TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua...
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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.
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AEROSOLES ATMOSFÉRICOS
PartículaRadio(µµµµm)
Nº de partículas (por cm3) Origen Vida Media
Rango Típico
Aitken <0.1 103-105 1000Combustión. Conversión
gas-partícula
Grandes0.1 a 1.0
1-1000 100
Coagulación de núcleos Aitken Evaporación
de gotas
Días
Gigantes >1.0
Polvo Emisiones
industrialesEvaporación
de gotas
Horas-días.Minutos-horas
PARTÍCULAS DEL AEROSOL ATMOSFÉRICO
1-10 1
Polvo Emisiones
industrialesEvaporación
de gotas
Horas-días.Minutos-horas
1-1000 100Coagulación
núcleosAitken Evaporación
de gotas
Días
103-105 1-1000Combustión. Conversión
gas-partículaDías
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PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS
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DISTRIBUCIONES DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS
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PÁRTICULAS. CRECIMIENTO HIGROSCÓPICO
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DISTRIBUCIÓN VERTICAL DE PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS
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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.
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CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERAMODOS DE CONDENSACIÓN
A1) Enfriamiento isóbaro con r=cte y rs↓Rocío y escarchaBrumasNieblas de radiación y advección
A2) Saturación y condensación por enfriamiento adiabático
A3) Mezcla con una masa más fría: nieblas de mezcla
A) T↓↓↓↓
B) r↑↑↑↑T=cte
Aire Taire,e,r,pAgua Tagua
Evaporación e<es(Tagua)
Taire<Tagua ⇒, e<es(Taire)<es(Tagua)
Cuando e=es(Taire)< es(Tagua)
el aire se satura pero continúa la evaporación
Condensación ⇒Nieblas de evaporación
T
e
T, e
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ROCIO Y ESCARCHA
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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.
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TAMAÑOS DE GOTAS
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Evaporarse:Hay que superar atracciones
• Curvatura –– Menos atracciones
– Se hace más fácil
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NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA
e’ presión de vapor en el equilibrio
es(∞) presión de vapor en el equilibrio sobre superficie plana de agua
Efecto de la curvatura
r ↑ e’(r) ↓
Si r→∞, e’(r) →es (∞)
Las sobresaturaciones requeridas impiden la nucleación homogénea
∞=
∞=
r
ae
rTRere s
vws exp)(
12exp)()('
ρσ
Ley de Kelvin
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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
PartículaRadio(µµµµm)
Nº de partículas (por cm3) Eficacia
Rango Típico
Aitken <0.2 103-105 1000 Baja
Grandes 0.2 a 2.0 1-1000 100 Alta
Gigantes >2.0 1-10 1 Muy alta
AEROSOLES
NÚCLEOS DE CONDENSACIÓN
Baja
Alta
Muy alta
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EFECTOS DE LA DISOLUCIÓN
sw
w
s nn
n
e
e
+='
Efecto de la disolución ns ↑ e’ ↓
Partícula hidrófila Partícula hidrófoba
e’ presión de vapor en el equilibrio es presión de vapor en el equilibrio sobre superficie plana de agua
w
s
s n
n
e
e −=1'
Ley de Raoult
nw moléculas de agua ns moléculas de soluto
Disoluciones diluidas
ssAs mMiNn /=
wwAw mMNn /=
i factor de disociación iónica Mw masa de agua Ms masa de soluto NA Número de Avogadro mw masa molar de agua ms masa molar de soluto
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EFECTOS DE LA DISOLUCIÓN
Partícula hidrófila Partícula hidrófoba
sw
ws
swA
wsA
w
s
s mM
miM
mMN
mMiN
n
n
e
e −=−=−= 111'
lw rM ρπ 3
3
4=
331
1
4
31
'
r
b
rm
Mim
e
e
sl
sw
s
−=−=ρπ
cte = f(prop quím)
radio gota
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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 radio3
1'
r
b
r
a
e
e
s
−+≈
Para estudios avanzados en la física de la atmósfera
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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.
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PRECIPITACIÓNVELOCIDAD TERMINAL
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PRECIPITACIÓN DESDE NUBES DE GOTAS DE AGUA
COLISIÓN Y COALESCENCIA
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PRECIPITACIÓN DESDE NUBES DE GOTAS DE AGUA
COLISIÓN Y COALESCENCIA
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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.
