TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN.
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- María Soledad Chávez Roldán
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2 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
3 Partícula AEROSOLES ATMOSFÉRICOS Radio (µm) Nº de partículas Rango (por cm 3 ) Origen Vida Media Típico Aitken < Grandes PARTÍCULAS DEL AEROSOL ATMOSFÉRICO 0.1 a 1.0 Gigantes > Combustión. Conversión gas-partícula Coagulación Coagulación de núcleos núcleosaitken Aitken Evaporación de gotas de gotas Polvo Emisiones industriales Evaporación de gotas Días Días Horas-días. Minutos-horas Minutos-horas
4 PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS
5 DISTRIBUCIONES DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS
6 PÁRTICULAS. CRECIMIENTO HIGROSCÓPICO
7 DISTRIBUCIÓN VERTICAL DE PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS
8 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
9 CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA MODOS DE CONDENSACIÓN A) T A1) Enfriamiento isóbaro con r=cte y r s Rocío y escarcha Brumas Nieblas de radiación y advección A2) Saturación y condensación por enfriamiento adiabático A3) Mezcla con una masa más fría: nieblas de mezcla e T, e T B) r T=cte Aire T aire,e,r,p Agua T agua Evaporación e<e s (T agua ) T aire <T agua, e<e s (T aire )<e s (T agua ) Cuando e=e s (T aire )< e s (T agua ) el aire se satura pero continúa la evaporación Condensación Nieblas de evaporación
10 ROCIO Y ESCARCHA
11 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
12 TAMAÑOS DE GOTAS
13 Evaporarse: Hay que superar atracciones Curvatura Menos atracciones Se hace más fácil
14 NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA Ley de Kelvin e'( r) = e s ( )exp 2σ ρ R T w v 1 r = e s ( ) exp a r e presión de vapor en el equilibrio e s ( ) presión de vapor en el equilibrio sobre superficie plana de agua Efecto de la curvatura r e (r) Si r, e (r) e s ( ) Las sobresaturaciones requeridas impiden la nucleación homogénea
15 NUCLEACIÓN HETEROGÉNEA NUCLEOS DE CONDENSACIÓN El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida. Sobresaturaciones muy altas Nucleación heterogénea: sobre otras partículas. Común en la atmósfera NÚCLEOS DE CONDENSACIÓN AEROSOLES Partícula Radio (µm) Nº de partículas (por cm 3 ) Rango Típico Eficacia Aitken < Baja Baja Grandes 0.2 a Alta Gigantes > Muy Muy alta alta
16 EFECTOS DE LA DISOLUCIÓN Partícula hidrófila Partícula hidrófoba Efecto de la disolución n s e Ley de Raoult e' e s = n w nw + n s Disoluciones diluidas e' e s =1 n n s w n = in M / s A n = N M / w A s w m s m w e presión de vapor en el equilibrio e s presión de vapor en el equilibrio sobre superficie plana de agua n w moléculas de agua n s moléculas de soluto i factor de disociación iónica M w masa de agua M s masa de soluto N A Número de Avogadro m w masa molar de agua m s masa molar de soluto
17 EFECTOS DE LA DISOLUCIÓN Partícula hidrófila Partícula hidrófoba s w w s s w A w s A w s s m M m im m M N m M in n n e e = = = ' l w r M ρ π = ' r b r m M im e e s l s w s = = ρ π cte = f(prop quím) radio gota
18 EFECTOS DE CURVATURA Y DISOLUCIÓN Dos efectos en competición según el tamaño de la gotita: Curvatura: cuando más se evapore, más curvatura, y favorece la evaporación Soluto: cuando más se evapore, más concentración, y dificulta la evaporación Las bases de la microfísica de las nubes Curvas de Köhler Valores críticos de saturación y de radio e' e s 1+ a r b r 3 Para estudios avanzados en la física de la atmósfera
