Laboratorio N 2 Radiosonda e Imagen Satelital

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1 Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento TRAO Q de Geofísica CÓDIGO CURSO: GF INTRODUCCIÓN A LA METEOROLOGÍA Y OCEANOGRAFÍA Laboratorio N 2 Radiosonda e Imagen Satelital Nicolás Urrutia Castellaro Sebastián Obando Orrego Sección 1 Profesor: René Garreaud Auxiliares: Constanza Paredes Pamela Pizarro Fecha Realización: Fecha Entrega:

2 CONTENIDOS Introducción Desarrollo y Análisis Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte 7 Conclusiones Anexos 1 P á g i n a

3 INTRODUCCIÓN En este informe, se explicará la realización del Laboratorio de análisis de radiosonda e imagen satelital, cuyo objetivo principal es analizar los datos obtenidos por el radiosondeo lanzado a las 12 HL desde la terraza del DGF y el radiosondeo lanzado en Pto. Montt por la DMC a las 08 HL, ambos lanzados el día 21 de abril del 2011y compararlos con los de la imagen satelital (canal infrarrojo termal, escala de colores en C) de la mañana de ese mismo día, además de establecer conexiones entre las observaciones y las predicciones que se desprenden de los aspectos teóricos en esta materia. Asimismo, la utilización de estos datos experimentales permitirá comprender la formación y dinámica de las nubes, así como el análisis de la estabilidad de la atmósfera en distintos niveles. DESARROLLO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS PARTE 1 Para estimar la altura del tope de la nube -tanto para Santiago como para puerto Montt- se asume que ésta se encuentra a la misma temperatura que el aire a ese nivel, por lo tanto basta asociar cada localidad a la temperatura del tope de la nube que se encuentra sobre ella. Observando la imagen satelital 1 se estima que la temperatura del tope de la nube sobre Santiago es de alrededor de -20ºC, la cual de acuerdo a los datos de la radiosonda, corresponde un altura aproximada de m.s.n.m Figura 1.1: Gráfico de Altura (GPS) v/s Temperatura para la ciudad de Santiago 1 Ver Anexo 1 para el detalle de la imagen. 2 P á g i n a

4 En el caso de Puerto Montt, la imagen satelital nos indica que la temperatura al tope de la nube es de unos -50ºC, lo que de acuerdo a los datos obtenidos por radiosonda en esa ciudad, corresponde a una altura aproximada de m.s.n.m. Figura 1.2: Gráfico de Altura (GPS) v/s Temperatura para la ciudad de Puerto Montt. PARTE 2 La extensión vertical de la nube sobre ambas ciudades se estimará asumiendo que ésta se forma con una humedad relativa mayor al 80%, luego sólo bastará mirar los gráficos de altura para estimar dicha longitud. Figura 2.1: Gráfico de Altura v/s Humedad relativa para Santiago. Para efectos de cálculo, se asumirá que la altura de Santiago es de 567 m.s.n.m. 3 P á g i n a

5 Como podemos ver despreciando esa pequeña nubosidad que aparece a 200 metros, la base de la nube sobre Santiago está a los metros desde la terraza del DGF, lo que equivale a m.s.n.m., por otro lado el tope de la nube se encuentra a metros (6.274 m.s.n.m). Esto se acerca bastante a los metros de altura que se estimaron utilizando la imagen satelital. Para la ciudad de Puerto Montt, la base de la nube se ubica a 5480 m.s.n.m y el tope a los m.s.n.m (esto asumiendo que por ser una ciudad costera, se encuentra a 0 m.s.n.m.). Esto se aprecia en el gráfico que sigue. Figura 2.2: Gráfico de Altura v/s Humedad Relativa en Puerto Montt. Se aprecia fácilmente que los metros de altura a los que se ubica el tope de la nube tienen una marcada diferencia con los metros estimados en la parte 1. Esto se puede deber a que el radiosondeo de Pto. Montt fue efectuado a las 8 de la mañana (hora local), en cambio el de Santiago ocurrió a las 12 horas (hora local), por lo que se puede decir que la imagen satelital representa la condición nubosa mucho más cercana al mediodía que a las 8 a.m. y he ahí la razón de por qué de tanta diferencia de altura en la ciudad sureña. Además, la cantidad de datos del RS de Pto. Montt es considerablemente menor que en el RS de Santiago, por lo que el gráfico anterior no es lo suficientemente continuo (lo que se aprecia en saltos bruscos de la curva generada); de este modo, el menor número de observaciones genera mayores errores al momento de interpretar esta información. 4 P á g i n a

