UNIVERSIDAD NACIONAL DE ENTRE RÍOS FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS CÁTEDRA DE CLIMATOLOGÍA AGRÍCOLA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE ENTRE RÍOS FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS CÁTEDRA DE CLIMATOLOGÍA AGRÍCOLA UNIDAD 6: PRECIPITACIÓN. Masas de aire. Frentes. Nubes. Precipitación. Régimen pluvial en el mundo y en la República Argentina. Lluvia diaria, mensual y anual. Intensidad. Teoría sobre los procesos que originan la precipitación. Sequía: origen, tipos, métodos de lucha. Granizo: origen, métodos de defensa. Medición. Instrumental. Masas de aire Los métodos de análisis y previsión del tiempo toman en cuenta que la circulación general de la atmósfera tiende a producir enormes masas de aire cuyas propiedades físicas se mantienen relativamente constantes dentro de vastas regiones, mientras que al pasar de una masa a otra se registran cambios bruscos de dichas propiedades. La zona de contacto o de transición entre dos masas de aire se conoce como frente, zona frontal o zona de discontinuidad. El aire que se halla en contacto con la superficie terrestre, ya sea en descanso o desplazándose lentamente sobre ella, va adquiriendo paulatinamente las propiedades que caracterizan dicha superficie. De acuerdo con esto, se define una masa de aire como un cuerpo muy extendido de aire cuyas propiedades físicas, en particular la temperatura y la humedad, se mantienen aproximadamente constantes en sentido horizontal. Las regiones de origen donde se forman esos cuerpos se denominan fuentes de las masas de aire. Las masas se caracterizan por ser uniformemente marítimas o continentales y extensas horizontalmente-, pudiendo alcanzar dimensiones de a km (verticalmente apenas tienen entre 5 y 12 km). Cuando una masa de aire se aleja de su lugar de origen, sus propiedades físicas comienzan a modificarse y los procesos atmosféricos que se producen en su interior dependen del ciclo evolutivo de esa masa. El mismo está determinado, principalmente por: 1- Lugar de origen: da al aire sus propiedades fundamentales según sea una fuente seca o húmeda, caliente o fría. 2- Camino recorrido por la masa de aire desde su lugar de origen: las modificaciones que sufren las propiedades de las masas de aire dependen de si las regiones hacia las cuales se desplazan son más cálidas o más frías, más húmedas o más secas. 3- Edad de la masa de aire: o sea, el tiempo que ha estado moviéndose desde su lugar de origen. La magnitud de los cambios que tienen lugar en el interior de la masa de aire depende en alto grado de la naturaleza del suelo (pues es el sitio donde las modificaciones son siempre más intensas, sobre todo al principio, cuando la masa de aire aún no está envejecida) por el cual se desplaza y del tiempo que haya transcurrido en interacción con esa superficie. La masa de aire debe permanecer cierto tiempo para cambiar sus propiedades, las cuales se propagan en altura por mezcla turbulenta. El flujo de calor se produce por radiación solar o terrestre, por conducción o por convección. La convección es el transporte de energía en dirección vertical, transmitiéndose así sus propiedades. Según la ubicación geográfica de sus regiones de origen, las masas de aire se clasifican en: tropicales o polares. A la vez, se subdividen de acuerdo con las características del lugar donde se han originado: continentales o marítimas. También se puede considerar una masa de aire ecuatorial. 1- Masa de aire tropical marítima: se forma sobre los grandes Anticiclones Subtropicales Semipermanentes. Las primeras capas de aire son calientes y húmedas, pero existe un nivel a partir del cual la masa de aire cambia sus características tornándose seca y caliente. Esto es producto de las corrientes descendentes del aire desde niveles superiores (celdas de Hadley de la circulación general). Esta masa de aire ingresa por el

2 NE de nuestro país caliente y húmeda, con vientos del NE y otorga características all clima de la Mesopotamia y de la Pampa Húmeda. En su trayectoria suele avanzar sobre una masa de aire proveniente del SO-, más seca y fría. Es común que la desplace produciendo lluvias generalizadas y tormentas de verano. 2- Masa de aire tropical continental: son masas de aire que se forman sobre grandes extensiones continentales, a veces sobre los desiertos. Se caracterizan por ser secas y cálidas. En verano, se encuentra en la región NO de nuestro país. Cuando se acerca una masa proveniente del sur la desplaza con tormentas aisladas y precipitaciones de escasa magnitud. 3- Masa de aire polar marítima: es aire húmedo y frío. En el HS, si bien no hay frecuentes formaciones de esta masa, ello puede ocurrir cuando se sitúa un Anticiclón en el Mar de Weddel o en el Mar de Bellinghausen. En un principio fue polar continental, pero a raíz de su lento desplazamiento por los océanos va adquiriendo paulatinamente las propiedades de polar marítima. 4- Masa de aire polar continental: se forma en el HS, en el Continente Antártico, con escasa influencia sobre el territorio continental argentino. Es aire muy seco y muy frío. 5- Masa de aire ecuatorial: se origina en la selva amazónica. Es aire muy cálido y muy húmedo. Produce precipitaciones y tormentas intermitentes por varios días ante cualquier calentamiento diferencial o ingreso de aire relativamente frío. En general, en la etapa de formación de una masa de aire, no hay fenómenos de tiempo significativos, pero sí en la etapa de transformación. Hay una transferencia de energía bastante rápida con variaciones de temperatura. Cuando la temperatura del aire es inferior a la del suelo, la masa de aire recibe calor desde niveles inferiores que aumentan el gradiente vertical, tornándola inestable; se originan entonces procesos de convección, los cuales generan corrientes ascendentes que penetran muy profundamente en la atmósfera. Cuando la temperatura del aire es superior a la temperatura del suelo, la masa de aire se enfría desde niveles inferiores, disminuyendo su gradiente vertical, tornándose más estable; se producen procesos de conducción, que provoca el enfriamiento de las capas adyacentes al suelo. La radiación no juega un papel importante en la etapa de transformación. Ver más sobre masas de aire en: * Masas de aires y frentes, M. Bidegain ( *Centros de acción, masas de aire y frentes ( * Air Masses and fronts ( en ingles- Nubes Las nubes son una expresión muy importante de los procesos físicos que se producen en la atmósfera cuyo carácter visible le confiere la propiedad de ser testigo revelador del tiempo presente. Esta afirmación se basa fundamentalmente en que su forma, su mayor o menor grado de desarrollo, su altura y otras características que le son propias, son indicadoras del estado actual de la atmósfera. Para definir nube se debe tener presente que se entiende por meteoro. Un meteoro es un fenómeno observado en la atmósfera o en la superficie de la tierra consistente en una suspensión, precipitación o depósito de partículas líquidas (acuosas o no acuosas) o sólidas, o una manifestación de naturaleza óptica (arco iris, halos) o eléctrica (auroras boreales, rayos). 2

