Introducción a las Ciencias de la Atmósfera Unidad 3, Parte 1: Humedad

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Lucas Reyes Rivero
hace 7 años
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1 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra Introucción a la Cincia la Atmófra Unia 3, Part 1: Huma Ecuación tao ga ial La rlación ntr la prión, la nia y la tmpratura in aa por la cuación tao. En l cao lo ga ial, la cuación tao o ly lo ga ial xpra como P ρrt ino P la prión l air, ρ la nia, R la contant l ga finia como R* / M, ino R* la contant uniral lo ga (R* 8,3143 J kg 1 K 1 ), M l po molcular y T la tmpratura (aboluta). Mzcla ga ial La cuación tao para una mzcla ga ial xpra como P ρrt ino P, ρ y T la prión, nia y tmpratura, rpctiamnt, y la contant mi Ri R m, n on R i la contant caa ga ial, m i u maa y m la maa la mzcla aa por m mi. En una mzcla ga ial cumpl la Ly Dalton, manra tal qu la prión total P in aa por la uma la nominaa prion parcial P i caa ga P Pi. 1

2 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra Air co S fin como air co a la mzcla ga compoición contant finia n cla antrior. Tnino n cunta lo rango tmpratura y prión qu obran n la atmófra, l air co comporta como un ga ial, cuya cuación tao in aa por P ρr T n on R 287 J kg 1 K 1 la contant l ga para l air co. Air húmo S fin como air húmo a la mzcla air co y apor agua, t último también conirao como un ga ial. La cuación tao para l air húmo qua P ρrt n on R ( 1+ 0,608q) R m q, ino m la rlación ntr la maa apor agua m y la maa air húmo m, nominaa huma pcífica. E cir qu, i bin a R la conoc como la contant l ga para l air húmo, u alor ita r una contant ya qu pn l contnio apor agua n l air. La cuación tao para l air húmo pu rcribir como P ρr T n on R la contant l ga para l air co y T ( 1+ 0,608q) T la nominaa tmpratura irtual. Eta última fin ntonc como la tmpratura l air co a la mima prión y nia qu l air húmo conirao. 2

3 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra Saturación S ic qu l air ncuntra aturao cuano l contnio apor agua alcanza l máximo alor qu l air pu contnr. Cuano l air contin una cantia apor mnor a t alor, ét ncuntra no aturao. La prión parcial l apor agua nomina prión o tnión apor, y la rprnta con l ímbolo. El alor la prión apor corrponint a la aturación inica miant l ímbolo. Para l air no aturao, <. Rulta umamnt raro ncontrar air obraturao n la atmófra, n cuyo cao >. El air calint pu contnr mayor apor agua qu l air frío. La cuación Clauiu-Clapyron rprnta la rlación ntr la tmpratura y la prión apor aturación, qu pu cribir n forma aproximaa como 0 xp L R 1 T0 1 T n on 0 0,611 kpa y T K on parámtro contant. R 461 J K 1 kg 1 la contant l ga para l apor agua. En la fórmula utiliza la tmpratura aboluta, xpraa n grao Klin. Dao qu la nub pun tar contituia por gota líquia y crital hilo upnio n l air, bmo conirar aturacion con rpcto al agua y al hilo. Para l cao la aturación con rpcto al agua líquia, utilizamo l calor latnt aporización L L 2,5 106 J kg 1 n la cuación Clauiu-Clapyron, n cuyo cao L / R 5423 K. En l cao conirar la aturación con rpcto al hilo, uamo l calor latnt poición L L 2, J kg 1, n cuyo cao L / R 6139 K. Variabl huma Rlación mzcla 3