6 Informe de Laboratorio de Radiosonda e Imagen Satelital PARTE 3 Para lograr establecer la precisión de la medición de altura del equipo se comparará dicho valor con el obtenido a través de la ecuación hipsométrica, donde el parámetro gamma irá variando de acuerdo a los intervalos de altura en que se encuentre. Cabe destacar que se aproximaron rectas para la curva de altura v/s temperatura, obteniendo así 5 valores distintos para este parámetro. En la siguiente tabla se adjuntan los datos de γ para cada intervalo de altura. Intervalo Altura [m] γ [ºC/m] Figura 3.1: Tabla de valores de Gamma en distintos intervalos de altura para RS de Santiago. Como se puede observar, existen intervalos donde γ se hace positivo. Este hecho se explica por la inversión térmica que está presente en Santiago y las variaciones de temperatura entre el día y la noche. 5 Página

7 Informe de Laboratorio de Radiosonda e Imagen Satelital PARTE 4 Para el desarrollo de esta pregunta, es necesario un análisis en el emagrama adjunto. Figura 4.1: Emagrama (Diagrama Termodinámico) A 200 metros de la terraza del DGF, los valores de presión, temperatura y humedad relativa son los siguientes: P = 928,698 hpa; T = 12,36 C y HR= 81,45 %. Con los valores de presión y temperatura se ubicó el punto B en el hemagrama, que aproximadamente se ubica en la adiabática seca dibujada. En ese punto, la razón de mezcla de saturación es 10, utilizando la siguiente fórmula: se obtiene que la razón de mezcla a ~200 m (199,2 m) desde el DGF es de 8,145 g/kg. Para ubicar el NCA es necesario subir por la adiabática seca hasta que rsat disminuya hasta este valor (pues asumimos que r se mantiene constante). El punto en el que ocurre esto es el punto A del emagrama, donde la presión es aproximadamente 895 hpa y la temperatura es de unos 10ºC aproximadamente. Luego la altura a la cual esta 6 Página

8 parcela ubicada a 200 m de altura del DGF comenzará a formar una nube es aproximadamente a los m.s.n.m (es decir, unos 500 metros más arriba de de donde se encuentra actualmente). PARTE 5 Para hacer subir esta parcela por la ladera andina, debe hacerlo por la curva adiabática seca hasta el NCA (1.200 m.s.n.m. aprox.), luego subirá por una adiabática saturada hasta alcanzar la cumbre de la Cordillera (un poco menor a los 6.000m en Santiago) donde la presión es aproximadamente 500 hpa. En este proceso, suponemos que la parcela se condensó en un 100 %, es decir, r cambia. Luego, la parcela comenzará a descender por la adiabática seca hasta la altura de Mendoza (704 m.s.n.m. ; P ~ 930 hpa) Por lo tanto, la parcela al llegar a Mendoza, tendría una temperatura aproximada de 27ºC y una HR del 6,5% aproximadamente (pues r disminuye para igualarse con r sat al subir por la adiabática húmeda). Figura 5.1: Emagrama con la trayectoria de la parcela. La temperatura estimada (27ºC) está bastante cerca con la medida en Mendoza (23ºC), pero la humedad relativa no (la medida en Mendoza es de un 25%), por lo que se presume que no toda las gotas formadas en el ascenso de la nube fueron depositadas en el lado occidental. Sin embargo, se cumple lo descrito por Föhn (relacionado con el fenómeno de Viento de Föhn), es decir, la temperatura final de la parcela es mayor y su humedad relativa disminuye (llega más seca) debido a la liberación del calor latente de la parcela al calentarse. 7 P á g i n a