3 Un hidrometeoro es un meteoro consistente en un conjunto de partículas de agua en estado líquido o sólido, que caen a través de ella, o suspendidas en la atmósfera, o bien que son levantadas de la superficie de la tierra por el viento, o depositadas sobre objetos de la superficie. Una nube es un hidrometeoro constituido por una mezcla visible de partículas de agua en estado líquido o sólido, o en ambos a la vez, que se encuentran en suspensión en la atmósfera por encima de la superficie del suelo sin estar en contacto con la misma. Puede también contener partículas de agua líquida o hielo de tamaño apreciablemente mayor y partículas sólidas tales como humo, polvo atmosférico y las que provienen de las emanaciones industriales (vapores). Para que sea posible la formación de una nube, es imprescindible llegar a un determinado nivel de condensación de ese vapor de agua, lo cual se logra por disminución de la temperatura del entorno, o también de la presión atmosférica (esto último involucra además un enfriamiento). En ambas condiciones, la humedad relativa aumenta hasta la saturación. La mayor parte de las formaciones nubosas tienen origen en la formación de corrientes verticales, debido a las cuales el aire, a medida que asciende, sufre un enfriamiento que lo lleva a la saturación. Las características de las corrientes verticales tienen vital importancia en la determinación de la clase de nube formada. Otro importante requisito, previo a la formación de las gotitas, es la presencia de núcleos de condensación (sustancias higroscópicas) es decir, corpúsculos de naturaleza mineral u orgánica alrededor de los cuales se realiza el paso del vapor de agua al estado líquido, constituyendo las gotas. Son fuentes de estos núcleos: el polvo originado por la erosión eólica, los humos de combustión (natural o industrial), el polen y también los cristales de sal marina que se encuentran en suspensión en los distintos niveles de la atmósfera. Las nubes se pueden clasificar de acuerdo a su forma, su distribución y características especiales y, fundamentalmente, según la altura en que se encuentran sobre la superficie de la tierra: a- Nubes bajas: las bases de las nubes se encuentran a alturas inferiores a los 2500 metros. b- Nubes medias: con sus bases entre 2500 y 6000 metros. Se las identifica mediante el prefijo Alto. c- Nubes altas: formadas en niveles superiores a los 6000 m, se las identifica mediante el prefijo Cirro. Junto a esta forma de clasificación de nubes, se asocia la que tiene en cuenta los procesos que las originan. Así las estratiformes tienen origen en corrientes verticales lentas de gran extensión horizontal y las cumuliformes se deben a corrientes verticales rápidas y de poca extensión horizontal. Entonces, combinando estos dos tipos de clasificación, se tiene: a. Nubes bajas: Nimbostratus (NS), Stratus(S), Cúmulus, Stratocúmulus (SC), Cumuloninbus (CB). b. Nubes medias: Altostratus (AS), Altocúmulus (AC). c. Nubes altas: Cirrus (CI), Cirrostratus(CS), Cirrocúmulus. La figura 1 muestra los tipos de nubes según su forma y altura Las nubes de desarrollo vertical son originadas por ascenso de la masa de aire, lo cual puede deberse a: 1- Convección térmica: se origina por un calentamiento en el suelo que transmite su calor al aire que se encuentra sobre él. Proceso que lo convierte en aire más liviano y lo obliga a ascender. 3

4 2- Efecto frontal: elevación gradual del aire sobre una extensa área debida a la acción de una superficie frontal. Puede tratarse de una masa de aire cálido y húmedo que avanza y asciende sobre otra masa más fría (frente caliente), o una masa de aire frío que se introduce como una cuña por debajo de la masa de aire caliente, provocando su ascenso (frente frío). 3- Efecto orográfico: producido cuando una barrera orográfica se interpone en el flujo de aire y lo obliga a ascender. 4- Convección forzada: se produce cuando el aire se desplaza sobre una región de relieve irregular, factor que determina la ocurrencia de movimientos verticales en la corriente de aire. Una zona de baja presión en altura también induce el ascenso forzado. Figura 1: Clasificación de nubes según su altura y forma Ver también: *Clouds, Precipitation ( en inglés- Frentes Se denomina frente a la zona de contacto o separación de dos masas de aire vecinas. Para un mejor estudio de los mismos, se los ha clasificado según los siguientes criterios: 1- Geográfico: Antártico o Ártico, Polar, de los Alisios e Intertropical. 2- Relativo: Estacionario, Frío y Caliente. Frente antártico o ártico: también conocido como polar continental, son frentes que separan masas de aire árticas o antárticas de las masas de aire polar. En nuestro hemisferio son de poca significación, no así en el HN sobre los continentes. Frente polar: zona de separación entre el aire polar y el aire subtropical, llegando hasta los 20 de latitud. Frente de los alisios: se forma en las regiones donde concurren los alisios en ambos hemisferios. Frente intertropical: es una zona de mínima presión situada aproximadamente paralela al Ecuador, sufriendo un desplazamiento estacional en verano hacia ambos hemisferios siendo más marcado hacia el HN. Es una región de fuerte convergencia, trayendo aparejado un manto de abundante nubosidad. 4