4 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra La rlación ntr la maa apor m y la maa air co m tá finia por la rlación mzcla : m m ε P on R ε R apor y l air co. 0,622, cir la rlación ntr la contant lo ga l T q ρ o ino T q ρ ( C) (kpa) (g/kg) (g/kg) (kg/m 3 ) -20 0,127 0,78 0,78 0, ,150 0,92 0,92 0, ,177 1,09 1,09 0, ,209 1,28 1,28 0, ,245 1,51 1,51 0, ,287 1,77 1,76 0, ,335 2,07 2,06 0, ,391 2,41 2,40 0, ,455 2,80 2,80 0, ,528 3,26 3,25 0, ,611 3,77 3,76 0, ,706 4,37 4,35 0, ,814 5,04 5,01 0, ,937 5,80 5,77 0, ,076 6,68 6,63 0, ,233 7,66 7,60 0, ,410 8,78 8,70 0, ,610 10,05 9,95 0, ,835 11,48 11,35 0, ,088 13,09 12,92 0, ,371 14,91 14,69 0, ,688 16,95 16,67 0, ,042 19,26 18,89 0, ,437 21,85 21,38 0, ,878 24,76 24,16 0, ,367 28,02 27,26 0, ,911 31,69 30,72 0, ,514 35,81 34,57 0,

5 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra 36 6,182 40,43 38,86 0, ,921 45,61 43,62 0, ,736 51,43 48,91 0, ,636 57,97 54,79 0, ,627 65,32 61,31 0, ,717 73,59 68,54 0, ,914 82,91 76,56 0, ,228 93,42 85,44 0,08884 Tabla 1 Valor aturación huma para itinto alor ral tmpratura l air, o ino alor ral huma para itinta tmpratura rocío. (Aaptaa Stull, 1995). La rlación mzcla aturación,, fin como pro tomano n lugar n la fórmula. En la Tabla 1 an alguno alor rlación mzcla para l air a nil l mar. Si bin la rlación mzcla xpra n g / g ( cir n gramo apor por gramo air co), la ul xprar n g / kg ( cir, n gramo apor por kilogramo air co). Huma pcífica La rlación ntr la maa apor agua y la maa total air (húmo) nomina huma pcífica q: q m m ε P Al igual qu la rlación mzcla, la huma pcífica xpra n unia g / kg. La huma pcífica aturación obtin utilizano n lugar n la fórmula antrior. La rlación ntr la huma pcífica y la rlación mzcla in aa por q 1+ En la Tabla 1 obra qu << 1 (xprao n g / g), con lo cual pu aproximar batant bin la iguala ntr amba ariabl huma, cir 5

6 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra q Tanto la rlación mzcla como la huma pcífica aturación pnn la prión atmoférica, a ifrncia la prión apor aturación (qu olo pn la tmpratura, r Fa. Clauiu Clapyron). Eto ignifica qu, lo alor prión apor n la Tabla 1 rprntan cantia aboluta mintra qu la otra ariabl huma on ália únicamnt a la prión y nia l air a nil l mar. Lo alor aturación la rlación mzcla y la huma pcífica pun calcular para cualquir otra prión atmoférica mplano la fórmula aa. Huma aboluta A la concntración, ρ, apor agua n air la nomina huma aboluta, y xpra n unia gramo apor por mtro cúbico (g / m 3 ). La huma aboluta ncialmnt una nia parcial, por lo tanto pu r trminaa a partir la prión parcial utilizano la cuación ga ial para l apor agua: ρ R T P ε ρ n on ρ la nia l air co. La nia l air ρ 1,225 kg / m 3 a nil l mar, y aría con la altura, la prión, y la tmpratura acuro con la ly lo ga ial. El alor aturación la huma aboluta, ρ, obtin utituyno n lugar n la cuación antrior. Huma rlatia La rlación ntr l contnio ral apor agua n l air y l contnio máximo (aturación) qu ét poría otnr a la mima tmpratura in aa por la huma rlatia, HR: 6

