Radiosondeos

[diego45]

Sería bueno si los que saben, en algún momento libre que tengan, expliquen aquí (brevemente) como interpretarlos. ¿Como me doy cuenta cuán inestable está la atmósfera y cuántas chances de que se generen tormentas o nubosidad convectiva hay? Me interesaría mas que nada el análisis desde el punto de vista de las curvas de temperatura y punto de rocío y no de los índices que aparecen en ellos, aunque si es estrictamente necesario pueden comentar sobre ellos también...

Gracias a todos!

[marcos82]

Bueno, para explicar las cosas de manera que medianamente se entienda esto de los sondeos va a ser necesario hacer como un pequeño curso introductorio, ya que hay muchas cosas metidas en el tema de interpretar sondeos, asique esto lo voy a ir explicando en varios posts.
Empecemos con un poco de física. Supongamos que tenemos una parcela de aire (con todas las limitaciones que tiene el definir la parcela de aire) y supongamos que asciende en la atmósfera por algún mecanismo determinado. Qué le va a pasar a esa parcela?.
Bueno, a medida que esta ascienda va a ir encontrando presiones menores (es decir el entorno va a ejercer una presión externa sobre la parcela que va a ser menor a medida que la parcela ascienda, ya que la presión atmosférica, como bien sabemos, disminuye a medida que ascendemos en la atmósfera). Esta disminución de la presión exterior sobre la parcela va a provocar que la parcela tienda a expandirse para equilibrar su presión interna con la externa. El hecho de que la parcela se expanda va a provocar que la parcela de aire se enfríe, según las leyes de la termodinámica. Ahora el tema es cómo se enfría la parcela en su ascenso, es decir cuál va a ser la tasa de enfriamiento de la parcela. Por otro lado sabemos que el aire es un mal conductor del calor, por lo que a medida que la parcela ascienda no va a intercambiar calor con su entorno, es decir que va a seguir lo que se denomina un enframiento adiabático, que para el caso de la atmósfera terrestre implica una disminución de la temperatura de la parcela a una tasa de 9.8°C por cada kilómetro recorrido en la vertical, siempre y cuando no haya condensación de la humedad que pueda contener la parcela. Este ascenso adiabático seco se puede representar en los sondeos, ya que estos suelen incluir lo que se denominan las curvas adiabáticas secas. Acá abajo les dejo un ejemplo de cómo sería un proceso semejante:



En este ejemplo que les muestro lo que hice fue graficar con la línea roja la temperatura que tendría una parcela que parte desde el nivel de 750 hPa y asciende sin llegar nunca a condensar su humedad. Estas líneas adiabáticas secas que aparecen en el formato Wyoming son las están dibujadas en líneas verdes en el fondo. Entonces acá vemos que la parcela de 750 parte con su temperatura inicial (y su humedad que estoy suponiendo que no tiene para este ejemplo) que es la del sondeo y vemos que asciende según una adiabática seca, manteniéndose siempre más fría que el entorno (ya que la linea del proceso se mantiene con temperaturas menores que la del entorno).

Cómo cambia esto si la parcela se satura cuando asciende?. Bueno, si tenemos una parcela ya saturada (esto es que su humedad relativa esté en el 100%) un ascenso de dicha parcela va a provocar que esta se enfríe, pero dicho enfriamiento va a hacer que la parcela tienda a sobresaturarse y por ende que condense el excendente de humedad. De esta manera la parcela a medida que asciende va enfriándose al mismo tiempo que condensa su humedad. Ahora, cuál será la tasa de enfriamiento en este caso?. Bueno, por un lado tenemos el enfriamiento por la expansión adiabática que ya sabemos que es de 9.8°C/Km, pero ahora hay que agregar el hecho de que la condensación produce una liberación de calor que compensa en parte el enfriamiento dado por la expansión, de manera que el enfriamiento neto ahora será de aproximadamente unos 6.5°C por cada kilómetro recorrido en la vertical, aunque esta tasa es variable a medida que ascendemos, ya que la misma tiende a coincidir con las adiabáticas secas en los niveles más altos (lo cual se puede comprobar en los sondeos). Acá les muestro otro ejemplo de una parcela que, estando saturada desde su nivel de origen, asciende mediante una adiabática saturada.



Acá marqué con la línea naranja la temperatura que tendrá la parcela en los distintos niveles a medida que asciende y condensa su humedad que en este ejemplo parte del nivel de 700 hPa y vemos que se mantiene más caliente que el entorno a lo largo de su recorrido hasta el nivel de 240-250 hPa aproximadamente. En los sondeos Wyoming estas adiabáticas saturadas se ven como lineas celestes de fondo que como verán a medida que ascendemos tienden a ser parelelas con las adiabáticas secas.