5 Tanto los frentes antárticos o árticos como los polares se caracterizan por ser ciclogenéticos. Es decir, en ellos se forman los ciclones extratropicales. Frente estacionario: se caracteriza por no presentar apreciables movimientos de avance. Es la zona de separación de una masa de aire frío y otra caliente en la cual, ni el aire frío avanza ni el caliente retrocede. A su vez se puede considerar un: a. frente estacionario con aire caliente estable: turbulencia casi nula, presentando nubosidad estratiforme en todos los niveles, con la secuencia de nubes que se describe, desde el aire frío al caliente: cirrostratus, altostratus, nimbostratus, stratus, nieblas próximas al frente en el aire frío y de gran persistencia. En el aire caliente una vez que pasa el frente por un lugar, se observan altocúmulos y estratocúmulos. (Figura 2) b- frente estacionario con aire caliente inestable: la nubosidad estratiforme es similar al caso anterior, pero además el hecho de que el aire caliente que asciende sea inestable produce nubosidad convectiva con fuerte turbulencia y mayor probabilidad de granizo (Figura 3) Figura 2: Frente estacionario con aire caliente estable Frente frío: Zona de transición entre una masa de aire fría que avanza y desaloja a otra de aire caliente. Como la primera es más densa, empuja al aire caliente desde abajo obligándolo a desplazarse sobre la empinada superficie frontal. El fenómeno suele ser muy violento originándose un sistema de abundantes nubes que abarcan centenares de kilómetros. En nuestro país, generalmente entran por dos lugares: a- por el Oeste, luego de atravesar la Cordillera de los Andes en la zona de Mendoza y Neuquén. b- desde el Sur y Sudoeste, provenientes del Océano Pacífico o desde zonas antárticas. 5

6 Figura 3: Frente estacionario con aire caliente inestable En la masa de aire cálido y cerca del frente, la presión se encuentra en descenso. Los vientos soplan del Norte, del Noreste o Noroeste. Luego que pasa el frente y ya en el aire frío, debe esperarse nubosidad en aumento, tiempo desmejorando y probables lluvias. Luego de las precipitaciones que están asociadas al frente frío, generalmente aclara el cielo con mejoramiento del tiempo y descenso de la temperatura. Las nubes más bajas que producen lluvias son los nimbostratus y se sitúan sobre la pendiente frontal, luego se encuentran los altostratus, cirrustratus y los cirrus. Conjuntamente con los nimbostratus, pueden formarse las nubes cumulonimbus con algunas tormentas eléctricas y chaparrones. (Figura 4) Figura 4: Esquema vertical de la precipitación 6

7 Frente caliente: se da cuando el aire frío es desplazado por el aire caliente, siendo la componente del viento perpendicular al frente en el aire caliente de mayor magnitud que la componente normal en el aire frío que se retira. Trayendo como consecuencia un activo movimiento de ascenso del aire caliente. En las regiones próximas a un ciclón, este movimiento ascendente se extiende hasta los más altos niveles del frente. En cambio en las regiones que se hallan lejos de influencias ciclónicas, el aire gira anticiclonalmente a medida que asciende; disminuyendo el movimiento vertical y eventualmente generándose movimientos descendentes. (Figura 5) Figura 5: Frente Caliente A nuestro país, los frentes calientes llegan desde el centro y sur del Brasil, suelen afectar a varias provincias argentinas y al Uruguay, con 24 a 72 hs de mal tiempo (vientos fuertes del Este, NE o SE, lluvias y lloviznas, chaparrones y tormentas eléctricas. En la masa de aire frío (zona hacia donde avanza el frente), la presión está en descenso y los vientos soplan del Noreste, Este y Sudeste. En el aire cálido la presión suele permanecer estacionaria (o en leve descenso) y los vientos son del Norte y Noreste. El aire cálido se desliza sobre la pendiente frontal formando un amplio sistema de nubes. Por lo general, las nubes toman forma estratificada (CS AS NS) sin protuberancias cumuliformes y de ellas se desprenden lloviznas y lluvias que son continuas o intermitentes pero no violentas. Pero si el aire cálido es inestable, su ascensión por la rampa de aire frío dispara la inestabilidad y aparecen entonces nubes CB que se entremezclan con los AS y NS. De esta manera, entre la lluvia mansa se intercalan fuertes aguaceros, de corta duración y con tormentas eléctricas. La banda de mal tiempo suele extenderse unos 300 Km. por delante del frente, y llega a veces hasta los 1000 Km. o más. En invierno, estos frentes suelen originar nieblas pre-frontales. Ciclones u ondas ciclónicas. Un frente separa masas de aire de densidades diferentes. Las masas de aire que fluyen contiguas pueden desarrollar zonas de intensa cizalladura del viento entre ellas; es decir, las corrientes aéreas de ambos lados de la frontera pueden tener velocidades diferentes. En tal caso, ambas corrientes tienden a girar, formándose una onda (Figura 6). La misma es una combinación de muchos tipos de ondulaciones, tales como las olas de gravedad (similar a las formadas en la superficie del agua al arrojar una piedra), olas por acción de cizalla como las formadas por el viento en una superficie acuática y olas por inercia. Resulta que en ciertas longitudes de onda -la longitud total de la perturbación- estas oscilaciones compuestas son inestables y la onda crece en 7

