3.6: Comprender el perfil de temperatura de la atmósfera

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Ahora podemos comenzar a entender las razones del perfil típico de temperatura de la troposfera. La atmósfera es mayormente transparente a la radiación solar visible entrante, por lo que la superficie de la Tierra se calienta, y así calienta y humedece el aire por encima de ella. Este aire cálido y húmedo inicialmente se eleva seco adiabáticamente, y luego se humedece adiabáticamente una vez que se forma una nube. Diferentes masas de aire con diferentes historias y diferentes cantidades de mezcla de agua y el resultado es un perfil típico de temperatura troposférica que tiene una tasa de lapso de (5-8) K km ^-1.

Si los perfiles de temperatura atmosférica fueran determinados únicamente por la humedad atmosférica, las masas de aire más secas tendrían tasas de lapso que son más parecidas a la tasa de lapso adiabático seco, en cuyo caso esperaríamos que los cielos tuvieran menos nubes más delgadas. Las masas de aire más húmedas tendrían tasas de caída que están más cerca de la tasa de lapso adiabático húmedo, resultando en un cielo lleno de nubes a muchas altitudes.

Pero muchos procesos afectan la temperatura del aire a diferentes altitudes, incluyendo la mezcla de paquetes de aire, a veces incluso de la estratosfera, y la lluvia y la evaporación de la lluvia. El intercambio de radiación infrarroja entre la superficie de la Tierra, las nubes y los gases absorbentes de IR (es decir, vapor de agua y dióxido de carbono) también juega un papel importante en la determinación del perfil de temperatura de la atmósfera, como mostraremos en la lección sobre la radiación atmosférica.Los perfiles atmosféricos resultantes pueden tener un lapso local tasas que pueden ser desde menores que la tasa de lapso adiabático húmedo hasta mayores que la tasa de lapso adiabático seco. Observe cuidadosamente el perfil de temperatura a continuación. Verá evidencia de que muchos de estos procesos se combinan para hacer que el perfil de temperatura sea lo que es.

2019-08-14 11.37.07.png — Diagrama Skew-T en Edmonton, AB, Canadá, el 28 de abril de 2015 a las 0000 UTC. Diagrama a partir de datos públicos de NOAA.

Crédito: NCAR

Si promediamos juntos todos estos perfiles a lo largo de todo el año, podemos llegar a un perfil típico de temperatura troposférica. Según la Organización de Aviación Civil Internacional (Doc 7488-CD, 1993), la atmósfera estándar tiene una temperatura de 15 ^o C en la superficie, una tasa de lapso de -6.5 ^o C de 0 km a 11 km, es constante de 11 km a 20 km, y luego tiene una tasa de lapso positiva de 1 ^o C de 20 km a 32 km en la estratosfera. Aunque este perfil estándar es una buena representación de un perfil promediado globalmente, es poco probable que tal perfil de temperatura se haya visto alguna vez con una radiosonda.

Combinar el conocimiento de la estabilidad junto con el conocimiento de los procesos húmedos nos permite comprender el comportamiento de las nubes en la atmósfera. La siguiente imagen del vapor de agua liberado de una torre de enfriamiento en el reactor nuclear Three-Mile Island cerca de Harrisburg, PA, muestra que el vapor de agua se condensa rápidamente para formar una nube. La nube asciende, pero luego alcanza un nivel en el que su densidad coincide con la densidad del aire circundante. Entonces la nube deja de ascender y comienza a extenderse.

2019-08-14 11.38.20.png — Penacho de vapor de agua que se eleva desde la central nuclear Three-Mile Island cerca de Harrisburg, PA. La forma del hongo se debe al perfil de temperatura en la parte más baja de la troposfera.

Crédito: W. Brune