estabilidad atmosferica

[jake]

Estabilidad Atmosférica
La condición de la atmósfera que se opone al desarrollo de nubes de
los géneros cúmulos y cumulonimbos. Se caracteriza por estados del
cielo despejados o con presencia de nubes estratiformes.
Estabilidad atmosférica
Cuando el aire se eleva, se enfría, se condensa y eventualmente se
pueden producir nubes. Pero no siempre ocurre eso, y cuando se
producen las nubes pueden ser de tamaño muy diferentes. La formación
de condensación y nubes está relacionada con la estabilidad del aire.
Imaginar una burbuja o parcela de aire que puede moverse sin
intercambiar aire con el medio que la rodea (como un globo). Si la
burbuja es forzada a elevarse, se expande y su temperatura disminuye.
Si la temperatura de la burbuja se mantiene menor que la del ambiente
que la rodea, debe ser más densa (más “pesada”), por lo tanto tiende a
regresar a su posición original, en este caso se dice que el aire es
estable respecto a movimientos verticales. Por el contrario, si la
burbuja o parcela de aire que se eleva fuera más cálida que el
ambiente, será menos densa (más liviana) y tiende a continuar
elevándose hasta una altura donde encuentre un ambiente que le rodea
con su misma temperatura, (es igual que los globos de aire caliente
que se elevan hasta que la densidad del gas caliente iguala a la del
ambiente), en este caso el aire es inestable.
La estabilidad es una propiedad del aire que describe su tendencia a
permanecer en su posición original, estable, o a elevarse, inestable.
La estabilidad de la atmósfera está regulada por la temperatura en
diferentes niveles, lo que determina el gradiente ambiental de
temperatura, que no es lo mismo que los cambios de temperaturas
adiabáticos anteriores, sino que es el gradiente real o actual de
temperatura de la atmósfera. Ahora resumamos los distintos gradientes
de temperatura que conocemos: el gradiente normal de temperatura, cuyo
valor es -6.5º C/km en promedio global; el gradiente ambiental de
temperatura, que es la variación real que se mide durante las
mediciones con radiosondeo, puede tomar cualquier valor, incluso puede
ser positivo en las capas de inversiones térmicas; el gradiente
adiabático seco, cuyo valor es -9.8º C/km y el gradiente adiabático
húmedo, de magnitud variable entre -5º a -9º C/km. Estos gradientes de
temperatura se utilizan para determinar el grado de estabilidad de la
atmósfera. Se distinguen tres tipos de estabilidad, conocidas como
estabilidad absoluta, inestabilidad absoluta e inestabilidad
condicional.
Estabilidad absoluta.
Se produce cuando el gradiente de temperatura ambiental real es menor
que el gradiente adiabático húmedo y por lo tanto menor que el
gradiente adiabático seco. En la figura 5.8 se ilustra la formación de
nubes cuando el aire es estable, con un gradiente de temperatura real
de 5º C/km y un gradiente de temperatura húmedo de 6º C/km. En esta
figura, por el gradiente ambiental real, si la temperatura en
superficie es 20º C, a un kilómetro de altura es 15º C. Al imaginar el
proceso de elevar la parcela de aire desde superficie, se enfría según
el gradiente adiabático seco hasta 10º C a un kilómetro de altura, por
lo que es más densa. Si se fuerza a elevar más la parcela hasta el
nivel de condensación donde se formarían las nubes, se enfría más y se
hace más densa que el ambiente por lo que tiende a regresar a su
posición original en superficie, entonces se dice que la atmósfera es
estable.
La estabilidad evita la formación de nubes. Las condiciones más
estables se producen cuando la temperatura aumenta con la altura, es
decir con una inversión térmica. Las inversiones térmicas ocurren más
frecuentemente en la noche con cielos claros por enfriamiento
radiativo, formándose capas de aire muy estable que no permiten la
mezcla vertical. Estas capas estables favorecen el aumento de
contaminación, ya que el aire contaminado muy denso y pesado permanece
cerca del suelo, sin poder mezclarse con el aire superior mas limpio,
y si no hay viento no se puede transportar horizontalmente.