8 amplitud y en intensidad de circulación. Las ondas cuya longitud está comprendida entre los 600 y 3000 Km. son inestables. A medida que se desarrolla la onda, se forma una baja presión en su ápice y ambas corrientes, la fría y la cálida, se mueven en forma de ciclón a su alrededor. Se forman dos frentes, uno frío y otro caliente y el aire cálido comprendido entre ellos recibe el nombre de sector cálido. En la figura 6 se representa una onda ciclónica ideal. La génesis de la onda ciclónica se desarrolla en una primera parte de 12 a 24 horas y una segunda de 48 a 72 horas como se puede observar en las figuras 7 y 8. Cuando la onda se rompe, el frente frío comienza a alcanzar al frente caliente; este proceso se llama oclusión y la frontera resultante frente ocluido. Esto sucede por que el frente frío asciende con el frente cálido (oclusión de tipo frente cálido) o bien porque se introduce debajo de él (oclusión de tipo de frente frío). Durante la mayor parte de su existencia, la onda ciclónica se halla en estado de oclusión. Gradualmente los frentes comienzan a disolverse a medida que la energía cinética del remolino se disipa por fricción y los vientos ceden. Las grandes ondas ciclónicas extratropicales de las latitudes medias y altas, son los vórtices productores de tiempo de mayor tamaño (en promedio 2500 km de diámetro), pero generalmente no son los más violentos. En cambio, el ciclón tropical (también conocido como huracán, tifón, willy-willy) y el tornado son los más destructivos de los fenómenos naturales, si se exceptúan los terremotos. Afortunadamente, el ciclón tropical, que mide en término medio 700 km de diámetro, consume la mayor parte de su vida sobre los océanos donde puede causar pocos daños; y el tornado, aunque lleva una tremenda carga de energía, es muy pequeño con un diámetro medio inferior a los 400 metros y rara vez dura más de un par de horas. Precipitación El ciclo de agua en la atmósfera consta esencialmente de tres partes: a- Evaporación. b- Condensación. c- Precipitación. El proceso de condensación es el cambio de estado de vapor a líquido. La acumulación de moléculas de agua forma gotitas extremadamente pequeñas. En cambio en el proceso de precipitación se reúnen muchas de esas gotitas para formar gotas más grandes, del tamaño de las de lluvia, o cristales de hielo y agrupaciones de ellos en magnitud correspondiente a la nieve. El término precipitación se emplea para la caída de estos hidrometeoros que alcanzan finalmente la superficie terrestre. Los principales tipos de precipitación son: 1. Llovizna: es un riego tenue compuesto exclusivamente de pequeñas gotas de agua de tamaños bastante uniforme. Las gotas son tan pequeñas que parecen flotar en el aire y siguen las evoluciones del movimiento de éste. Además deben cumplir el requisito de que sean muy numerosas y encontrarse muy próximas unas de otras. 2. Lluvia: es una precipitación de agua líquida en la que las gotas son más grandes que las de la llovizna. Cuando hay viento en superficie puede apreciarse que la trayectoria de caída de las gotas sufre una inclinación en la dirección de éste. 3. Nieve: es precipitación de agua en estado sólido en forma de cristales de hielo, en su mayor parte ramificados. Aún a temperaturas inferiores a las de congelación, estos cristales están rodeados de una delgada capa líquida, y cuando chocan unos contra otros quedan soldados constituyendo grandes copos. 8

9 Figura 6: Onda Ciclónica, según Bjerknes 9

10 Figura 7: Génesis y primeras fases de desarrollo de una Onda Ciclónica en el Hemisferio Norte Figura 8: Ültimas fases de desarrollo de una Onda Ciclónica (Hemisferio Norte). 4. Aguanieve: mezcla de nieve y lluvia. 5. Lluvia engelante: cuando el agua, ya condensada, precipita en forma líquida a través del aire frío, al chocar con el suelo o la superficie de los objetos expuestos a la intemperie (con temperaturas inferiores a 0 C) el agua se congela dando como resultado la formación de una capa de hielo glaseado. 6. Granizo: cuando se presentan nubes de tormenta de gran desarrollo vertical (cumulonimbus) la gota de lluvia generada dentro de la nube es arrastrada hacia niveles 10

11 superiores donde las temperaturas son inferiores a 0 C y, en presencia de núcleos de congelación, se congela. Al caer se va fundiendo pero en su camino se encuentra nuevamente con las corrientes ascendentes que la llevarán a zonas de congelación aumentando su tamaño repetidas veces hasta que por su propio peso caerán a superficie. Por el gran tamaño que adquirieron, en su reiterado proceso de congelación, no alcanzarán a fundirse por completo al llegar al suelo y por lo tanto se presentarán en estado sólido con la dureza del hielo. Son comúnmente llamadas piedras de granizo o pedrisco. Además en su caída, pueden soldarse con otros granizos formando terrones irregulares. Otros hidrometeoros a- Rocío: se forma por condensación directa sobre el suelo o sobre objetos ubicados cerca de él. Se presenta principalmente durante la noche, cuando la superficie de la tierra se ha enfriado por irradiación. b- Escarcha: está constituida por cristales de hielo y se forma del mismo modo que el rocío, salvo que en este caso el vapor de agua contenido en el aire, pasa directamente al estado sólido tomando la forma de cristales de hielo con apariencia de escamas, agujas, plumas o abanicos. c- Cencellada: es un depósito de hielo constituido por granos más o menos separados con inclusiones de aire que ha quedado encerrado. Ocasionalmente se presenta adornado con ramificaciones cristalinas. El proceso más eficaz para producir un exceso de vapor de agua en el aire es su enfriamiento. El enfriamiento más rápido lo produce la elevación, la cual puede ocurrir por diversas causas. Según la causa se tienen los siguientes tipos genéticos de precipitación: a) precipitaciones frontales: en el movimiento de las masas aéreas, las frías representan verdaderos obstáculos para las calientes. Por lo tanto, el aire caliente menos denso, sube y se enfría. Si hay suficiente humedad, también origina precipitaciones que dependen de la dirección del movimiento de las masas y de su estado de equilibrio. b) precipitaciones orográficas: si una masa aérea en movimiento encuentra un obstáculo orográfico, se eleva. Durante la elevación se enfría, alcanza el punto de rocío y comienza a eliminar el excedente de vapor de agua. Los productos de condensación, gotitas de agua o cristales de nieve según sea la temperatura reinante, crecen progresivamente y debido a su peso se precipitan a tierra. c) precipitaciones ciclonales: debido a que la superficie de la tierra se calienta en forma desigual, sobre las regiones más calientes el aire se dilata, disminuye su densidad y se reduce la presión bajo la cual se encuentra. Hacia esas regiones de baja presión o regiones ciclonales fluye el aire de los alrededores, según el grado de humedad se forman nubes altas estratificadas que pueden dar lugar a precipitaciones moderadas. d) precipitaciones convectivas o de tormenta: para que pueda formarse una nube de tormenta y desprenderse de ella precipitaciones de consideración, es necesario que se eleve una masa de aire muy caliente y húmeda. Esto ocurre sólo cuando el gradiente térmico es superior a 1 /100 m, o sea cuando el equilibrio de las masas aéreas es inestable. Esta elevación suele ser violenta, con enfriamiento rápido y las precipitaciones son breves pero abundantes. La serie se inicia con una granizada, continúa con una lluvia fuerte y prosigue con lluvia moderada para terminar, antes de finalizar la tormenta en lluvia fina. Principalmente hay dos procesos causantes de precipitación. de los cristales de hielo, y de captura. El proceso por cristales de hielo se explica mediante la teoría de Bergeron-Findeisen basada en el hecho de que la humedad relativa del aire es mayor con respecto a una superficie de hielo que a una de agua. Cuando la temperatura del agua baja por debajo de los 0 C, la presión de vapor 11