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NUCLEOS GLACIÓGENOS
Congelación homogénea T < -40ºC
Núcleos de hielo permiten congelación a partir de –10ºC
No son muy abundantes en la naturaleza
Tipos:
Núcleos de deposición difusiva (Sublimación)
Núcleos de congelación (Congelación de gotas subfundidas)
Núcleos de contacto (Congelación por contacto con gota subfundida)
Ejemplos:
Minerales de arcillas
Partículas resultado de descomposición de biomasa
Cristales de hielo
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PRECIPITACIÓN DESDE NUBES MIXTAS
T
e
T, e
Td
w
i
Para T< 273 k
ei(T)<ew(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
Nubes mixtasGotas de agua subfundida y cristales de hielo
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PRECIPITACIÓN DESDE NUBES MIXTASTEORÍA DE BERGERON-FINDEISEN
Agregación Colisiones de cristales de
hielo
Copos de nieveAcreción
Colisiones de cristales de hielo con gotitas de
agua subfundida
Condensación sobre hielo Evaporación agua subfundida
Crecimiento de cristales hielo
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AGREGACIÓN
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NUBES DE AGUA. NUBES MIXTAS
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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.
![Page 30: TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida.](https://reader031.fdocumento.com/reader031/viewer/2022022618/5baa2dcd09d3f209118bcee0/html5/thumbnails/30.jpg)
CLASIFICACIÓN DE NUBES
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CLASIFICACIÓN DE NUBES
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CUMULUS DE BUEN TIEMPO
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CUMULUS CONGESTUS
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CUMULONIMBUS
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STRATUS
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ESTRATOCUMULUS
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ALTOCUMULUS
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ALTOCUMULUS
![Page 39: TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida.](https://reader031.fdocumento.com/reader031/viewer/2022022618/5baa2dcd09d3f209118bcee0/html5/thumbnails/39.jpg)
ALTOSTRATUS
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CIRRUS
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CIRRUS
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CIRROCUMULUS
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CIRROSTRATUS
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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?
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MECANISMOS DE FORMACIÓN.PROCESOS DE ELEVACIÓN
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NUBES CONVECTIVAS
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DESARROLLO CONVECTIVO
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FORMACIÓN DE ESTRATOCUMULOS
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NUBES-RADIACIÓN SOLAR
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TELEDETECCIÓN DE NUBES
Imagen VISIBLE Imagen INFRARROJA
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DESCARGAS ELÉCTRICAS
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ELECTRICIFICACIÓN ATMOSFÉRICA
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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.
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NIEBLAS DE RADIACIÓN
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NIEBLA MARINA DE ADVECCIÓN
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NIEBLA DE EVAPORACIÓNSATURACION POR APORTE DE VAPOR DE AGUA
Aire Taire,e,r,p Agua Tagua
Hay evaporación mientras e<es(Tagua)
Taire>Tagua, ⇒e<es(Tagua)< es(Taire) Cuando e=es(Tagua)< es(Taire)
cesa la evaporación
Taire<Tagua ⇒, e<es(Taire)<es(Tagua) Cuando e=es(Taire)< es(Tagua) aire
saturado y continúa evaporación
No saturación
Condensación
Nieblas de evaporación
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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.
![Page 58: TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida.](https://reader031.fdocumento.com/reader031/viewer/2022022618/5baa2dcd09d3f209118bcee0/html5/thumbnails/58.jpg)
PRECIPITACIÓN
![Page 59: TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida.](https://reader031.fdocumento.com/reader031/viewer/2022022618/5baa2dcd09d3f209118bcee0/html5/thumbnails/59.jpg)
FORMAS DE PRECIPITACIÓN
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LLUVIA ENGELANTE
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GRANIZO
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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.
![Page 63: TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida.](https://reader031.fdocumento.com/reader031/viewer/2022022618/5baa2dcd09d3f209118bcee0/html5/thumbnails/63.jpg)
LLUVIA ARTIFICIAL
Hielo seco (CO2) Produce enfriamiento (-78ºC)
AgI (Núcleo de congelación activo a -4ºC)
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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.
![Page 65: TEMA 5. CONDENSACIÓN EN LA ATMÓSFERA. …andyk/Docencia/Metclim/05.pdf · El vapor de agua necesita una superficie sobre la que condensar: Nucleación homogénea: sobre agua líquida.](https://reader031.fdocumento.com/reader031/viewer/2022022618/5baa2dcd09d3f209118bcee0/html5/thumbnails/65.jpg)
PLUVIÓMETROS