9 PARTE 6 Los perfiles verticales de temperatura y de la temperatura de rocío se adjuntan en el siguiente gráfico: Figura 6.1: Gráfico con perfiles verticales de T(z) y Td(z). Como se puede apreciar en el gráfico, existen puntos de quiebre, los cuales definen niveles significativos. En la tabla que sigue se especifica cuáles son: Altura [m] Temperatura [ C] Temperatura de Rocío [ C] Presión [Hpa] 79 11,4 10, ,6 1, ,8 7, ,1-13, ,5-72, ,3-75, ,3-92, ,1-90,1 78, ,5-86,5 61,6 Figura 6.2: Tabla con niveles significativos. 8 P á g i n a

10 A continuación, se dibujan estos puntos en el emagrama, con los que se trazan los perfiles de T(p) y Td(p). Sólo han sido considerados los 4 primeros de la tabla, pues los demás escapan a las consideraciones del diagrama termodinámico. De este modo, se observan tres capas (comprendidas entre dos niveles significativos consecutivos), cuya estabilidad está dada por la comparación de la pendiente de la curva de temperatura con respecto a la adiabática seca. A continuación, se muestra una tabla resumen de este análisis: Capa Intervalo de altura Estabilidad m Aproximadamente neutra m Muy estable m Estable Por otro lado, la comparación con la curva de Td(z) permite apreciar que tan cercana a la saturación se encuentra una parcela en los niveles significativos, por ejemplo, en el nivel 2, la situación es más lejana a la saturación que en los demás niveles. 9 P á g i n a

11 CONCLUSIONES Como primera conclusión de este trabajo, se puede desprender que es de vital importancia en tareas de este tipo el contar con otra fuente de información para poder comparar los valores obtenidos y hacer un análisis correcto, pues como se pudo observar en las primeras partes de este informe, se dan discrepancias que son necesarias de explicar de alguna manera -en este caso por la diferencia en la hora de medición y la calidad del equipo GPS del radiosondaje- y así mientras se mantengan controladas y se conozcan sus causas se podrán hacer correcciones pertinentes en las estimaciones. Guardando profunda relación con lo anterior aparece el hecho de que mientras más cercanas en el tiempo sean las mediciones efectuadas por distintos medios, se podrán disminuir ostensiblemente esas discrepancias observadas, facilitando el análisis de los datos y evitando supuestos que podrían estar fundados en razones que no son del todo correctas. En relación a las mediciones del radiosonda en Santiago y Puerto Montt, se puede apreciar que este último posee un sistema GPS de mayor alcance, probablemente debido a que es de mejor calidad, pues se obtuvieron señales hasta los metros aproximadamente, en cambio en el DGF sólo se registraron datos hasta los metros de altura. Cabe destacar que esta diferencia puede obedecer también a otros fenómenos no considerados como interferencias electromagnéticas, tiempo adverso, entre otros. Para el desarrollo de este tipo de actividades resulta de suma importancia el manejar con bastante fluidez los diagramas termodinámicos, pues permiten establecer relaciones y explicaciones a hechos que a priori parecen bastante extraños, por ejemplo el Viento Föhn. Se puede agregar además que permite contrastar con mayor exactitud la estabilidad de una capa de aire frente a impulsos verticales, comparando el gradiente térmico con la pendiente de las adiabáticas secas respectivas. Por último se puede decir que la actividad resultó exitosa, pues el lanzamiento del radiosonda no tuvo mayores inconvenientes y por otro lado permitió que los alumnos entendieran de manera práctica aquellos fenómenos de estabilidad y nubosidad explicados con detalle en clases, mostrando una aplicación directa de dichos conocimientos, y obligando por lo tanto, a un manejo de esos conceptos de manera fluida. 10 P á g i n a

12 ANEXOS ANEXO 1: IMAGEN SATELITAL 11 P á g i n a