12 atmosférica disminuye más rápidamente sobre una superficie de hielo que sobre el agua. (Figura 9) especialmente entre las temperaturas de 5 C y 25 C. Figura 9: Presión de Saturación del aire Cuando el aire asciende, se enfría por expansión, aumenta la humedad relativa, se satura y en presencia de núcleos de condensación se forman gotitas. Estas gotitas no se congelan aunque la temperatura esté muy por debajo del punto de fusión del hielo(0 C) hasta no encontrar núcleos de congelación (partículas de arcilla caolinita, de emanaciones volcánicas, etc.). Es así que en una nube coexisten cristales de hielo y gotas de agua subenfriadas, las cuales tienden a evaporarse, depositándose el vapor directamente sobre los cristales de hielo (Figura 10). Figura 10: Cristales y gotas de agua en una nube Cuando algunos de los elementos de la nube se hayan hecho más grandes que otros, caerán por gravedad a través de ella generándose un proceso de captura. Se llama captura 12

13 directa cuando una gota de lluvia barre en su caída las gotitas más pequeñas por su lado delantero, aumentando su tamaño. El otro proceso se denomina captura de estela y ocurre cuando una gota de lluvia atrapa a otras gotas en trayecto debido a la succión que genera la reducción de la resistencia del aire detrás de sí (Figura 11). En las latitudes altas y medias, el nivel de engelamiento es tan bajo que muchas nubes están a temperatura de subfusión, entonces el proceso de cristal de hielo es importante para dar comienzo a la precipitación, entrando en juego después los procesos de captura. En cambio en las bajas latitudes, muy pocas nubes tienen temperatura de subfusión, y en ella tiene importancia el tamaño de las gotas, por lo tanto las nubes deben ser profundas para dar origen a la caída. Tratamiento estadístico de la precipitación Figura11: Proceso de Captura directa (A) y por estela (B) La primera característica distintiva que surge del análisis de la precipitación es su discontinuidad. Otros elementos del clima, p.ej. la temperatura, pueden ser medidos en cualquier momento, pueden efectuarse un número casi infinito de observaciones cada día. En el caso de la precipitación esto no es posible; hay días en que no pueden efectuarse observaciones pues el fenómeno no se produce. Aún más, en un día de lluvia, ésta no se registra necesariamente durante todo su transcurso, sino que puede suceder en ciertas horas del mismo, o inclusive en el lapso de unos pocos minutos. También es importante notar que para obtener los valores diarios, mensuales, anuales, se debe tener en cuenta los totales acumulados, a diferencia de la temperatura cuyos valores se obtienen como un promedio de valores. 13

14 Precipitación diaria: es la precipitación mayor a 0,1 mm acumulada entre las 09:00 h de un día y las 09:00 h del siguiente. Precipitación mensual: es la correspondiente a la suma de todas las precipitaciones diarias del mes. Precipitación anual: es la total acumulada desde las 09:00 h del día 1ro. de enero de un año a las 09:00 h del día 1ro. de enero del año siguiente (año pluviométrico), igual a la suma de los valores de precipitación mensual de los doce meses del año. Otros índices: lluvia acumulada semanal, lluvia acumulada decádica. Con estos datos es posible obtener los valores climáticos de precipitación: Precipitación media mensual: promedio de una serie de precipitaciones mensuales, en un período no menor a 30 años. Precipitación media anual: promedio de una serie de precipitaciones anuales, en un período no menor a 30 años. Numero de días con precipitación: promedio de días en un período en el que se produjo alguna precipitación, en una serie no menor a 30 años. Variabilidad media (Vm) mensual y anual: 30 Vm mensual: Vm = 1/30 k - S k=1 siendo: k = precipitación diaria S = precipitación media diaria del mes considerado Vm anual: 12 Vm = 1/12 k - S k=1 siendo: k = precipitación mensual S = precipitación media mensual Variabilidad relativa(vr) mensual y anual: Vr = (Vm/S).100 Cuartiles y medianas Frecuencias de clases, con normales anuales, de cantidad diaria de precipitación En nuestro país el número de días anual máximo con lluvias se encuentra en Bariloche, con 101 días de lluvia por año y el menor en Caucete (Prov. San Juan), con sólo 12 días de lluvia por año. En la pradera pampeana encontramos valores de entre 70 días en el E y 50 días en el O de la misma. Por ello es importante destacar que, salvo en ciertas situaciones especiales, el valor mediano (Prob = 50%) de la precipitación diaria es igual a cero (no lluvia) o dicho de otra manera, que el valor más frecuente de precipitación diaria es cero. Además, hay lugares que tienen el mismo valor de precipitación media anual, pero difieren muchísimo en las precipitaciones extremas, es decir en años lluviosos o secos. De todo lo analizado hasta aquí, se observa que no es posible adjudicar a los valores promedio de precipitación el mismo significado que a los otros elementos del clima (continuos y más regulares). Relacionando para una serie de precipitaciones anuales suficientemente larga, el valor de la precipitación anual del año más seco con el de la precipitación del año más húmedo, de la siguiente manera: año más seco = 1 año más húmedo x se puede conocer cuántas veces mayor es la cantidad de agua caída en un año lluvioso con respecto a uno seco. Por ejemplo, una relación de 1:3,7 significa que en un año lluvioso la precipitación es 3,7 veces más abundante que la del año seco. Esta relación aumenta en los climas muy secos, registrándose un valor excepcional en Coquimbo (desierto de Chile), con 1:188,0. 14