Inestabilidad absoluta.
Una parcela de aire tiene inestabilidad absoluta cuando el gradiente
ambiental real de temperatura es mayor que el gradiente adiabático
seco. En la figura 5.9 se ilustra el proceso con los valores de
gradiente ambiental, húmedo y seco de 12, 6 y 10º C/km
respectivamente, donde la parcela de aire ascendente es siempre más
cálida que el ambiente, por lo que seguirá elevándose y la atmósfera
es inestable. Al elevarse el aire se expande y se enfría hasta
producirse la condensación, favoreciendo la formación de nubes.

Este tipo de inestabilidad ocurre más frecuentemente durante los meses
cálidos con días despejados, cuando el calentamiento solar es intenso
y las capas más bajas se sobrecalientan más que el aire de capas mas
altas, produciendo un gradiente ambiental inestable, por ejemplo de
12º C/km que es mayor que el gradiente seco. La inestabilidad
producida por fuerte calentamiento en superficie está confinada a los
pocos kilómetros sobre el suelo. A mayor altura el gradiente ambiental
de temperatura toma valores normales. Por lo tanto las nubes generadas
por calentamiento en superfície son de poca altura vertical y rara vez
producen mal tiempo. En época de primavera - verano, puede haber días
en los cuales se puede producir un fuerte calentamiento en superficie,
elevándose la masa de aire y si tiene suficiente humedad, el
enfriamiento durante el ascenso produce niebla o neblina en superficie
y nubosidad en capas bajas, sin que se produzca lluvia. Esta formación
de nubes se conoce como una baja, vaguada o depresión térmica; el
término de baja es porque el ascenso del aire simultáneamente produce
una disminución de la presión en superficie. Su duración típica es de
dos días y medio, ya que si no se unen con algún sistema frontal, al
tercer día la radiación solar en el tope de las nubes, disipa la
delgada capa de nubes.
Inestabilidad Condicional.
Se produce cuando el aire húmedo tiene un gradiente ambiental de
temperatura entre los gradientes adiabático seco y húmedo (entre 5 y
10º C/km). En otras palabras se dice que la atmósfera es
condicionalmente inestable cuando es estable respecto a una parcela de
aire no saturada, pero inestable respecto a una parcela de aire
saturada. En la figura 5.9 se observa una parcela más fría que los
alrededores (estable) que se eleva hasta 4 km. Cuando se libera el
calor latente sobre el nivel de condensación, la parcela se hace más
cálida que el ambiente, se vuelve inestable y continua elevándose,
formándose las nubes. La inestabilidad condicional depende del tiempo
presente y de si el aire está o no saturado. El término condicional se
refiere a que el aire debe ser forzado a elevarse, tal como sobre una
barrera montañosa, alcanzando un nível donde se hace inestable y desde
ahí continúa elevándose libremente.
Resumiendo, la estabilidad del aire está determinada por la
distribución vertical de temperatura. Una columna de aire es inestable
cuando el aire de la capa inferior es más cálido y menos denso que el
aire de arriba, elevándose y desplazando al aire frío de capas mas
altas. Las condiciones más inestables se producen con calentamiento
intenso de la superficie. Inversamente, el aire es estable cuando la
disminución de temperatura con la altura es menor que el gradiente
adiabático húmedo. Las condiciones más estables se producen en épocas
de bajas temperaturas, en dias fríos con inversiones térmicas.

La estabilidad de la atmósfera se favorece en las siguientes
condiciones:
a) Por enfriamiento radiativo en la noche.
b) Por enfriamiento de una masa de aire desde abajo cuando pasa por
una superficie fría.
c) Por subsidencia de la columna de aire.
La inestabilidad se favorece en las siguientes condiciones:
a) Calentamiento solar intenso en superficie.
b) Calentamiento de la masa de aire cuando pasa por una superficie
caliente.
c) Por movimiento vertical del aire producido por ascenso forzado
(orográfico, frontal y por convergencia).
d) Enfriamiento radiativo en el tope de las nubes.