19 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
20 PRECIPITACIÓN VELOCIDAD TERMINAL
21 PRECIPITACIÓN DESDE NUBES DE GOTAS DE AGUA COLISIÓN Y COALESCENCIA
22 PRECIPITACIÓN DESDE NUBES DE GOTAS DE AGUA COLISIÓN Y COALESCENCIA
23 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
24 NUCLEOS GLACIÓGENOS Congelación homogénea T < -40ºC Núcleos de hielo permiten congelación a partir de 10ºC No son muy abundantes en la naturaleza Ejemplos: Minerales de arcillas Partículas resultado de descomposición de biomasa Cristales de hielo Tipos: Núcleos de deposición difusiva (Sublimación) Núcleos de congelación (Congelación de gotas subfundidas) Núcleos de contacto (Congelación por contacto con gota subfundida)
25 PRECIPITACIÓN DESDE NUBES MIXTAS Nubes mixtas Gotas de agua subfundida y cristales de hielo e Para T< 273 k w T, e e i (T)<e w (T) i T d T El vapor está saturado sobre el hielo pero no sobre agua Luego la gota evapora y se produce sublimación sobre el hielo. Hielo crece a costa del agua subfundida
26 PRECIPITACIÓN DESDE NUBES MIXTAS TEORÍA DE BERGERON-FINDEISEN Condensación sobre hielo Evaporación agua subfundida Crecimiento de cristales hielo Agregación Colisiones de cristales de hielo Copos de nieve Acreción Colisiones de cristales de hielo con gotitas de agua subfundida
27 AGREGACIÓN
28 NUBES DE AGUA. NUBES MIXTAS
29 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
30 CLASIFICACIÓN DE NUBES
31 CLASIFICACIÓN DE NUBES
32 CUMULUS DE BUEN TIEMPO
33 CUMULUS CONGESTUS
34 CUMULONIMBUS
35 STRATUS
36 ESTRATOCUMULUS
37 ALTOCUMULUS
38 ALTOCUMULUS
39 ALTOSTRATUS
40 CIRRUS
41 CIRRUS
42 CIRROCUMULUS
43 CIRROSTRATUS
44 MECANISMOS DE FORMACIÓN. PROCESOS DE ELEVACIÓN Papel fundamental de la velocidad vertical en la termodinámica atmosférica (ver tema 3) Cuáles son las causas del movimiento vertical atmosférico?
45 MECANISMOS DE FORMACIÓN. PROCESOS DE ELEVACIÓN
46 NUBES CONVECTIVAS
47 DESARROLLO CONVECTIVO
48 FORMACIÓN DE ESTRATOCUMULOS
49 NUBES-RADIACIÓN SOLAR
50 TELEDETECCIÓN DE NUBES Imagen VISIBLE Imagen INFRARROJA
51 DESCARGAS ELÉCTRICAS
52 ELECTRICIFICACIÓN ATMOSFÉRICA
53 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
54 NIEBLAS DE RADIACIÓN
55 NIEBLA MARINA DE ADVECCIÓN
56 NIEBLA DE EVAPORACIÓN SATURACION POR APORTE DE VAPOR DE AGUA Aire T aire,e,r,p Agua T agua Hay evaporación mientras e<e s (T agua ) T aire >T agua, e<e s (T agua )< e s (T aire ) Cuando e=e s (T agua )< e s (T aire ) cesa la evaporación T aire <T agua, e<e s (T aire )<e s (T agua ) Cuando e=e s (T aire )< e s (T agua ) aire saturado y continúa evaporación No saturación Condensación Nieblas de evaporación
57 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
58 PRECIPITACIÓN
59 FORMAS DE PRECIPITACIÓN
60 LLUVIA ENGELANTE
61 GRANIZO
62 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
63 LLUVIA ARTIFICIAL Hielo seco (CO 2 ) Produce enfriamiento (-78ºC) AgI (Núcleo de congelación activo a -4ºC)
64 TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN. Introducción. Mecanismos de condensación. Nucleación homogénea y heterogénea. Núcleos de condensación. Microfísica de nubes cálidas. Procesos de crecimiento de gotas. Microfísica de nubes frías. Núcleos de hielo. Crecimiento de cristales de hielo. Nubes. Clasificación. Efectos radiativos. Nieblas. Clasificación. Mecanismos de formación. Formas de precipitación. Modificación artificial de las nubes y la precipitación. Medida de la precipitación.
65 PLUVIÓMETROS
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