15 Por lo tanto será necesario recurrir a veces a tratamientos estadísticos especiales, para obtener parámetros que permitan caracterizar con exactitud el régimen de precipitaciones de un lugar. Cuando se procede al análisis de una serie de precipitaciones, el primer paso consiste en realizar un gráfico de distribución de frecuencia en cuya ordenada se colocan las frecuencias (número de clases) y en las abscisas el elemento a estudiar (mm de precipitación en este caso). Representando los valores mediante un histograma, se obtiene la distribución empírica de frecuencias. Si la misma se adapta a una distribución normal o gaussiana, la tarea de análisis se simplifica en gran medida y el valor de la media aritmética tiene real significación. Sin embargo, esto sucede pocas veces, sólo cuando se trabaja en lugares muy lluviosos o con series de períodos largos, es decir, la serie de valores de precipitación acumuladas en un período largo, como por ejemplo el período anual; diferenciándose del término series largas de precipitación que indica que la serie posee muchos registros de precipitación, ya sea diarias, mensuales, anuales, etc. En lugares secos o con series de períodos cortos (quincenales, semanales, etc.) la distribución de frecuencias es asimétrica. En este caso se deben utilizar otras distribuciones teóricas de frecuencia que representen el fenómeno (p.ej. la distribución normal logarítmica, la distribución normal raíz cúbica, etc.) y es más conveniente la utilización de la mediana como medida de tendencia central, pues la media aritmética se ve muy distorsionada por la asimetría. Finalmente, para completar el estudio de las precipitaciones es importante tener en cuenta la distribución estacional de las mismas, pues permite determinar si las disponibilidades de agua coinciden con las exigencias a lo largo del ciclo del cultivo que se considere. Distribución empírica de frecuencia, determinación de percentiles: Se procede ordenando la serie de datos pluviométricos (anuales, mensuales, etc.) de menor a mayor y dividiendo a la serie en X partes iguales, denominadas gráficamente como percentiles. P.ej. dividiendo la serie en cuatro partes iguales se obtienen los cuartiles (25 % de probabilidad), en cinco partes iguales los quintiles (20 % de probabilidad), en diez partes iguales los deciles (10 % de probabilidad) o en dos partes iguales siendo el término central de la serie ordenada el valor mediano (50 % de probabilidad). El cálculo se realiza de la siguiente forma: * se determina para una probabilidad dada, el número de posición en la serie según: Nº pos. serie = Prob. x (N + 1) 100 siendo: N el número de años de la serie Prob la probabilidad correspondiente al percentil requerido Así, por ejemplo, con N=51 datos ya ordenados de la localidad de Balcarce, podemos calcular qué precipitación es probable que ocurra con una probabilidad del 20 %. Aplicando la fórmula: Nº pos. serie = 20 x(51 + 1) = 10,4 100 Esto indica que entre el 10º y el 11º término de la serie ordenada de menor a mayor, se encuentra el valor de precipitación que puede esperarse con una probabilidad del 20 %. Si en este caso se tiene 37 y 42 mm (en las posiciones 10º y 11º respectivamente), se interpola para obtener el valor de 39 mm que es la precipitación buscada. Esto se interpreta así: existe un 20 % de probabilidad de que se produzca una precipitación de 39 mm o menos. La probabilidad de que en un año cualquiera ocurra una precipitación determinada puede expresarse como período de retorno. Define 1 de cada tantos años es probable que la lluvia tenga ese valor. Período de retorno = 100 PROB 15

16 O sea que para el 20 % de probabilidad el período de retorno es de 1 vez cada 5 años; para el 10 % es de 1 cada 10 años, para el valor mediano es de 1 cada 2 años. La distribución empírica de frecuencias es la distribución real de la serie de precipitaciones. Antes tenía el inconveniente de cálculos más engorrosos y requerir series largas. Actualmente ese no es un problema serio, además se pueden utilizar distribuciones teóricas de frecuencias que ajustan bien el fenómeno, que puedan extenderse a otras localidades y así facilitar los cálculos. Distribuciones teóricas de frecuencia a)distribución normal: representa muy bien a numerosos elementos del clima (temperatura, humedad relativa, presión, etc.) pero no ajusta en muchos casos a la distribución de frecuencias de las precipitaciones, como ya fue indicado anteriormente. Sólo puede ser aplicado en lugares muy lluviosos o para series con períodos largos de tiempo (p. ej. precipitación anual). Toma en consideración dos parámetros, la media aritmética y el desvío estándar. A partir de ellos, para valor de la variable, se puede determinar la probabilidad de ocurrencia de acuerdo a: _ Z = x - x σ Con el valor de Z se puede obtener por tablas el valor de probabilidad. Asimismo, para un valor de probabilidad determinado (que corresponde a un valor de Z específico) se puede calcular la un valor probable mediante: _ x = x + Zσ b)distribución normal logarítmica: se utiliza cuando la distribución normal no representa adecuadamente el fenómeno estudiado, fundamentalmente en series de precipitación mensual, o decádica, que presentan gran asimetría. Consiste en calcular para cada valor de la serie de precipitación, el logaritmo natural, obteniendo luego el valor promedio de los logaritmos naturales de la serie y el desvío típico respectivo. Con la fórmula Z se obtiene el valor de x (idem distribución normal) y se calcula el antilogaritmo del mismo para obtener el valor requerido de la variable. Con este procedimiento se logra disminuir la asimetría de la serie, mediante un artificio como es el uso de los logaritmos naturales. c)distribución normal raíz cúbica: persigue la misma finalidad que la distribución anterior, calculando en este caso las raíces cúbicas de los valores de la serie. Siguiendo el mismo procedimiento se puede obtener el valor x de la fórmula Z, recordando que éste debe elevarse al cubo para obtener el valor de precipitación requerido. Finalmente, para poder decidir cuál de las funciones teóricas se ajusta mejor a la distribución empírica, se deben aplicar pruebas de bondad de ajuste, entre las cuales se halla la de chi-cuadrado. Variación interanual de la precipitación De forma similar que para el caso de la temperatura del aire, se puede estudiar también la variación interanual de la precipitación, ya sea por medio de los desvíos porcentuales de la precipitación anual de un año con respecto a la precipitación media anual normal, o mediante las variaciones de las frecuencias porcentuales. También se puede obtener la variación interanual de una variable con respecto a un valor de referencia (un año determinado, o un período mes, trimestre- de un año de referencia). Por ejemplo la variación interanual de la lluvia acumulada en Set-Oct-Nov del año 2010 en Paraná respecto de la lluvia acumulada en el mismo período durante el año Incluso puede ser de interés tomar como referencia un año seco o un año húmedo y comparar con la situación observada en otro año. Isohietas Las isohietas son líneas imaginarias que unen puntos de igual magnitud de precipitación. Sirven para conocer la distribución geográfica de la precipitación en una región, país, continente o del mundo, para delimitar zonas húmedas, áridas o con excesos de lluvias. 16

