonaria• d) la turbulencia no es lineal• e) la turbulencia produce mezcla• f) la turbulencia disipa energía
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Influencia de la turbulencia en el equilibrio atmosférico
• Sin movimientos verticales no existiría nubosidad convectiva.
• El gradiente vertical de temperatura sería excesivamente grande
• Los gradientes horizontales de temperatura también serían excesivos
• La estructura físico-químico de la atmósfera sería muy diferente
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• No habría ciclogenésis
• La contaminación sería intolerable
• La cantidad de oxigeno abastecida por difusión molecular no seria suficiente
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Escala empírica de turbulencia (de Darmstadt)
• Turbulencia 1: ligera (perceptible)
• Turbulencia 2: moderada (dificultad para caminar dentro del avión)
• Turbulencia 3: severa (se desplazan los objetos no adheridos en el interior del avión
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TURBULENCIA MECANICA
• Es la ocasionada por el rozamiento del aire con la superficie
• A consecuencia del rozamiento del aire con la superficie se crean remolinos, que afectan a una capa de unos 100 metros de espesor, llamada capa turbulenta.
• Los obstáculos y la accidentada orografía estimulan la formación de remolinos
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Corrientes turbulentas formadas por el viento que sopla sobre superficies
desiguales o con obstrucciones
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Viento fuerte
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• Los accidentes orográficos constituyen obstáculos que la corriente debe rodear, donde aparecen movimientos adicionales diferentes en orden de magnitud.
• Al mismo tiempo las líneas de corriente se deforman al pasar por el obstáculo dando lugar a variaciones de la velocidad y de la presión de acuerdo con el teorema de Bernouilli, engendrándose remolinos y turbulencia.
• Aún cuando a barlovento del obstáculo pueden crearse remolinos, éstos no son significativos comparados con los que se producen a sotavento del mismo.
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TURBULENCIA TERMICA
• Para que se produzca la turbulencia térmica es necesario que haya inestabilidad y puede producirse:
– - Por calentamiento de las capas bajas de la atmósfera
– - Por enfriamiento de las capas superiores de la atmósfera.
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• En la turbulencia térmica juega un papel fundamental el gradiente vertical de temperatura.
• Durante el día el aire en contacto con el suelo se calienta fuertemente y cuando se alcanza una temperatura tal que el aire está más caliente que el de su entorno se hace inestable y asciende.
•
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• De esta forma suben volúmenes aislados mientras que descienden otros más fríos para equilibrar el sistema.
• El mecanismo es más complejo ya que en principio el ascenso-descenso se produce en células convectivas ordenadas, sin que aparezca turbulencia adicional.
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• Pero cuando la atmósfera es baroclínica, es decir cuando existe una cizalladura vertical del viento en las capas bajas y hay turbulencia mecánica, la convección no es ordenada.
• Hay entonces dos movimientos ascendentes, uno el de la fuerza ascensional de las burbujas caldeadas y otro de los movimientos desordenados producidos por la turbulencia mecánica.
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• A veces el calentamiento es tan intenso que a pesar de que a cierta altura ya no hay efectos de turbulencia mecánica, el proceso ascensional continúa.
• Una vez alcanzado el nivel de libre convección, el aire inestable sigue subiendo por sí mismo
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• Durante la noche el proceso es inverso. • El aire en contacto con el suelo, se enfría
fuertemente estabilizándose y produciéndose movimientos descendentes. La convección cesa.
• El aire caliente se encuentra sobre el frío y para que haya movimientos verticales las partículas tienen que moverse contra la fuerza de Arquímedes, es decir contra la estratificación de densidad.
• La energía necesaria para ello se toma entonces de la energía mecánica. De esta manera la energía mecánica se amortigua y si la estabilidad es fuerte queda totalmente agotada, en el estado final el flujo se hace prácticamente laminar.
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TURBULENCIA OROGRAFICA. ONDA DE MONTAÑA
• En la atmósfera se producen, en determinadas circunstancias, ciertos movimientos ondulatorios.
• Si las ondas son de gran longitud, se producen grandes remolinos que engendran bajas y anticiclones, pero si las longitudes no exceden de varios kilómetros, se forman ondas cortas.
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• Las ondas cortas pueden ser de tres clases:
• a) Ondas de gravedad.
• b) Ondas de gravedad-cizalladura
• c) Ondas de cizalladura.
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• Las ondas de gravedad, como su nombre indica, se deben a la gravedad.
• Se forman, al igual que las olas del mar, cuando una fuerza eleva la superficie de un fluido hasta un determinado nivel, a partir del cual la fuerza de la gravedad lo hace descender, produciéndose así ascensos y descensos que configuran la onda, cuya longitud varía desde 3 a 20 km.
•
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• Estas ondas son estables, manteniéndose dentro de ciertos límites su amplitud y longitud de onda mientras se propagan corriente abajo.
• Un caso particular de onda de gravedad es la onda de montaña que se describirá más adelante
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• Las ondas de, gravedad-cizalladura dependen no sólo de la fuerza de gravedad.
• Para que se formen es preciso que exista también un salto de temperatura y densidad entre dos masas de aire superpuestas que se mueven a diferente velocidad y en consecuencia hay una notable cizalladura del viento.
• Estas ondas son inestables y a medida que se propagan corriente abajo disminuye su longitud de onda y aumenta su frecuencia.
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• Hay que hacer constar que mientras la longitud de onda es mayor de 60 m se mantienen todavía estables.
• pero al disminuir ésta y crecer la amplitud y la frecuencia se inestabilizan reduciéndose la longitud de onda corriente abajo a 10 cm, 1 cm, 1 mm, y así sucesivamente, desbordándose la turbulencia en forma difusa y mezclándose la parte superior con la inferior
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• Las ondas de gravedad-cizalladura tienen un papel preponderante en la formación de la turbulencia en aire claro.
• Finalmente las ondas de cizalladura no se presentan nunca en estado estacionario, son altamente inestables y se caracterizan por una definida discontinuidad en el campo del viento
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• La onda de montaña puede ser definida como un fenómeno ondulatorio en el flujo de aire perpendicularmente a una barrera montañosa. A barlovento de la montaña el aire es forzado a ascender, mientras que a sotavento viene hacia abajo, extendiendo su efecto sobre el valle como una onda.
• Para que se forme la onda de montaña a sotavento es necesario que se cumplan los siguientes requisitos:
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• Una barrera montañosa• La dirección del viento debe ser
perpendicular a la montaña• La velocidad del viento debe ser
superior a 15 nudos sobre la cima• La velocidad del viento ha de
aumentar en función de la altura• La masa de aire debe ser estable
(capa estable)
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EXISTEN TRES ZONAS DE TURBULENCIABIEN DELIMITADAS
• ZONA BAJA : Corresponde al aire inestable con nubes de la muralla de Foehn y rotor es tremendamente turbulenta.
• ZONA-MEDIA : Corresponde al aire estable donde se forman los lenticulares.
• ZONA ALTA : Es muy turbulenta, especialmente cuando la onda viene acompañada con la corriente en chorro
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Cizalle del viento en niveles bajos
• El gradiente o cizalladura del viento se define como un cambio en la velocidad y/o en la dirección del viento en el espacio.
• Condiciones meteorológicas asociadas a la cizalladura del viento en niveles bajos:– Flujo del viento en torno a obstáculos– Brisa de tierra y brisa de mar– Sistemas frontales– La ráfaga descendente