Termodinámica y Humedad Atmosférica
El calor y el agua son el combustible del clima: a medida que el aire asciende y se enfría, el vapor de agua se condensa y libera energía, impulsando las nubes, las tormentas y la lluvia que la termodinámica nos permite comprender y cuantificar.
Definition
La termodinámica y humedad atmosférica es la rama de la meteorología que se ocupa del contenido de energía y agua del aire, los procesos de expansión, enfriamiento, condensación y evaporación que lo rigen, y sus consecuencias para la estabilidad, las nubes y la precipitación.
Scope
Esta área abarca la termodinámica del aire seco y húmedo, la evaluación de la estabilidad atmosférica y la convección que permite, la medición y el comportamiento de la humedad atmosférica, y los procesos microfísicos por los cuales se forman las nubes y la precipitación.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se aplican las leyes de la termodinámica al aire ascendente y descendente?
- ¿Qué determina si la atmósfera es estable o propensa a la convección?
- ¿Cómo se mide y expresa el contenido de vapor de agua del aire?
- ¿Cómo se forman y crecen las gotas de las nubes y las partículas de precipitación?
Key theories
- Procesos adiabáticos y gradientes térmicos
- El aire ascendente se expande y se enfría a la tasa adiabática seca hasta la saturación, después de lo cual la liberación de calor latente ralentiza el enfriamiento a la tasa adiabática húmeda, la base para evaluar la estabilidad y el desarrollo de las nubes.
- Microfísica de las nubes
- Las gotas de las nubes se forman en núcleos de aerosol y crecen por condensación y colisión, y a través de procesos de lluvia cálida o hielo se vuelven lo suficientemente grandes como para caer como precipitación.
Mechanisms
Cuando una parcela de aire asciende, se expande y se enfría sin intercambiar calor con su entorno, un proceso adiabático; una vez que se enfría hasta la saturación, el vapor de agua se condensa y libera calor latente. Si la parcela sigue ascendiendo depende de cómo se compare su temperatura con el ambiente, lo que define la estabilidad y la convección. El agua condensada forma nubes, y el crecimiento microfísico por condensación, colisión y procesos de hielo puede producir partículas lo suficientemente pesadas como para caer en forma de precipitación.
Clinical relevance
Los principios termodinámicos y de humedad sustentan los pronósticos de nubes y precipitación, del potencial de tormentas eléctricas a través de medidas como la energía potencial convectiva disponible, de niebla y heladas, y de índices de confort, lo que los hace indispensables para la meteorología operativa y la aviación.
History
La termodinámica del siglo XIX se aplicó a la atmósfera a través del trabajo sobre procesos adiabáticos y el desarrollo del tefigrama y otros diagramas termodinámicos; en el siglo XX, Bergeron, Findeisen y otros establecieron la microfísica de la formación de nubes y precipitación que completa el campo.
Key figures
- Tor Bergeron
- Walter Findeisen
- Hilding Kohler
Related topics
Seminal works
- wallace2006
- rogers1989
Frequently asked questions
- ¿Por qué se enfría el aire ascendente?
- A medida que el aire asciende a una presión más baja, se expande, y debido a que la expansión realiza trabajo a expensas de la energía interna del aire, el aire se enfría aunque no se elimine calor, un proceso llamado enfriamiento adiabático.
- ¿Por qué se forman nubes cuando el aire asciende?
- El aire ascendente se enfría hasta que alcanza la saturación, el punto en el que no puede contener más vapor de agua; el exceso de vapor se condensa en pequeñas partículas para formar las gotas o cristales de hielo que componen una nube.