17 Distribución geográfica de la precipitación En la figura 12 se muestra un esquema de la distribución mundial que tendría la lluvia si la superficie terrestre fuera perfectamente uniforme. Figura 12: Distribución de las lluvias en el mundo. Pero en realidad, la distribución geográfica de la precipitación a nivel mundial es muy irregular, presentando las siguientes características (Figura 13). Abundancia de lluvia en la zona ecuatorial; cantidades moderadas o grandes en los cinturones de latitudes medias, y regiones relativamente secas en los subtrópicos y alrededor de los polos. Hay una tendencia a que las costas subtropicales orientadas al Oeste sean secas, mientras que en las orientales de la misma latitud, la lluvia es abundante; pero, en altas latitudes, las costas del Oeste son generalmente más húmedas que las del Este. La lluvia es abundante a barlovento de las cordilleras y escasa a sotavento. Las causas que determinan dicha distribución son: 1- Latitud: Sobre la región ecuatorial existe una banda de baja presión, donde las masas de aire con gran contenido de humedad se elevan y producen copiosas lluvias. Sobre ambos trópicos, existen dos bandas de alta presión, donde los vientos son divergentes y las masas de aire descienden, por lo cual el vapor de agua no puede condensarse. En estas latitudes se encuentran los desiertos más desolados. A partir de estas bandas anticiclónicas, los vientos en general se dirigen hacia regiones más frías, lo cual provoca condensación del vapor; es así que en las regiones templadas en general- las lluvias aumentan con la latitud, principalmente en la parte occidental de los continentes. Cuando las masas de aire llegan a las regiones circumpolares ya han 17

18 adquirido una temperatura muy baja, con escasa capacidad para condensar vapor, traduciéndose en escasísimas precipitaciones. Figura 13: Precipitación anual media 2 - Dirección de los vientos dominantes: Si soplan de la tierra al mar, la atmósfera contendrá escaso vapor de agua, produciendo precipitaciones pobres. Cuando soplan del mar a la tierra, 18

19 generalmente las lluvias son muy abundantes. La excepción se da cuando los vientos soplan de mares muy fríos a zonas continentales cálidas, dado que las masas de aire se calientan y se alejan del punto de condensación, resultando un clima desértico. 3 - Distancia al mar: la mayor parte de la humedad que produce lluvia procede de los mares calientes. Cerca de la costa, la llegada del aire es más frecuente y prolongada que en el interior del continente. Entonces, por el pasaje incesante de frentes calientes o fríos, la cantidad de lluvia normal anual disminuye al aumentar la distancia al mar. Las lluvias de nuestro país se deben, por un lado, a la influencia del Océano Atlántico, decreciendo notablemente de Este a Oeste. Por otro lado se exceptúa la Patagonia, donde las lluvias decrecen de Oeste a Este, pues dependen del Océano Pacífico. 4 - Relieve del suelo: por efecto orográfico, las laderas y quebradas de las montañas expuestas a los vientos húmedos, por lo general reciben lluvias muy abundantes, al contrario de las laderas opuestas, que acusan lluvias muy escasas. Regímenes de precipitación La aptitud agrícola y ganadera de una región no sólo depende de la cantidad anual de las precipitaciones, sino también de la distribución de las mismas a lo largo del año. Es decir, la forma de repartirse la lluvia en los 12 meses del año, lo cual se conoce como regímenes de precipitación. Según un criterio general, el régimen de precipitación se puede definir como: a) Monzónico: cuando las precipitaciones del semestre cálido son iguales o mayores al 80 % de la precipitación anual. b) Mediterráneo: cuando las precipitaciones del semestre frío son iguales o mayores al 60 % de la precipitación anual. c) Isohigro: cuando la precipitación se distribuye más o menos uniformemente a lo largo del año. Si analizamos el régimen pluviométrico de nuestro país encontramos las provincias del NO (Jujuy, Salta y Tucumán) con un régimen monzónico bien definido. Alejándose de estas provincias hacia el E, S y SE la concentración de lluvias estivales va disminuyendo hasta el punto que en el litoral, estepas pampeanas y patagónicas nos encontramos con el régimen isohigro. Por el contrario, en la faja montañosa de la Patagonia, nos encontramos con un típico régimen mediterráneo (denominado así por ser similar al de la cuenca del Mar Mediterráneo). Si representamos en un eje de ordenadas los valores medios mensuales de precipitación y en el eje de abscisas las temperaturas medias mensuales, se puede obtener un gráfico denominado hiterograma. De acuerdo a la forma del o los polígonos formados, se puede conocer los distintos regímenes de precipitación. En la figura 14, se observa la distribución de las isohietas de precipitación media anual para la Pcia. de Entre Ríos. Predicción del tiempo Los frentes son muy eficientes en el transporte de energía y permiten compensar, en buena medida, las diferencias térmicas entre el Ecuador y los Polos, aunque no en la misma medida que una atmósfera no rotante. Además, van produciendo precipitaciones a lo largo de su trayectoria, con lo que producen una efectiva distribución de la humedad. No obstante, los frentes son los responsables de un aspecto del funcionamiento de la atmósfera en latitudes medias que tiene grandes consecuencias sociales. Dado que éstos ocurren a modo de perturbaciones del estado medio de la atmósfera, sin que lleguen a mostrar una periodicidad en su frecuencia de aparición e intensidad, se transforman en un elemento de incertidumbre para la actividad humana desarrollada en latitudes medias. Para tratar de disminuir en alguna medida este grado de incertidumbre se ha desarrollado el pronóstico meteorológico que, en las latitudes mencionadas, se basa en la predicción de la aparición o intensidad de las ondas frontales 19