7 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra HR 100% q q La huma rlatia inica la cantia aporación qu poibl n l air. El air aturao tin HR 100%, y no prmit aporación agua. La Tabla 1 mutra la ariación la rlación mzcla con la HR. E común xprar a la huma HR r rlatia n forma fraccional, n cuyo cao la xpra como r, o a 100%. Cuano l air ncuntra aturao, cir HR 100%, ntonc r 1. Tmpratura punto rocío S nomina tmpratura punto rocío, T, a la tmpratura a la cual l air b r nfriao para tornar aturao a prión contant. Éta pu obtnr la cuación Clauiu-Clapyron (o la Tabla 1) hacino uo n lugar, y T n z T. Lugo, rolino para T obtin: T 1 T0 R L ln 1 Normalmnt, para obtnr la tmpratura rocío conira L L. Si a obtnr la tmpratura l punto carcha bio a la prncia crital hilo n l air, utiliza L L. Si T T, l air ncuntra aturao. La prión l punto rocío (T T ) una mia rlatia la qua l air. T nunca pu r mnor qu T. Si l air nfriao por bajo la tmpratura inicial punto rocío, ntonc la tmpratura l punto rocío iminuy manra tal qu prmanc n too momnto igual a la tmpratura l air, y l xcnt agua conna como rocío, nibla o nub. La rlación ntr la prión l punto rocío y la huma rlatia xpra miant la iguint rlación: 7

8 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra T T 35 log r Tmpratura bulbo húmo Cuano l bulbo un trmómtro rcubirto con una tla humcia con agua pura, torna má frío y aquir una tmpratura mnor qu la tmpratura ral l air T (inicaa por l trmómtro bulbo co) bio al calor latnt aociao con la aporación l agua. El air má co prmit mayor aporación, hacino qu la tmpratura bulbo húmo T cina ignificatiamnt por bajo la tmpratura l air. En l air aturao no hay aporación nta y la tmpratura bulbo húmo iguala a la bulbo co. Para agurar un bun funcionaminto, l bulbo húmo b tnr una buna ntilación ya a hacino circular air a traé él o moino l trmómtro a traé l air. En la tacion mtorológica, n gnral l picrómtro ncuntra montao ntro l abrigo mtorológico y conit n un oport qu otin a lo trmómtro bulbo húmo y bulbo co. Conirmo la tmpratura bulbo húmo T y la rlación mzcla l air qu nul al bulbo húmo tra habr aporao l agua la tla húma. Dbio a qu l calor latnt conumio para la aporación utraío n forma calor nibl a moo nfriaminto, l balanc calor tablc qu: C p ( T T ) L ( ) Si conocn la tmpratura bulbo co y bulbo húmo, y la prión l air P, la rlación mzcla obtin miant: ε c T b P xp 1 T + α β ( T ) T 8

9 Cátra Introucción a la Cincia la Atmófra n on la tmpratura bn r xpraa n C, ε 0,622 g / g, b 1,631 kpa 1, c 17,67, α 243,5 C, y β 4, (g / g)/ C. Conocino, pu obtnr fácilmnt cualquir otra ariabl huma. Agua prcipitabl Si connara l apor agua contnio n una columna atmoférica 1 m 2 cción, l por la maa agua líquia contnia n icha columna xprao n milímtro, inica l alor l agua prcipitabl m. E cir, qu l agua prcipitabl fin como la prcipitación qu rulta connar l contnio total apor agua n una columna atmoférica. Por lo tanto, t parámtro huma contituy una mia l contnio apor agua n la atmófra. La itribución rtical l apor agua pu trminar a partir raioono. Para caa capa z 1 m 2 cción pu trminar l contnio apor agua m: m ρ z z R T m: Intgrano m uprfici hata l top la atmófra obtin l alor m R 1 0 T z Una maa 1 kg agua contnia n una columna un mtro cuarao cción tin un por 1 mm, con lo cual n la cuación arriba m qua xpraa tanto n kg como n mm. Aí fin la unia con la qu ul xprar a la ariabl prcipitación. 9

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