¿Cómo se forman las Nubes?

¿Cómo se forman las nubes? Parte 1

Introducción a la formación de nubes

• En este video se aborda la formación de nubes, dividiendo el tema en dos partes. La primera parte se centra en definir qué es una nube y los mecanismos básicos de su formación.

• Se mencionan otros conceptos importantes como el nivel de condensación y los diferentes mecanismos de ascenso del aire.

Definición y características de las nubes

• Una nube es un conjunto visible de pequeñas gotas de agua o cristales de hielo suspendidos en la atmósfera, clasificado como un hidro meteoro.

• Las nubes no están compuestas por vapor de agua, que es invisible, sino por gotas líquidas o cristales sólidos que permanecen en suspensión debido a su pequeño tamaño.

Proceso de formación de nubes

• Las nubes se forman cuando el vapor de agua se condensa o sublima sobre núcleos de condensación, creando un conjunto visible.

• La composición (líquido o sólido) depende exclusivamente de la temperatura: altas temperaturas producen agua líquida y bajas temperaturas producen cristales.

Condiciones necesarias para la formación

• Existen diversos mecanismos para formar nubes, pero todos requieren ciertas condiciones: presencia de vapor de agua (humedad), núcleos donde ocurra el cambio físico y enfriamiento del aire.

• El enfriamiento permite alcanzar la saturación necesaria para que el vapor comience a condensarse.

Ejemplo práctico sobre humedad relativa

• Un metro cúbico de aire a 30°C puede contener hasta 28 gramos de vapor; si solo contiene 8 gramos, tiene una humedad relativa del 29%.

• Al enfriar ese aire a 20°C, su capacidad disminuye a 15 gramos; con una humedad relativa ahora del 53%.

Saturación y condensación

• Si continuamos enfriando hasta llegar a 10°C, donde solo puede contener exactamente los 8 gramos presentes, alcanzamos una humedad relativa del 100%.

• Esto implica que cualquier descenso adicional en temperatura causará que el vapor se condense formando gotas líquidas.

Mecanismos térmicos en la atmósfera

Procesos adiabáticos

• El enfriamiento adiabático ocurre cuando disminuye la presión atmosférica al ascender; esto provoca expansión y reducción en temperatura sin intercambio térmico.

• Por otro lado, el calentamiento adiabático sucede al aumentar la presión durante un descenso; aquí también hay un aumento en temperatura sin calor externo.

Efecto altitud sobre presión atmosférica

• A medida que ascendemos en altitud, la presión atmosférica disminuye. Esto significa que una parcela ascendente se expandirá y enfriará adiabáticamente.

• Inversamente, al descender, una parcela se comprime aumentando su temperatura debido al incremento en presión.

¿Cómo se forma la humedad y las nubes?

Introducción a la Humedad Relativa

• Se analiza un volumen de aire de un metro cúbico con una temperatura inicial de 19 grados Celsius, capaz de contener hasta 14 gramos de vapor de agua.

• Si el aire contiene solo 8 gramos, la humedad relativa es del 56%, indicando que no está saturado.

Ascenso y Enfriamiento del Aire

• Al ascender a 1.000 pies, la presión atmosférica disminuye, lo que provoca expansión y enfriamiento del aire en 3 grados, resultando en una nueva temperatura de 16 grados.

• La capacidad del aire para contener vapor de agua disminuye a 11.5 gramos; con los 8 gramos presentes, la nueva humedad relativa es del 68%.

Progresión hacia la Saturación

• Al continuar ascendiendo a 2.000 pies, la temperatura baja otros 3 grados a 13 grados Celsius; ahora puede contener solo 9.5 gramos.

• Con los mismos 8 gramos presentes, esto resulta en una humedad relativa del 82%, acercándose al punto de saturación.

Alcance de la Saturación y Condensación

• A los 3.000 pies, la temperatura cae a 10 grados Celsius; el aire alcanza su capacidad máxima con exactamente 8 gramos (100% de humedad).

• A partir de este punto, si continúa bajando la temperatura, el vapor comenzará a condensarse formando nubes sobre núcleos de condensación.

Nivel y Punto de Rocío

• El nivel donde ocurre esta condensación se llama "nivel de condensación", definido como la altura donde el aire alcanza el estado saturado (100%).

• Por debajo del nivel mencionado, el aire cambia su temperatura según el gradiente adiabático seco; por encima cambia según el gradiente adiabático húmedo.

Mecanismos que Forzan al Aire a Ascender

• Existen varios mecanismos que obligan al aire a ascender:

• Convección térmica (calentamiento por contacto con superficie).

• Levantamiento orográfico (aire forzado sobre terreno elevado).

• Levantamiento frontal (masa cálida sobre fría).

• Convergencia en zonas de baja presión.