Bueno, qué pasa ahora si la parcela arranca seca y asciende mediante una adiabática seca y en algún momento se satura y comienza a ascender mediante una adiabática húmeda. Bueno, es un poco más complicado, no tanto porque el proceso va a ser una combinación de las dos curvas que vimos recién, sino porque tenemos que saber dónde se satura la parcela. Para ver esto, notarán que en los sondeos hay unas líneas color bordó, en los niveles bajos y orientadas casi verticalmente. Esas líneas son las líneas de relación de mezcla constante (una de las tantas variables de humedad existentes). Para qué sirven estas líneas?, bueno, resulta que cuando una parcela asciende mediante una adiabática seca y se enfría, el vapor de agua que contiene se mantiene constante ya que no hay condensación, pero sí hay enfriamiento. Esto provoca que a medida que la parcela asciende la temperatura de rocío de la parcela y la temperatura de la parcela (no la del entorno, en esto no interviene el entorno, salvo para darle las condiciones iniciales a la parcela, después es de palo) se van haciendo más cercanas hasta que en algún momento la parcela alcanza el 100 % de humedad de manera que posteriores enfriamientos provocarán condensación. Hasta que alcanza este punto la parcela mantiene constante su relación de mezcla, de ahí la utilidad de estas líneas. Entonces si quieren ver dónde una parcela se satura tomen la parcela que quieran, asciendánla por una adiabática seca (si no está saturada, es decir si la T y la Td no coinciden), hasta que dicho ascenso se cruce con la de relación de mezcla que tiene esa parcela (que sale de mirar su Td original y transportarla mediante la línea de relación de mezcla en la vertical). Para que esto quede más claro, acá les posteo un ejemplo de un ascenso de una parcela de superficie.



En la línea roja les marqué la relación de mezcla (que coincide con la Td de la parcela que quiero ascender). En verde se ve el ascenso seco hasta que la curva verde se cruza con la rojo. Bueno, en ese nivel la parcela se satura y continúa ascendiendo mediante una adiabática saturada que marqué en azul claro. De esta manera el proceso que sigue la parcela en este ascenso hipotético es la combinación de las dos curvas, la verde y la celeste, que como verán en este caso, mantiene a la parcela más fría que el entorno en todo su recorrido.

Bueno, hasta acá llegamos con esto de los sondeos. En los próximos posts explico otras cosas, quizás más interesantes. Espero que se haya entendido y cualquier duda pregunten.

[federico]

excelentemente explicado pero voy a tener que leerlo varias veces para poder entenderlo bien jajajja

[matute_bow]

Impresionante Marcos!
Es para pagarte eh! (aunque reclamaselo a la OMM, a mi no eh), JAJAJAJAJAJAJAJAJAJA

[marcos82]

excelentemente explicado pero voy a tener que leerlo varias veces para poder entenderlo bien jajajja

No te culpo Fede, estoy metiendo muchas cosas para que puedan sacarle al sondeo la mayor información posible. Igual, estoy tratando de poner lo mínimo indispensable para no complicarlo demasiado.

En fin, siguiendo con lo que estábamos, ya sabemos cómo se va a comportar una parcela que asciende de un determinado nivel. Hasta ahora lo que podemos saber es qué temperatura va a tener una parcela de aire que asciende y llega a algún nivel, y además sabemos si va a condensar la humedad que contiene o no. Ahora bien, supongamos que tenemos una parcela que asciende desde el nivel de 950 hPa debido por ejemplo a que un frente la obliga a ascender y que luego la deja en el nivel de 850 hPa, es decir que una vez que llega allí, la parcela es dejada libre. Qué tenderá a hacer la parcela?. Seguirá ascendiendo o tenderá a descender para volver a su nivel de origen?. Bueno, la respuesta depende de qué tan densa sea la parcela respecto del entorno, pues si la parcela es menos densa que el aire del entorno en ese nivel de 850 hPa, entonces dicha parcela, al ser más liviana, tenderá a seguir ascendiendo, mientras que si por el contrario es más densa que el aire del entorno entonces tenderá a descender por ser más pesada. Y qué determina entonces que una parcela sea más o menos densa?. Básicamente la temperatura (aunque también juegan la humedad y el hecho de que haya gotas dentro de la parcela, aunque nos vamos a quedar sólo con la temperatura). Por la ecuación de estado de los gases (la famosa PV=nRT, o pebete) tenemos que cuanto más caliente sea el aire, menos denso será este. Entonces en nuestro ejemplo, si la parcela que ascendió hasta 850 hPa queda más caliente que el aire del entorno, esta parcela tenderá a ascender por sí sola, sin que nadie la obligué a ascender; mientras que si la parcela queda más fría al llegar a 850 hPa, entonces la parcela tenderá a descender. Lo que podemos ver de esto es que en el primer caso de que la parcela asciende hasta 850 hPa y después puede seguir ella sola ascendiendo sin que nadie la obligue, tenemos una parcela INESTABLE, ya que si se la aparta del nivel inicial en el que supuestamente estaba en equilibrio, esta después por su propia cuenta continúa apartándose del equilibrio (aunque en rigor es condicionalmente inestable, pero no vamos a meternos en más detalles para que se entienda mejor). Mientras que en el segundo caso en que la parcela tiende a descender, tenemos una parcela ESTABLE, ya que una vez que se apartó del equilibrio y se la dejó a su libre albedrío, la misma tiende a retornar a su nivel original.

Si ahora aplicamos esta idea pero a cualquier parcela que ascienda en un sondeo determinado, vemos que si una parcela hipotéticamente asciende, va a haber niveles en donde esta sea estable (cuando esté más fría que el entorno) y otros en donde sea inestable (es decir cuando esté más caliente que el aire del entorno). Acá abajo les posteo un sondeo de Texas, en donde se dibujó en naranja el camino que sigue una parcela (en este caso la de superficie) a medida que asciende.



Fíjense que desde que la parcela asciende hasta que llega al nivel de 700 hPa aproximadamente, está más fría que el entorno, entonces si esa parcela ascendiera hasta algún nivel por debajo de 700 hPa, la misma volvería a descender por estar más fría y ser por lo tanto más densa que el aire alrededor, es decir sería estable. Ahora qué pasa si la misma parcela logra superar el nivel de 700 hPa?, bueno ahí se ve que la parcela está más caliente que el entorno y que por lo tanto tiende a acelerarse hacia arriba ya que es más liviana. Vemos que en este último caso la parcela a medida que continúa ascendiendo sigue encontrando un entorno más frío (es decir la parcela está más caliente que el entorno) y por lo tanto va a seguir ascendiendo y acelerándose cada vez más. Hasta donde llegará?, bueno, recién comenzará a frenarse cuando la parcela esté más fría que el entorno y según el gráfico eso sucederá recién por encima del nivel de 150 hPa. Cómo verán puse un par de carteles en dos niveles, uno cuando la parcela se torna inestable cerca de 700 hPa (que dice NLC, y que significa Nivel de Libre Convección) y otro arriba cuando la parcela vuelva a estar más fría que el entorno que dice NEN (por Nivel de Equilibrio Neutro).
Con esto entonces podemos saber cuánta energía convectiva tiene asociada una parcela y esto se hace integrando (es decir calculando integrales que se aprende en el CBC, es un mal necesario) la diferencia de temperatura de la parcela con el entorno. Acá les posteo el mismo sondeo pero pintadas las áreas entre la parcela y el entorno:



En amarillo tenemos pintada la zona en que la parcela está más fría que el entorno, es decir donde la parcela es estable y que por lo tanto dicha parcela debe superar de alguna manera para después poder alcanzar la zona inestable. Dicha zona pintada de amarillo se la conoce como CINE o CIN (del inglés Convective inhibition energy) y es precisamente una zona en que la inestabilidad de esa parcela está inhibida. Después en rojo está pintada la zona donde la parcela es inestable por estar más caliente que el entorno. Toda esta zona roja se la conoce como CAPE (del inglés Convective Available Potencial Energy), y es la que sale de los modelos (aunque para la parcela de superficie solamente, como en este caso). De hecho, en la derecha del sondeo tenemos unos números que nos indican cuánto valen el CAPE y el CINE en este caso (también están el CAPV y CINV, que son casi lo mismo, con una pequeña diferencia nada más, que no viene al caso). Qué significa el CAPE?, bueno, básicamente nos da la energía cinética que potencialmente tiene una parcela, es decir indica la energía cinética que adquiriría una parcela si pudiera alcanzar el NLC (donde la parcela pasa de ser estable a inestable) y que se maximizaría cuando dicha parcela alcance el NEN (una vez que alcanza el NEN la parcela seguiría ascendiendo, pero se iría frenando, y dado que en este caso la parcela llegaría hasta niveles muy altos, es seguro que tendríamos un overshooting que perforaría la tropopausa).
Por lo tanto, si una parcela de cualquier nivel tiene CAPE, entonces dicha parcela es (condicionalmente) INESTABLE por el hecho de que en determinadas condiciones dicha parcela estaría en condiciones de ascender por su propia cuenta sin la ayuda de ningún mecanismo (salvo quizás para alcanzar el NLC). Pero ojo, que una parcela tenga CAPE no significa que necesariamente vaya a liberar esa energía potencial de la que dispone, ya que para que esta lo haga necesita si o sí alcanzar el NLC.
Un par de aclaraciones más antes de cerrar este mensaje. Uno se refiere al CAPE de los modelos (que es esto que les estoy mostrando), porque muchas veces pasa que los modelos no muestran CAPE en una dada región, pero eso no significa que no haya inestabilidad convectiva en esa región, ya que parcelas de otros niveles sí pueden tener CAPE, sino fíjenese en el segundo sondeo que posteé la vez anterior (el del ascenso saturado) donde ahí se ve claramente que la parcela de 700 que dibujé sí tiene CAPE (y lo mejor es que no tiene CINE, asique sale de una para arriba) y sin embargo el CAPE que indica ese sondeo es prácticamente cero, pero porque es el CAPE de la parcela de superficie (que es el que dan los modelos por lo general), no el de la parcela de 700.
La otra aclaración, es que esto en efecto define si uno puede tener tormentas o no (aunque no siempre, ya que muchas veces un sondeo no sirve para mucho si estamos cerca de una zona frontal por ejemplo), por favor no piensen que la tormenta va a estar dada por una sola parcela de aire. En rigor, va a ser un gran conjunto de parcelas las que van a componer una nube convectiva (y que encima la van a atravesar, es decir van a entrar por debajo y salir por el yunque), aunque eso de definir una parcela de aire es una mera idealización, que sirve más que nada para enetender mejor cómo funcionan todas estas cosas.
En otro post vemos lo de los índices de inestabilidad, aparte del CAPE que les comenté recién.

[marcos82]

Bueno, ahora vamos a ver un poco el tema de los índices de inestabilidad y qué significan. Generalmente en los sondeos de Wyoming aparecen algunos índices de inestabilidad que vamos a ir viendo en orden. Primero tenemos la ubicación en Lat-Lon y la altura de la estación. El cuarto de esos numeritos dice SHOW, que indica el índice Showalter. El índice showalter se calcula tomando la parcela de 850 hPa y ascendiéndola (seca al principio y saturándola donde corresponda según su humedad inicial). Cuando esa parcela llega al nivel de 500 hPa, se resta la temperatura del sondeo en ese nivel con la de la parcela que llega a dicho nivel y que ascendió desde 850 hPa. El resultado de esa resta da el índice Showalter. Si es positivo significa que el entorno está más caliente que la parcela, mientras que si es negativo entonces es la parcela la que está más caliente que el entorno. De esto se deduce que un showalter negativo indica inestabilidad para la parcela de 850 hPa y que uno positivo indica estabilidad. Otro índice muy parecido es el que aparece como LIFT (y LIFTV), ya que es igual que el showalter, pero con la diferencia de que toma una parcela característica de los niveles más bajos (esa parcela característica se define mezclando las capas más bajas de la atmósfera, pero esto igual no viene al caso).
Básicamente lo que nos dicen estos índices es qué aceleración tienen las parcelas que ascienden (ya sea de 850 o cerca de superficie) en el nivel de 500 hPa, con lo que en rigor como estimadores de inestabilidad son índices bastante rudimentarios, ya que puede suceder que los niveles de inestabilidad de dichas parcelas se den más arriba, o bien que haya parcelas de otros niveles que en el nivel de 500 hPa sean inestables pero que estos índices no contemplan. De todas maneras si estos estimadores ya dan inestabilidad, entonces podemos estar seguros de que hay inestabilidad en la atmósfera, aunque si no dan inestabilidad, no podemos descartar completamente que haya inestabilidad (para comprobar esto vuelvan a mirar el sondeo del ascenso húmedo de mi primer mensaje con la parcela inestable de 700, ahí se ve que tanto el showalter como el Lifted dan 8, es decir una buena estabilidad).
Después viene el SWET, que es el SWEAT Index, que ya vimos bastante con Matías, y que ahora no recuerdo la fórmula (igual no tiene sentido que la ponga) y que da una idea de la posible formación de tormentas rotantes (es decir SC) hasta dónde sé. Depende mucho del CAPE y del giro del viento con la altura, y según sé un valor superior a 425 da una gran posibilidad de SC.
Después viene el KINX, que es el índice K y que toma en cuenta cómo es el perfil de humedad en la atmósfera. Creo que un valor superior a 30 denota inestabilidad. Sigue el CTOT y el VTOT, que son el CrossTotal y el VerticalTotal, pero la verdad no sé muy bien para qué sirven.
Después tenemos el TOTL, que es el Total Totals Index y básicamente si es superior a 40 indica inestabilidad. Después siguen el CAPE y el CINE de los que ya hablamos.
Después sigue el EQLV (y EQTV) que indica el nivel del NEN que les mostré antes pero para las parcelas de los 500 metros más bajos. Más abajo está el LFCT (LFCV) que es el NLC de antes pero para las parcelas de los primeros 500 metros.
Más abajo sigue el BRCH (y BRCV) que es el Bulk Richardson Number, que da una idea de qué tipo de tormenta es más dable tener. No recuerdo muy bien los límites pero creo que si da entre 10 y 35 entonces se pueden tener SC, y si da más de 50 u 80 se tienen tormentas multicelulares, pero no estoy seguro. Sí les puedo decir que toma el CAPE y lo divide por la cortante vertical del viento entre los 500 y los 6000 metros.
Los que siguen después no tienen mayor importancia, salvo el anteúltimo que es el espesor 1000/500 y el último que da el agua precipitable (PWAT), es decir la humedad integrada en toda la columna atmosférica.
Como verán, existe una gran variedad de índices, pero ninguno le da a uno una idea acabada acerca de la estabilidad de la atmósfera, siempre son indicadores que tienen sus limitaciones, pero que tienen su utilidad.

[jic]

Que grande marcos!!!, me lo voy a imprimir todo esto, para estudiarmelo bien bien

[federico]

Marcos, tengo 2 preguntas:
Segun vos dijiste el indice brch si tiene entre 50 y 80 da una tormenta multicelular, pero en el sondeo que posteaste en el segundo post este indice marca 200, se debe a que tenía mucho CAPE pero poca cortante entonces la división da un numero alto?
Esta pregunta no tiene nada que ver con lo que explicaste: cuando el globo que lleva la sonda explota, a la sonda la recuperan o se pierde?

[marcos82]

Marcos, tengo 2 preguntas:
Segun vos dijiste el indice brch si tiene entre 50 y 80 da una tormenta multicelular, pero en el sondeo que posteaste en el segundo post este indice marca 200, se debe a que tenía mucho CAPE pero poca cortante entonces la división da un numero alto?
Esta pregunta no tiene nada que ver con lo que explicaste: cuando el globo que lleva la sonda explota, a la sonda la recuperan o se pierde?

Veamos, la respuesta a tu primera pregunta es sí, por el hecho de tener un CAPE fenomenal (aproximadamente el estimado para el día del tornado en Misiones) y una cortante débil, tenés un BRCH relativamente alto, que en principio no daría para SC. Sin embargo, sabés que pasó esa tarde-noche sobre el sur de Texas?, hubo un Mesosistema que dejó varios tornados, incluso algunos F5. Hay discusiones en algunos trabajos acerca de cómo pudo pasar eso a pesar de tener poca cortante, pero bueno, esa es una demostración de qué los índices son meros indicadores nomás, y con bastantes limitaciones que no permiten contemplar todas las posibilidades.
En cuanto a lo segundo, hasta donde sé, generalmente una vez que explota el globo en la estratósfera, el instrumental precipita y se pierde para siempre. Sobre todo, si tenemos en cuenta que estamos en la zona de los oestes, uno supone que el instrumental generalmente debería caer en el Atlántico. Son muy pocas las veces que se recupera la sonda, al menos acá.

[matute_bow]

Marcos, tengo 2 preguntas:
Esta pregunta no tiene nada que ver con lo que explicaste: cuando el globo que lleva la sonda explota, a la sonda la recuperan o se pierde?

Le cae en la cabeza a alguien, y la viene a reclamar asi, ejejejejejejejejejeje

Le cayeron varias a Marcos no?, ejejejeje

Con respecto al número de Richarson, OJO!, es muy criticable ese número, porque es muy dependiente de ambos valores, y puede ser engañoso, que de bajo, por un CAPE bajo!, asi que ojo

PD: LOS DEJO PORQUE ESTA EXPLOTANDO UN TRANSFORMADOR EN LA ESQUINA DE CASA, Y ES UN SHOW, JEJEJEJEJEJE, YA VENGO, EJEJEJEJE