Programa para calcular la base de las nubes

Correo escrito por Eduardo Sánchez Granel a la "Lista Argentina de Parapente", lunes, 26 de abril de 2010.

                Hola Guillermo y demás pilotos,

                Es correcta la regla aproximada de multiplicar por 120, la diferencia entre temperatura y temperatura del punto de rocío, pero quiero aclarar algunos aspectos de la explicación.

                La siguiente frase puede provocar confusión:

                Dado que la altura de las nubes es una función directa de la cantidad de humedad que tiene la masa de aire del lugar, y, del gradiente de descenso de temperatura (en una masa de aire normal un grado centígrado cada 120 metros ), ...

                La altura de la base de los cúmulos es una función directa de la humedad del aire de la térmica a nivel superficie, y de la temperatura de disparo de la misma. Guillermo luego correctamente cita estos dos valores como los necesarios para el cálculo de la base de la nube, pero previamente en la frase anterior introduce un gradiente de descenso de temperatura del cual no queda claro a qué gradiente se refiere.

                Tenemos por un lado las curvas de estado del aire. Las mismas son las que determinan qué temperatura y qué temperatura de punto de rocío, tiene la tropósfera a diferentes alturas en un momento dado. La curva de estado es una "foto": presenta características de toda la masa de aire en un momento dado. Esta curva de estado varía permanentemente, minuto a minuto, en mayor o menor medida. La curva de estado de mañana seguramente diferirá de la de hoy, en mucho o en poco, pero diferirá. La curva de estado de las 3 de la tarde es diferente de la de las 9 de la mañana. Para obtener esta curva de estado tenemos dos caminos: utilizar los sondeos cuando tenemos uno disponible cercano y útil a nuestra zona de vuelo, y utilizar las estimaciones que salen de los modelos numéricos. Ahora bien, estas curvas de estado nos pueden ser útiles para determinar si se formarán cúmulos o las térmicas se debilitarán antes debido a la presencia de alguna inversión, pero para el cálculo de la base de dichos cúmulos sólo hace falta saber la tempertura de superficie y la temperatura de punto de rocío en superficie. El gradiente de esta curva de estado no juega ningún papel en el cálculo de altura de la nube (sí, en su probable existencia o no). Existe en la terminología lo que se llama una atmósfera estandar o normal, que establece una caída de 6,5 grados centígrados por cada 100 mts de altura, pero demás está decir que como todo valor estandar, representa un promedio pero pocas veces la realidad en el rango de alturas que nos interesa cumple con ese valor. Tenemos perfiles de temperatura más inestables (mayor gradiente), o más estables, isotermas, inversiones, capas superadiabáticas, etc.

                Luego tenemos el gradiente adiabático seco, que es el enfriamiento que una parcela de aire (térmica) sufre al elevarse. El mismo es de aproximadamente 1 grado centígrado cada 100 mts. Esto implica que el aire de una térmica se va enfriando a razón de 1 grado cada 100 mts de ascenso de la térmica. Esto es una relación física: todos los días del anio, a toda hora, se cumple exactamente igual. Esto no es una foto del aire, es el camino que recorrerá una parcela de aire si la misma se eleva ( o desciende) sin que haya condensación (evaporación).

                De la misma manera, el punto de rocío de una parcela de aire, o sea la temperatura a la cual esa masa de aire no puede retener más el agua en estado gaseoso y comienza la condensación, cambia al elevarse la parcela de aire. Pero su cambio es mucho más leve que el cambio de temperatura de la masa de aire. Como el aire más frío no puede retener tanta humedad absoluta (gramos de vapor de agua por cada kg de aire) como sí puede el aire más cálido (de allí que los e quipos de aire acondicionado "chorrean" agua; es la humedad que le extraen al aire), es lógico que con la ganacia de altura la parcela de aire se vaya transformando en más húmeda en términos relativos, hasta llegar a la condensación. Sin embargo esta bajada de la temperatura del punto de rocío es "suave" y para simplificar digamos que lineal en las alturas que nos interesan y de un valor de 0,18 grados cada 100 mts. Esta bajada del punto de rocío también es una relación física: todos los dias, a toda hora, igual. No es una foto, es el camino que recorrerá una parcela de aire con un cierto contenido de vapor de agua, que es elevada hasta su condensación.

                Entonces lo que tenemos es que una parcela de aire que es forzada a elevarse (ya sea por cuestiones de convección , mecánicas o frontales), pierde 1 grado cada 100 mts, pero condensaría a solo 0,18 grados menos cada 100 mts. Esto quiere decir que si en superficie tengo una temperatura de 20 grados y una temperatura de punto de rocío de 19,18 grados, una parcela de aire que se eleve condensaría a los 100 mts de altura. Mientras que que si la diferencia fuera de 1 grado entonces condensaría a los 120 mts de altura aprox. Esta relación de 1 grado cada 120 mts no corresponde a ningún gradiente ni es la bajada del punto de rocío, sino que es la relación en la que se acercan el gradiente adiabático seco (1 grado cada 100) y la bajada del punto de rocio (0,18 gr cada 100)

                Más allá de toda esta explicación, la regla de 120 mts por cada grado de diferencia entre temperatura y temp. punto de rocío, es la correcta.

                Respecto a lo del Mixed Layer Height, o PBL (Planetary Boundary Layer) Height, esto se refiere a la zona baja de la atmósfera donde hay actividad convectiva y por lo tanto hay mucha mezcla de aire a diferentes alturas. Pero esto no tiene relación con la base de las nubes. Un día seco de térmicas azules no vamos a tener cúmulos pero el PBL estará dado de todas maneras por la altura máxima de las térmicas. Un día con cúmulos "gorditos" la base de las nubes estará por debajo del PBL ya que la zona de desarrollo del cúmulo está dentro del PBL. Sólo coincidirán el PBL y la base de nubes, cuando la condensación se de justo antes de la capa de inversión y haya cúmulos "chatos"

Correo escrito por Guillermo A. Saez a la "Lista Argentina de Parapente", lunes, 24 de abril de 2010.

                Bueno te paso esto por si te sirve:

                Dado que la altura de las nubes es una función directa de la cantidad de humedad que tiene la masa de aire del lugar, y, del gradiente de descenso de temperatura (en una masa de aire normal un grado centígrado cada 120 metros ), para pronosticar los techos o bases de las nubes entonces bastaría con conocer dos cosas:
a) Temperatura y su estimación en el tiempo futuro: T
b) Temperatura del Punto de rocío y su estimación en el tiempo futuro: Tr

                Entonces, para un momento dado, la diferencia entre T y Tr, multiplicada por 120 metros da aproximadamente la altura de la base de las nubes, en otras palabras..., cuántos grados le falta bajar a la Tr para condensar la humedad que tiene, considerando que baja un grado cada 120 metros que sube. Lo cual es lógico, y si se fijan, ambas temperaturas están iguales cuando a nivel del suelo tenemos nieblas.

                Más específicamente en el NOAA, en su meteograma, uno puede pedir por ejemplo temperatura a 2m del suelo, y en la gráfica vendrá representada con una línea continua roja, pero además se plotea una línea punteada azul, que dice Dew Point, o sea el valor de la temperatura del punto de rocío para esa hora del día (hora Zulu). Si hacen el cálculo que mencioné antes, verán que da un valor de altura de nubes.

                Por otro lado, en el mismo meteograma se puede pedir el parámetro: Mixed Layer Height, que se muestra como un trazo continuo en rojo con la leyenda PBL HEIGHT y una escala en metros al lado. Esa es exactamente la altura de las nubes pronosticadas a futuro. Valor que coincide con la diferencia de los dos valores de T y Tr.