Enfoque en Convección Térmica

• La convección térmica ocurre cuando el aire caliente se vuelve menos denso y asciende hasta alcanzar el nivel de condensación.

• Las nubes formadas son generalmente uniformes y tienen una base común correspondiente al nivel de condensación.

Ejemplo Práctico

• Supongamos una superficie a 20 grados Celsius y un punto de rocío a 16 grados; si el sol calienta ese volumen hasta los 25 grados...

Proceso de Ascenso y Condensación del Aire

Comportamiento del aire al ascender

• La temperatura de un volumen de aire que asciende es mayor que la del aire circundante, lo que lo hace menos denso y propenso a elevarse.

• A medida que el aire asciende, se expande y enfría adiabáticamente; a 1000 pies, la temperatura puede ser de 22 grados con una humedad del 77%.

Puntos de rocío y formación de nubes

• Al continuar el ascenso, la temperatura disminuye; a 2000 pies se registra 19 grados y una humedad del 88%. Eventualmente, el vapor de agua comienza a condensarse al alcanzar el punto de rocío.

• El punto de rocío no es constante con la altitud; disminuye aproximadamente 0.6 grados Celsius por cada 1000 pies.

Gradientes y base de las nubes

• La diferencia entre la temperatura y el punto de rocío en superficie afecta directamente la altura donde se forma la base de las nubes.

• Si hay una diferencia pequeña entre estos valores (ejemplo: 20 grados vs. 17 grados), se puede calcular que la base estará a aproximadamente 1200 pies.

Ejemplos prácticos

• En situaciones donde hay mayor separación entre temperatura y punto de rocío, como en un caso con temperaturas más altas, se espera que la base esté más alta (3200 pies).

• Un ejemplo práctico muestra cómo calcular la altura esperada para las nubes usando una fórmula basada en esta diferencia.

Variaciones diarias en altura

• A lo largo del día, conforme aumenta la temperatura, también lo hace la diferencia respecto al punto de rocío, elevando así progresivamente la base de las nubes.

• Por ejemplo, a las 6 AM podría haber solo una diferencia pequeña (2 grados), mientras que a las 3 PM esa diferencia podría ser mucho mayor (30 grados vs. 17).

Factores adicionales en predicciones

• Es importante considerar otros factores como aportes adicionales de humedad debido a cuerpos acuáticos cercanos que pueden alterar los niveles esperados.

Desarrollo vertical de las nubes

• Las nubes se desarrollan desde el nivel donde comienza su formación hasta donde encuentran condiciones atmosféricas estables.

¿Cómo se forman las nubes?

Condiciones de estabilidad atmosférica

• Si la temperatura de una parcela de aire es inferior al gradiente vertical, se generan condiciones estables que restringen su ascenso. Esto indica que la base de las nubes se encuentra en el nivel de condensación.

• En el lado inestable del gráfico, la parcela de aire tiende a continuar ascendiendo porque su temperatura es mayor que la del aire circundante, cambiando su temperatura según el gradiente adiabático húmedo.

• Al alcanzar un punto donde el gradiente adiabático húmedo iguala el gradiente vertical, si la parcela sigue ascendiendo, encontrará condiciones estables y comenzará a descender.

• Este límite en el desarrollo vertical marca los topes de las nubes; por encima de este punto, el aire no puede seguir ascendiendo.

Desarrollo vertical de las nubes

• El desarrollo vertical depende en gran medida de las condiciones atmosféricas. Sin estabilidad a mayores altitudes y suficiente vapor de agua, las nubes pueden crecer hasta alcanzar la tropopausa.

• La tropopausa actúa como un límite para el crecimiento vertical debido a cambios drásticos en la temperatura ambiente con la altitud.

Formación y limitaciones en la creación de nubes

• No siempre hay formación de nubes con calentamiento y ascenso del aire; si una parcela no alcanza su nivel de condensación, no formará nubes.

• Un ejemplo muestra cómo una parcela calentada a 20 grados no logra alcanzar el punto de rocío antes del ascenso estable a 1.000 pies, resultando en ausencia de nubes.

• A las 9:00 AM, aunque la temperatura sube a 22 grados, nuevamente no se alcanza el punto crítico para formar nubes.

• A las 10:00 AM, cuando la temperatura llega a 25 grados, se alcanza finalmente el nivel crítico para condensación y formación efectiva de nubes.

Factores adicionales en la formación de nubes

• La "temperatura crítica" es crucial para determinar cuándo comienza realmente la formación de nubes; aquí es cuando se alcanzan los 25 grados.

• Además del calentamiento del aire, factores como cantidad adecuada de vapor y núcleos de condensación son esenciales; sin ellos, incluso altas temperaturas no garantizan nubosidad.