TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. NUBES. PRECIPITACIÓN.

Transcripción

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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

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

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

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

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

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

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