5: Física de la Nube
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Objetivos de aprendizaje
Al final de este capítulo, deberías ser capaz de:
- identificar tipos de nube
- describir los elementos esenciales para la formación de nubes
- en una curva de Koehler, explicar el comportamiento de una partícula en diferentes entornos de sobresaturación
- explicar el ciclo de vida de la formación de nubes mediante la precipitación
Las nubes y las precipitaciones son parte integral del clima y pueden ser difíciles de pronosticar con precisión. Las nubes vienen en diferentes tamaños y formas que dependen de los movimientos atmosféricos, su composición, que puede ser agua líquida, hielo, o ambos, y la temperatura. Mientras las nubes y la precipitación se están formando y disipando más de la mitad del globo en cualquier momento, su comportamiento es impulsado por procesos que están ocurriendo en la microescala, donde las moléculas de agua y las partículas pequeñas chocan. Llamamos a estos procesos a microescala “microfísica de nubes” y la microfísica es el foco de esta lección. Se requieren tres ingredientes para la formación de nubes: humedad, aerosol y enfriamiento. Si falta alguno de estos, no se formará una nube. Hace más de ochenta años, se desarrolló una hipótesis simple para explicar la formación de nubes. Esta hipótesis ha sido minuciosamente probada y validada y ahora se llama Teoría de Koehler. Aprenderemos los elementos de la Teoría de Koehler y cómo utilizarlos para determinar cuándo se formarán las nubes y cuándo no, convirtiéndose únicamente en neblina. Las nubes no precipitan automáticamente. De hecho, la mayoría de las nubes no. Aprenderemos sobre la magia requerida para que se forme la precipitación. Así, la formación de nubes a través de la precipitación es una serie de micropasos, cada uno de los cuales es necesario, pero no suficiente, para lograr la precipitación.
- 5.4: ¿Cómo se puede lograr la sobresaturación?
- Tres mecanismos básicos para enfriar el aire son RUM: Radiación, Elevación y Mezcla.
- 5.5: Efecto Curvatura - Efecto Kelvin
- Considera las fuerzas que mantienen unidas una gota de agua para una superficie plana y una curva. Las fuerzas sobre los enlaces de hidrógeno en el líquido dan una fuerza neta de atracción hacia adentro a las moléculas en el límite entre el líquido y el vapor. La fuerza neta hacia adentro, dividida por la distancia a lo largo de la superficie, se llama tensión superficial.
- 5.6: Efecto Soluto - Ley de Raoult
- El ambiente no es muy limpio. Hay todo tipo de suciedad y otras partículas en la atmósfera. Algunos de estos son hidrófilos (es decir, les gusta el agua) y solubles en agua (es decir, se disuelven en agua). Entonces veamos cuál podría ser el efecto del CCN soluble en la velocidad de evaporación del agua para una superficie plana del agua. Luego juntaremos la curvatura y los efectos del soluto.
- 5.7: Deposición de vapor
- El crecimiento de la caída de la nube depende inicialmente de la deposición de vapor, donde el vapor de agua se difunde hacia la caída de la nube, se pega, y así la hace crecer.
- 5.8: ¿Sabías que la mayoría de las precipitaciones provienen de colisión-coalescencia?
- Existen dos tipos de procesos para el crecimiento en gotas de precipitación: procesos de nubes cálidas y procesos de nubes frías. En nubes cálidas, todos los procesos involucran solo gotas líquidas. En las nubes frías, los procesos pueden involucrar solo partículas sólidas, así como fases mixtas (tanto líquido superenfriado como hielo). Algunos de los procesos más importantes implican colisiones entre gotas, ya sean líquidas o sólidas.
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