Inestabilidad

Correo escrito por Eduardo Musto a la lista de Flyranch.

                La manera más fácil que encontré de ver la inestabilidad, y sobre todo la inversión, es la que figura abajo. Lo que le contaba a Héctor. Voy a tratar de explicarlo lo más simple que pueda. A muchos les parecera simplista, a otros obvio, y algunos útil.

                Para que haya térmicas utiles se necesita, por lo menos, que la atmósfera tenga el perfil normal de temperaturas según altura.

                Eso garantiza que la térmica, (que se desprende como una bolsa de aire recalentado por el suelo y se suelta con una diferencia de temperatura por arriba del resto del aire superficial) va a subir mientras el aire en altura que la rodea sea "normal" (o más frío), ya que puede conservar esa diferencia con la que salió y entonces seguirá "flotando" y subiendo.

                ¿Pero qué es lo "normal"?

                Lo normal es que el aire en las diferentes alturas tenga una temperatura que disminuye a un ritmo estandard por el sólo hecho del descenso de presión. Ese descenso es "adiabático". Es decir sin calentarlo ni enfriarlo externamente.

                Sería lo que pasaría si pusiéramos un pedazo de atmósfera en una bolsa mágica que no permite que entre ni salga calor, pero que es "permeable" a los cambios de presión. Como un termo ideal con un agujerito minusculo, que deja "pasar" la presión, pero no deja pasar el calor. El aire del termo se iría enfriando al ritmo que produce el descenso de presión que aparece por el aumento de altura.

                Con un ejemplo numérico simplificado se entiende mejor. Imaginemos que por el sólo efecto del descenso de presión que implica la ganancia de altura el aire baja 1 grado cada 100 metros. Si en la superficie el aire esta a 30 grados, a 100 mts de altura serán 29°, a 200>28°, a 300>27°, a 1000>20° grados y así sucesivamente.

                Pensemos en un día con temperatura superficial de 30 grados. Imaginemos que en una zona de suelo determinada el aire se queda quieto, atrapado contra un barranco, por ejemplo, y se calienta a 31 grados. El aire de esa zona está un grado por arriba de la masa de aire que lo rodea, y por lo tanto "flota" dentro de la masa mayor, un poco mas fría. (el aire calentado está más dilatado, por lo tanto menos denso, por lo tanto más "liviano", por lo tanto flota, dentro de aire más frio, por ende más denso).

                Esto genera un térmica que se desprende como una bolsa de aire a 31 grados , rodeada de aire a 30°. Cuando esa térmica llega a los 100 metros, el aire de la térmica por efecto del descenso de presión, pasa a tener 30 grados. Pero por la misma razón el aire que la rodea a 100 metros de altura esta a 29 grados. Sigue conservando su diferencia de un grado y sigue flotando. A 200 metros la termica está a 29 grados, pero la masa externa a 28 y sigue siendo "flotadora" y sigue subiendo. y así sucesivamente.

                Es decir que si una térmica se desprende dentro de una atmosfera "normal" va seguir subiendo indefinidamente siempre que la masa siga enfriándose "normalmente". Una termica infinita.

                Pero la naturaleza, como siempre, es más compleja. Casi nunca la atmósfera es normal. Y el "apego" a lo normal cambia con la altura.

                En un ejemplo:
de 0 a 500 mts de altura el aire se enfría segun lo normal. Lo provocado por el descenso de presión
de 500 a 1000 mts se enfría más rápido de lo normal,
de 1000 a 1500 nuevamente normal,
y de 1500 a 2000 se enfría más lentamente que lo normal,
Y de 2000 a 2500 se calienta (a eso se le llama "inversión " y es la tapa para las térmicas porque el aire de la térmica en lugar de estar rodeado por aire mas frío pasa a estar rodeada por aire más caliente. En lugar de bajar la temperatura, sube).

                El ritmo de ascenso de la térmica va a ir cambiando con la altura. ¿Qué pasaria?

                De 0 a 500 la atmósfera es normal . La térmica conserva su ventaja de temperatura y sube, "normalmente". De 500 a 1000 la atmósfera se enfría más de lo normal. Pongamos, 1,2 grados cada 100 mts. Eso hace que la térmica se encuentre con aire más frio que lo standard, y se incrementa la ventaja de temperatura. Por lo tanto, al haber más diferencia de temperaturas entre la térmica y la atmósfera que lo rodea, la térmica "flota más" y sube más rápido.

                En esos 500 mts se "ganaron" 0,2 *5 = 1 grado de diferencia adicional. A 1000 mts la diferencia ya es de 2 grados. De 1000 a 1500 volvemos a lo normal. La térmica conservara su diferencial de 2 grados en ese rango de 500 mts. De 1500 a 2000 el aire ya no baja a 1 grado cada 100 mts, sino a 0,8 , por ejemplo. Pero el aire de la térmica sigue bajando a 1 cada 100. Entonces empieza a achicarse su "ventaja" . En este ejemplo, 0,2 * 5 = 1 grado. Cuando llega a 2000 mts pierde 1° de ventaja y vuelve e estar a solo 1 grado de diferencia.

