Cambios de estado

El peso del aire hùmedo • Masa molecular media del aire seco:

• Masa molecular media del aire hùmedo:

• Aire hùmedo es màs liviano y menos denso que el aire seco a igual T.

• Aire hùmedo se eleva màs ràpido. Evaporacion aumenta la convecciòn en la atmosfera.

gas m % mass of the gas mixture--------------------------------------------N2 28 78% 28x78/100+32x21/100=28.6O2 32 21%

gas m % mass of the gas mixture---------------------------------------------Dry air 28.6 90% 28.6x90/100+18x10/100=27.5H2O 18 10%

Humedad• Humedad:cantidad de agua en el aire.• Humedad Absoluta: masa de vapor de agua en la

unidad de volumen de aire.

• Humedad Específica(q): masa de vapor de agua comparada con la masa total.

• Relación de Mezcla: masa de vapor de agua comparada con la masa del resto de la parcela.

irevolumendearMasadevapoAH =

masatotalavapordeagumasaqHS =)(

oairedemasaaguadevapormasawsec

=

Presión de vapor de saturación

Cuando la presión de vapor (e) va aumentando hasta que alcanza un punto en que la taza de evaporación es igual a la taza de condensación, se dice que el aire está saturado respecto al agua a una cierta T y una es, que es la presión de vapor de saturación.

• La es aumenta al aumentar la T.

• “Aire cálido puede contener mas agua que el aire frío.

• La ecuación de Clausius-Clapeyron describe la relación entre T y es:

−=

TTRL

eeLn

v

v

so

s 110

Lv= calor latente de vaporizaciòn = 2,5 * 106 J/kgRv= Cte para el vapor de agua= 461,5 J/kg ºKT0 = 273 ºKes0=saturaciòn en T0 (6,11hPa)

NO Saturado

SobreSaturado

Saturado

Por debajo de los 273 ºK la es es mayor sobre el líquido que sobre el hielo

Punto Triple• Punto triple es aquel en

cual coexisten en equilibrio los estados gaseoso, liquido y sólido de una sustancia. Se define con una T y presión de vapor.

• Pto. Triple del agua: T= 273,16 K y e = 0,611 hPa.

Humedad Relativa (HR)

• Descripción: cuán cerca esta el aire de saturarse.

• Definición:

• HR=100% : aire esta saturado. (nubes, niebla, precipitación)

• HR<100% :aire no saturado.• HR>100% :aire

sobresaturado- aire limpio sin nucleos de condensación (raro!!)

%100×=seeHR

wswHR =

Variación de q y HR con la latitud.S

peci

fic H

umid

ity (g

/kg)

SH

RH

totalmasaaguavapormasaq =

%100×=seeHR

Punto de Rocío (Td)• La temperatura a la cuál se debe enfriar el aire

con P=cte, para que ocurra la saturación.

• La Td es una medida del contenido de vapor de agua en la atm.

unsaturatedSuper-

saturated

saturated

Dew, Frost and FogRocío, Helada y Niebla

Condensación• Al enfriarse el aire, primero

se satura y luego se sobresatura -> condensacion/deposicion

• Condensacion requiere ciertas condiciones– superficie (rocìo, helada)– nucleos (niebla, nubes)

• Clasificacion de nucleos de condensacion:– tamaño– propiedades

• hygroscopicos: condensacion HR<100%

• hydrofobicos: condensacion a HR>100%.

unsaturated

Super-saturated

saturated

Rocío• Condensación de vapor de agua sobre superficie

fría.• Usualmente se forma a nivel de superficie (aire más

frío).• Escarcha: T del aire baja a <0º después que se formo

el rocío

• Condiciones Atmosféricas: noches claras y calmas. – