Radiosondeos

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marcos82
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Re: Radiosondeos

Mensaje por marcos82 »

Bueno chicos, tal como les prometí alguna vez, que cuando tuviera un poco de tiempo (ahora que espero las tormentas), les iba a seguir contando un poco más acerca de los radiosondeos y de las inestabilidades y todas esas cosas, acá les posteo unas cuantas cosas más.

En fin, volviendo, a lo que estábamos, el famoso método de la parcela que les conté es una primera aproximación a la realidad, ya que como ustedes imaginarán, la realidad a veces dista bastante de ser los modelos que uno tiene en la cabeza. Según este método, cuando tienen CAPE, resulta que hay una energía potencial en la parcela que, si se libera, lleva a la parcela por encima del nivel de equilibrio (NEN) y provoca que alcance niveles extremadamente altos como habrán visto en todos los ejemplos de las situaciones que vimos y las que mostramos en otros sondeos, y que además en el NEN se alcanzan las velocidades ascensionales máximas.

Sin embargo, la realidad demuestra que por lo general, las velocidades de ascenso máximas se dan bien por debajo de este NEN, y que además el NEN suele ser el nivel que alcanza el tope de la nube. La pregunta sería entonces, porqué la realidad no se condice con la teoría. Bueno, en realidad lo que sucede es que cuando planteamos el método de la parcela, hubo unas cuantas cosas que dejamos afuera del análisis, pero que realmente pesan bastante si uno quiere analizar una nube convectiva en particular. Asique a continuación les hago una lista de qué otras cosas entran en juego para determinar el movimiento vertical de las parcelas de aire que conforman una nube convectiva, además de la diferencia de temperatura entre las parcelas y el entorno, que hasta ahora es con lo único que se estuvo jugando.

Empecemos con el tema de las perturbaciones de presión. No voy a entrar en muchos tecnicismos con esto, porque para mostrárselos bien, tengo que empezar a poner ecuaciones que toman varias materias entender, asique se los voy a contar en forma más coloquial. Una de las suposiciones que hace el método de la parcela es asumir que cuando las parcelas ascienden en la vertical, las mismas no perturban el campo de masa, es decir no se produce ninguna perturbación de la presión (que sería una perturbación no hidristática, porque en principio el balance vertical de fuerzas en la atmósfera estaría dado entre la gravedad y la diferencia de presión en la vertical, lo que comúnmente llamamos el balance hidrostático). En realidad cuando una parcela asciende tiene que desalojar a las parcelas que están por encima para poder ascender, al mismo tiempo que produce un vacío por debajo por el simple hecho de haberse movido hacia arriba. Entonces acá tenemos una perturbación en la presión, es decir aparece una acumulación de masa arriba de la parcela (lo que asociaríamos como una alta en la presión) y una falta abajo (lo que sería una baja relativa). Si ahora llevamos esto a una nube de determinado espesor, encontramos que en el tope hay una perturbación positiva de presión producto de que las parcelas de la nube que ascienden tienen que mover a las parcelas del entorno que están por encima de la nube (es decir aparece una alta relativa respecto al entorno) y una baja en la base, ya que las parcelas de arriba al ascender dejan un vacío que atrae a las parcelas que están por debajo de la nube y a las de los costados (algo similar a lo que hacen los autos de carrera cuando se meten en la succión del que va adelante).
Cuál es el resultado neto de este término?. Bueno, para hacérselas corta, todas las parcelas de la nube que se encuentran entre la base y el tope (es decir todas las parcelas de la nube, jeje) tienen una aceleración hacia abajo por culpa de este factor, es decir que se ven frenadas en su ascenso; mientras que para las parcelas de la capa subnubosa, es decir las que están por debajo de la base de la nube, este término las acelera hacia arriba. Podemos agregar además, que la magnitud de este término es inversamente proporcional al ancho de la nube, es decir que si la nube es de gran extensión horizontal este término va a ser más importante que si la nube tuviera un ancho considerablemente menor, hasta el caso límite que si la nube tuviera ancho virtualmente nulo este término no actuaría. Para los que tienen más el tema de la electricidad en mente esto lo pueden entender mucho mejor si lo piensan de la siguiente manera: el campo de movimiento asociado a este término sería el caso análogo al campo eléctrico asociado a un par de placas paralelas, de hecho este modelo viene precisamente de la analogía con el par de placas paralelas con cargas de distinta polaridad.
Existen sin embargo, otras formas de que aparezcan perturbaciones de presión, pero antes de seguir enumerándolas y mostrándolas, prefiero pasar a otros términos o factores que hacen que el comportamiento de las parcelas que ascienden en condiciones de inestabilidad disten bastante de ser las que sugiere el método de la parcela.
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marcos82
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Re: Radiosondeos

Mensaje por marcos82 »

Otra de las grandes suposiciones que se hicieron en el método de la parcela es que cuando la parcela asciende lo hace en forma adiabática (es decir no intercambia calor con el entorno) y que tampoco hay intercambio de masa con el entorno. Esto como se podrán imaginar, no es del todo cierto. En realidad a medida que las parcelas ascienden se produce lo que se llama arrastre (o entrainment en inglés) que básicamente se refiere a la incorporación de aire del entorno a la parcela que asciende (y también a la salida de parte del aire que conforma la parcela al entorno, es decir el detrainment, que es la forma en como la convección modifica al entorno). Cuando pensamos en nubes convectivas, sabemos que el aire de la parcela es más caliente y más húmedo que el del entorno, lo cual le permite trepar o ascender en la vertical. Entonces, si a medida que el aire asciende va incorporando aire del entorno, qué va a pasar?. Bueno, por un lado va a haber un enfriamiento de la parcela por el simple hecho de estar mezclándola con aire más frío. Pero además como estamos mezclando aire saturado con aire no saturado, también vamos a tener un enfriamiento producto de la evaporación del agua líquida dentro de la parcela (recuerden que lo que condensa de la parcela es agua líquida en forma de gotas microscópicas, o eventualmente cristales de hielo). Por lo tanto, el efecto neto del arrastre dentro de la parcela va a ser el de un enfriamiento que hará que en el mejor de los casos, el exceso de temperatura de la parcela con respecto al entorno sea menor, con lo que el CAPE se vería reducido, o inclusive puede pasar que el arrastre sea tan efectivo en enfriar a la parcela que directamente deje de haber un exceso de temperatura en la parcela y que por lo tanto esta no pueda ascender más, o que incluso se enfríe más que el entorno y que al ser más pesada empiece a descender. Es decir que el ARRASTRE ES UN CLARO LIMITANTE PARA LA CONVECCIÓN, y es precisamente una de las causas principales por la que no todas las parcelas que ascienden libremente dentro de una nube convectiva puedan superar el NEN.
Sin embargo, tampoco miren al arrastre como algo malo, como algo que sería mejor eliminar así tenemos convección todas las veces que quisiéramos. Muy por el contrario, el arrastre muchas veces es fundamental para dar lugar a procesos que más tarde conducen a la precipitación. Acá me tengo que meter un poco con la microfísica (que es un campo amplísimo y realmente muy interesante por cierto, piensen que en definitiva todos esas tormentas que tanto nos gustan dependen de lo que sucede a escalas microscópicas también). Lo cierto es que si uno fuera condensando el agua líquida que se produce por enfriamiento de saturación de las parcelas y no tuviera ningún otro mecanismo que modifique el condensado de alguna manera, difícilmente viéramos lluvia (les diría que es casi imposible, salvo para casos de lloviznas provenientes de estratus a muy baja altura o de nieve proveniente de cirrus o altostratus que sólo pueden tocar la superficie terrestre en la cima de las montañas más altas). Cuando se produce la condensación de agua líquida por una sobresaturación, el exceso de humedad se deposita en unas partículas microscópicas llamadas núcleos de condensación (otros bichos cruciales en todo este tema, sin los cuales la formación de una nube se complicaría muchísimo más), y así aparecen gotitas del tamaño de los micrones (una milésima de milímetro) que a medida que la parcela se va enfriando en su ascenso y va condensando el excedente de humedad, van creciendo en tamaño. Sin embargo, la tasa de crecimiento de las gotas por este mecanismo es inversamente proporcional al tamaño, es decir que crecen más despacio cuanto más grandes son, de manera que estas gotitas no podrían crecer más allá de los 15 a 20 micrones de radio mediante este proceso (y sólo algunas muy afortunadas, digamos algo así de una en un millón), con lo cual serían muy chiquitas y por ende muy livianas para poder precipitarse a tierra, ya que las corrientes ascendentes se las llevarían más arriba, y tendríamos convección pero sin precipitación (y sin todos esos fenómenos como descendentes, actividad eléctrica, tornados, etc). Entonces, como este mecanismo de crecimiento por condensación es ineficaz para llevar a la precipitación, se necesita otro mecanismo para poder hacer que las gotas crezcan hasta que tienen un tamaño tal que por su propio peso no les queda otra que caer a tierra. Ese otro mecanismo es el de crecimiento por colisión (y coalescencia) de gotas (o cristales de hielo), que para que sea eficaz necesita que el tamaño relativo de las gotas que van a colisionar sean considerablemente distintos (es decir, no tienen que ser de tamaños similares, pero tampoco demasiado distintos. Por ejemplo dos gotas, una de 20 micrones y otra de 10 micrones tienen buenas chances de colisionar, mientras que 2 gotas de 20 y 18 micrones o dos gotas de 20 y 1 micrón difícilmente puedan colisionar y por ende agregarse). Pero aquí radica otro problema, y es el siguiente: el proceso de condensación provoca que vayan apareciendo gotas pequeñas que a medida que crecen van enlenteciendo su crecimiento, al mismo tiempo que aparecen otras gotas más chiquitas que van creciendo más rápido que las más grandes, con lo que en definitiva lo que este proceso hace es generar muchas gotas de tamaños similares, y por ende con este mecanismo el proceso de colisión no puede aparecer por lo que acabo de decir. Es decir necesitamos otro mecanismo que haga que las gotas dentro de una parcela adquieran tamaños diferentes para que así el proceso de colisión pueda actuar y así eventualmente las gotas puedan crecer en tamaño. Y quién ese proceso?.
Arrastre, te buscan por acá. Sí señores, el arrastre hace que al evaporar parte del condensado, las gotas más chicas desaparezcan y las gotas más grandes sobrevivan. Así, las parcelas que han sufrido una mezcla con el aire del entorno, tienen pocas gotas (por la evaporación previa) pero de tamaños relativamente grandes, lo cual permite que cuando esa parcela mezclada se mezcle con otra parcela de la nube (piensen que cada parcela sufre varios procesos de mezcla, no uno solo), las gotas más grandes puedan aprovecharse de su tamaño y empezar a crecer más rápido que las demás, adquiriendo mayor tamaño. Piensen que para una gota no hay nada peor que otra gota porque ambas compiten por el vapor de agua que es su alimento, y que en definitiva para esa gota lo mejor es estar ella sola, por lo que en principio sólo las más grandes son las que pueden a la larga subsistir, y esto lo harán siempre en detrimento de las más chicas. Poniendo esto en números, en un metro cúbico de aire saturado tenemos (si mal no recuerdo) unas 100 millones de gotitas que compiten entre sí por el vapor de agua que se va condensando. De ahí, solo 1 en un millón más o menos es la que sobrevive a estos procesos de mezcla por arrastre, y esa gota afortunada es la que tiene todas las de ganar con respecto a las demás cuando se encuentre con otras gotitas más chicas de otras parcelas, ya que puede iniciar más fácilmente el proceso de colisión, ganando tamaño y adquiriendo así una ventaja mayor respecto de las demás, porque el proceso de colisión va siendo cada vez más efectivo para que esa gota pueda crecer en tamaño. Para que esa gota finalmente se transforme en una gota de lluvia tiene que sufrir algo así como cien mil colisiones, de manera de poder adquirir el tamaño suficiente que la haga precipitarse. Obviamente, que la colisión no asegura que dos gotas se agreguen, bien puede pasar que parte de las gotas queden agregadas, o que después estas se partan, es decir que aparecen un montón de fenómenos, que dada la cantidad de gotas que participan (piensen en la cantidad de gotas por metro cúbico que hay, unas 100 millones, multiplicadas por el volumen de una nube convectiva de 10 km de alto por 5 de radio, les daría aproximadamente unos 10 trillones de gotas y cristales de nube, es decir un 1 seguido de 19 ceros), sólo se puede abordar en forma estadística.
Antes de abandonar el tema microfísica, les cuento además que en el caso de los cristales de hielo el crecimiento por depósito (es lo mismo que condensación pero para las fases vapor-sólido) es más efectivo que en el caso de la condensación, en el sentido de que los cristales pueden crecer mediante el depósito hasta tamaños mayores que en el caso de la gota, lo cual eso es una ventaja del estado sólido respecto del líquido (una de las tantas ventajas por cierto) porque puede iniciar más fácilmente el proceso de crecimiento por colisión, y así en caso de tener fase sólida en la nube la precipitación se puede dar en forma más rápida y eficaz. De todas maneras esto que les conté es lo más resumido que pude, porque el tema de la microfísica es supercomplejo y está lleno de cosas que obviamente en este espacio no se pueden abarcar, y que además les va a costar mucho más entender que esto que puse, pero bueno cualquier duda que tengan veo como se puede responder. Mi sugerencia es que cursen la carrera si quieren saber más al respecto, jejejeje.
Pero bueno, volviendo al tema del arrastre, como les decía antes, es muy importante para llevar a la precipitación. Sin embargo, el arrastre en la nube es un fenómeno difícil de modelar, porque uno no sabe en qué proporción las parcelas se mezclan, como así tampoco uno puede saber qué parcelas se mezclan, porque como podrán imaginar no todas las parcelas de una nube se mezclan por igual. Es más esperable que las parcelas de los bordes se mezclen más que las parcelas que están en el interior de la nube, ya que estas están más protegidas por las parcelas de alrededor. Además, también se da que en el tope de la nube también se da mezcla de parcelas que hace que por ejemplo parte del aire nuboso adquiera una aceleración negativa (es decir hacia el suelo) y se formen descendentes penetrativas que van erosionando la nube desde arriba, y que en algún momento se encuentran con parcelas ascendentes en niveles más bajos, produciéndose otras mezclas (en este caso verticales) que ayudan muchísimo a las gotas grandes a crecer. Entonces, como al final una nube de tormenta es un conglomerado de parcelas con distintos niveles de mezcla, y por ende con distintos excesos de temperatura, es de esperar que las distintas parcelas tengan distintas velocidades verticales, algunas ascenderán, otras descenderán, aunque podemos estar más seguros que las parcelas que menos se mezclan son las que mayores chances tienen de llegar al NEN con la máxima velocidad ascensional y hacer eventualmente un overshooting por ejemplo, pero se entiende porqué no todas alcanzan ese nivel. Entonces, como tenemos parcelas con distintos movimientos dentro de una nube, es lógico pensar que sea una nube con mucha turbulencia, precisamente porque las velocidades verticales varían muy rápidamente en poca distancia horizontal.
Como verán el tema de arrastre es fundamental en el comportamiento y evolución de una nube convectiva, al mismo tiempo que es bastante difícil de abordar, pero bueno, explica bastante de las características típicas de una nube convectiva.
En fin, antes de seguir, lo dejo acá el tema, para que puedan absorberlo, porque seguramente va a ser complicado de entender, a pesar de que traté hacerlo lo más simplificado posible.

Saludos!!! :D :D :D :D
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federico
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Re: Radiosondeos

Mensaje por federico »

lo del segundo post es re jodido jajajjajajaja ahora que lo pienso no se como nunca se me habia ocurrido que al ascender las parcelas se cree una especie de vacio que atraiga aire de los costados.

me quedo una duda, porque las parcelas que estan dentro de la nube tienen un arrastre que la tira hacia abajo


para la proxima entrega te tiro un tema: algo breve de como calcular la temperatura critica a partir del sondeo
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marcos82
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Re: Radiosondeos

Mensaje por marcos82 »

federico escribió:lo del segundo post es re jodido jajajjajajaja ahora que lo pienso no se como nunca se me habia ocurrido que al ascender las parcelas se cree una especie de vacio que atraiga aire de los costados.

me quedo una duda, porque las parcelas que estan dentro de la nube tienen un arrastre que la tira hacia abajo


para la proxima entrega te tiro un tema: algo breve de como calcular la temperatura critica a partir del sondeo
Sí, me imaginé que iba a ser jodido, de hecho dudé si mencionarlo anoche, pero bueno, al final lo puse. Es para leerlo despacio y detenidamente.

Lo de las parcelas de las nubes que se ven frenadas por el tema de las perturbaciones de presión, es simplemente por la diferencia de esta presión perturbada. Como hay una alta arriba y una baja abajo, entonces se genera una fuerza que va de arriba hacia abajo, lo cual tiende a frenar a las parcelas. O sea, no es que las parcelas se frenan literalmente, le tenés que agregar el exceso de temperatura que las hace subir, y el resultado neto es que las parcelas suben, pero no a la velocidad que predice el método de la parcela, porque está este término (y otros más) restando al ascenso.

El cálculo de la temperatura crítica es relativamente fácil, pero necesitás imprimirte el sondeo, regla y lapiz finito para poder hacerlo lo mejor posible si lo querés hacer a mano. Agarrás las temperaturas de rocío de las parcelas de 1000 a 900 hPa. Les tomás las relaciones de mezcla de cada una y las promediás (podés tomar las parcelas de 1000 y 900, y si querés agregá la de 950 o 925 o 975 para hacerlo más exacto). Una vez que obtenés la relación de mezcla media, buscás esa relación de mezcla media en el sondeo (o sea la línea fucsia casi vertical) y vas subiendo por esa línea (que muchas veces la tendrás que trazar) hasta cortar la línea de temperatura. Ahí habrás calculado el nivel de condensación por convección. Una vez que la cortás, bajás por una adiabática seca hasta superficie y ahí tenés la famosa temperatura crítica.
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federico
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Re: Radiosondeos

Mensaje por federico »

me quedo una duda de lo de temperatura critica, quizas lo explicaste antes pero no lo recuerod, que es la relacion de mezcla

despues que calcule la temperatura critica, para que explote todo tendria que haber unos grados mas o menos por el margen de error y porque una tormenta de verano seria a la tarde y el sondeo es de las 9 de la mañana no?
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jic
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Re: Radiosondeos

Mensaje por jic »

che, si mal no recuerdo fede, la relación de mezcla es el punto de rocío pero visto de otra manera, serian los gramos de vapor de agua que hay en por cada metro cubico de aire
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Re: Radiosondeos

Mensaje por marcos82 »

jic escribió:che, si mal no recuerdo fede, la relación de mezcla es el punto de rocío pero visto de otra manera, serian los gramos de vapor de agua que hay en por cada metro cubico de aire
La relación de mezcla es la cantidad de vapor de agua por kilogramo de aire, la cual para sacarla del sondeo hay que mirar la línea de la temperatura de rocío y ver ese valor qué línea de relación de mezcla corta (que son las líneas fucsias casi verticales).
Lo que en realidad da la temperatura crítica es la temperatura mínima a la que tiene que estar la parcela de superficie para que esta ascienda sin tener CINE, luego de que hubo calentamiento por insolación. Es algo estimativo, tampoco crean que si alcanzan la T crítica necesariamente van a tener convección, aunque es probable que así sea.
Obviamente, el sondeo se puede modificar por otras causas a lo largo del dia (por ejemplo por el pasaje de un frente) y por lo tanto, tampoco es algo inamovible.
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federico
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Re: Radiosondeos

Mensaje por federico »

gracias marcos, ahi entendi bien, puede ser que en el sondeo de hoy, asi a ojo haya estado por los 35 o 40 grados?

me olvide de decirte que entendi bien lo del arrastre en las parcelas de la nube ahora
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marcos82
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Re: Radiosondeos

Mensaje por marcos82 »

federico escribió:gracias marcos, ahi entendi bien, puede ser que en el sondeo de hoy, asi a ojo haya estado por los 35 o 40 grados?

me olvide de decirte que entendi bien lo del arrastre en las parcelas de la nube ahora
Me alegro entonces que lo hayas entendido lo del arrastre, el esfuerzo no fue en vano entonces.
Recién estuve mirando el sondeo bien para ver el tema de la temperatura crítica. Los sondeos del SMN ya lo calculan, pero creo que toman la capa de superficie a 950 hPa para mezclar, y no de 1000 a 900. Al programita que lo calculó así le da casi 31 de T crítica.
No sé qué niveles tomaste vos para calcular la relación de mezcla media, pero si tomaste el de 1000 y 900 nada más, te va a dar una T crítica demasiado alta (que es lo que te está dando), porque estás subestimando la humedad total al promediar solo esos niveles. O sea, para un cálculo más exacto te conviene siempre tomar las humedades de la mayor cantidad de niveles posibles, y para eso te podés bajar los datos medidos directamente de la página de Wyoming (http://www.weather.uwyo.edu" onclick="window.open(this.href);return false) y de ahí elegir la opción Upper Air, y luego Soundings. Ahí se te despliega un mapa de Norteamérica, pero vos podés elegir la región y la fechay hora de la observación que querés junto con la estación, y además podés elegir el tipo de sondeo (Skew-T, Stuve que es el que miramos habitualmente), podés elegir ver hasta la estratósfera, y si mirás la primera opción te descarga un txt con todos los datos de las observaciones. De ahí podés sacar más fácil la relación de mezcla media, y después vas al gráfico del sondeo para ver dónde corta al sondea esa relación de mezcla media.
Igual, yo hice la cuenta a ojo, y creo que da (mezclando de 1000 a 900) alrededor de 33 a 35ºC, pero a ojo, eh. En rigor, habría que ponerse a hacer las cuentas bien y graficar como corresponde.
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Re: Radiosondeos

Mensaje por federico »

yo tambien lo hice a ojo y habia tomado las parcelas de superficie, 950 y 900 porque estaban marcadas con una linea jajajja.
yo saque con el sondeo de wyoming pero viendo el que dice GIF:stuve y con tu explicacion me acorde que estaba el de los primeros metros tambien. y eso del texto tambien viene joya porque te tira el numero exacto de relaciond e mezcla jajajja