                Y a 2000 mts el aire se empieza a calentar. Imaginemos que en un rango de 300 mts aumenta 1 grado. Bueno, a 300 mts más arriba del inicio de la inversión, se pierde el diferencia de temperatura de 1° que teniamos. El aire de la térmica y el de la atmósfera que la rodea estan a la misma temperatura. Se pierde toda "flotación" y la térmica se frena por completo.

                Esto es un ejemplo supersimplificado , que asume muchas cosas que no son exactamente así, pero que es una buena aproximación a la realidad.

                Si dibujaramos en un gráfico este asunto del "perfil de temperaturas" nos queda un gráfico como el que sigue, en donde la linea roja es la temperatura. Hacia arriba es altura, y la escala horizontal es la temperatura.

                Si vamos para arriba (+ altura) baja la temperatura, entonces la curva se va a la izquierda (- temperatura ). En este tipo de gráficos la "normal" es una linea con una inclinación determinada. Si vemos que se "acuesta" más de la pendiente standard significa que el aire se enfría más de lo normal, lo cual es muy bueno.

                Si vemos que se inclina a la derecha es malo, porque se enfría menos de lo normal y si hace un codo pronunciado a la derecha con un angulo determinado se trata de una inversión.

                Es muy real, pero difícil de interpretar (sigue abajo).

                Hay un gráfico mucho más simple e intuitivo, que nos permite ver lo que nos interesa. La altura de la inversión, y la inestabilidad.

                En ese gráfico se "normalizan" las temperaturas en altura "proyectándolas " a nivel de superficie. En otras palabras, se gráfica que temperatura tendría una muestra de aire de altura si lo "bajaramos" hasta el suelo. Por el fenómeno inverso del ascenso el aire al bajarlo se calienta.

                Así, siguiendo el ejemplo numérico, el aire a 1000 del suelo, que tiene 10° menos que el de superficie (20°), si lo lleváramos a la superficie tendría 10 grados mas. Tendria 30°. Igual que en la superficie. Es la temperatura "potencial" referida a la superficie. Lo que tendría si lo proyectamos a nivel del suelo.

                En una atmósfera normal, si hacemos un grafico de ese tipo, cuando subimos en altura pero dibujamos "la temperatura que tendría", siempre tendría lo mismo. Sería una linea vertical.

                Si en una muestra real la curva se inclina a la izquierda significa que el aire esta más frío que lo estandar. Lo "bajo al suelo", y en lugar de tener la temperatura del suelo, tiene menos. Eso es muy bueno, porque asegura y fortalece la "flotabilidad" de la térmica.

                Por otra parte, si la curva de inclina a la derecha significa que hay un descenso de la disminución de la temperatura, lo cual es muy malo, porque disminuye la flotabilidad.

                Y si la curva se va a la derecha en un angulo que implica aumento de temperatura, se trata de una inversión y las térmicas se detienen. Cuando pasa eso lo dibujan en naranja. En este ejemplo, esto sucede a 900 milibares, que corresponde, mas o menos, a 1000 metros.

                En el ejemplo de hoy parece que había buena inestabilidad, hasta que se llegaba a la inversión y se acababa la fiesta.

                En resumen para saber "a ojo" si hay buena inestabilidad, y dónde esta la inversión, lo más fácil es ir a este gráfico.

                Vean que en el caso de la semana pasada la curva se inclinaba a la derecha, y de repente aparecia la inversión. Eso implicaría desaceleración de las térmicas con la altura y luego una inversión. Un día dificil para subir, y casi imposible llegar al techo.

                Hay que recordar que nuestras alas caen más o menos 1 m/s , por lo cual cuando el aire sube a 1m/s dejamos de subir, pero la térmica continúa.

                Abajo esta la forma de hacerlo, desde la página de Ready del NOAA:
http://ready.arl.noaa.gov/READYcmet.php
* entra en este link.
* poné -35 -58, más o menos a la altura de FlyRanch.
* Entrá a Sounding, 3 hs.
* Elegí fecha y hora (pone 18 UTC, 15 hs de acá).
* Tipe = Only to 400 mb.
* Graphics = all.
Ponés las letras y adentro.

                El gráfico que dice potential Temperature es el que te dá la "temperatura potencial". Es decir la temperatura que tendría el aire en cada altura, si lo bajaramos hasta el piso.

                Si la linea es vertical es la "normal". Hacia la izquierda, más frío de lo normal (bueno). A la derecha , más caliente de lo normal (malo).

                Y si está amarillo, directamente, es una inversión (se calienta en lugar de enfriarse).

                Este es el gráfico de mañana.

                Abajo esta bueno. Después se tira a la derecha. poca inestabilidad térmicas suaves, rotas, desarmadas. Después se invierte y listo. Condiciones como la del sábado.

                Por mi experiencia si esta vertical hasta la inversión (siempre hay inversión) está muy bueno.