20 Figura 14: Evapotranspiración Potencial anual y Precipitación anual.según la antelación con la cual se formula la predicción del tiempo, ésta puede ser: A corto plazo: las que no exceden las 48 horas de antelación A largo plazo: las que se realizan con varios meses de anticipación A mediano plazo: las comprendidas entre las dos anteriores actualmente algunos modelos numéricos que cubren hasta 15 días-. A su vez, según la metodología utilizada para la predicción, se tiene: Predicción clásica por el método sinóptico: a corto plazo, se deduce del análisis de un mapa sinóptico en el que aparecen transcritos todos los datos meteorológicos en superficie de los que se dispone en un determinado momento (presión, temperatura, punto de rocío, viento, nubosidad, visibilidad, tiempo presente y pasado para cada estación) y, además, trazando un mapa de isobaras, se deducen las posiciones de las distintas masas de aire y de los frentes que las delimitan. Predicción numérica: intenta predecir a corto plazo- los procesos físicos que tienen lugar en la atmósfera mediante las ecuaciones del movimiento. Se trabaja con campos de variables, tales como viento, presión y temperatura y los frentes se consideran como características secundarias derivadas. Predicción por métodos estadísticos: a mediano y largo plazo, se tiene en cuenta las tendencias o cambios de régimen probables en la circulación atmosférica a gran escala, los posibles efectos de la capa de nieve o anomalías de la temperatura de la superficie del mar y un examen de las estadísticas que reflejan la situación típica de los campos de presión en la estación del año que se trate. Predicción por métodos de analogías: a mediano y largo plazo, se basa en que los fenómenos meteorológicos tienden a seguir cursos similares cuando las condiciones iniciales son casi idénticas. 20

21 Las aplicaciones de pronóstico a corto plazo en agricultura son importantes y se emplean para racionalizar los tratamientos fitosanitarios, labores de siembra y cosecha, almacenaje y transporte, combate de adversidades, etc. No obstante, las aplicaciones más trascendentes aún esperan el desarrollo de métodos de pronóstico a largo plazo que permitan prevenir el impacto de sequías, inundaciones, granizo, heladas y otros. En Internet se encuentra información completa y actualizada para la predicción del tiempo, la cual debe ser analizada por personal especializado para interpretarla correctamente y así poder formular un pronóstico meteorológico. Pero también se encuentran las cartas pronosticadas por especialistas donde se representan los elementos meteorológicos que se esperan. Medición de la precipitación: La magnitud de la precipitación se expresa de varias maneras: Por la altura de la capa de agua que cubriría el suelo, supuesto éste perfectamente horizontal, sin filtrarse, evaporarse ni escurrirse, que cae en un día. Si la precipitación es sólida (nieve, granizo) se considera la capa de agua producto de la fusión total de la misma. La Organización Meteorológica Mundial considera lluvia a toda precipitación superior a 0,05 mm, pero en nuestro país la menor precipitación que se registra es de 0,10 mm en las estaciones meteorológicas y de 0,30 mm en las pluviométricas. Se mide con pluviómetro. Por la cantidad de agua caída por unidad de superficie, generalmente se refiere a 1 m 2, a veces a ha o a km 2. El volumen de una capa de agua de 1 mm de altura o espesor es igual a: 1 litro/m 2 = 10 m 3 /ha = 1000 m 3 /km 2 Por el volumen de agua, que se obtiene multiplicando la altura de la capa de agua por la superficie cubierta. Por la intensidad de la precipitación: es la velocidad de crecimiento de la altura de la capa de agua, es decir la cantidad de agua caída en la unidad de tiempo (minuto, segundo, hora). Generalmente se expresa en mm/h. Se mide con pluviógrafo. Instrumental: Ver Estaciones Agrometeorológicas. J.Doorenbos. FAO Potencialidad erosiva de la lluvia Una gota de lluvia está sometida a la aceleración de la gravedad, y a medida que su velocidad aumenta, la fuerza originada por el rozamiento con el aire que la rodea aumenta también, hasta que en un corto intervalo equilibra a la fuerza gravitacional, es decir, al peso de la gota. De ahí en más, la gota cae con una velocidad constante que se llama velocidad límite. Por ejemplo, para una gota grande (5000 micrones) es de 8,9 m/s y para núcleos y gotitas incipientes (1 micrón) es de 0,00004 m/s. Si no existiera rozamiento con el aire al caer, la forma de las gotas sería esférica, pero éstas se deforman por aplastamiento de la base y expansión lateral, a causa del déficit de presión atmosférica producido sobre su parte posterior y sus costados y el exceso de presión en su base. Cuando crece una gota hasta tener un diámetro de 7000 micrones, su velocidad de caída será más de 9 m/s. A velocidades tan altas las gotas se deforman y se desmenuzan en muchas gotas más pequeñas, tales como gotas de llovizna o de lluvia muy fina. Por lo tanto existe un límite superior para el tamaño de las gotas en la atmósfera. Estos conceptos son de gran importancia para estudiar la potencialidad erosiva de la lluvia. La erosión del suelo es un proceso mecánico que requiere energía, gran parte de la cual es proporcionada por la caída de las gotas de lluvia (energía cinética). Este tema fue ampliamente estudiado por Wischmeier y Smith, del Servicio de Conservación de Suelos del USDA, quienes en 1978 formularon la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (EUPS), utilizada para predecir las pérdidas de suelo por erosión pluvial. Observaron que hay una interacción altamente significativa entre la energía de la precipitación (E) y la máxima intensidad en 30 minutos (I 30 ). Así, la relación energía de precipitación-pérdida de suelo para una tormenta con cualquier intensidad máxima específica en 30 minutos, es muy diferente de la relación energía-pérdida de suelo para una tormenta con otro nivel de intensidad máxima en 30 minutos. Es decir, algunas lluvias de gran energía pero de poca intensidad pueden provocar menor erosión que otras de escasa energía pero de gran intensidad. 21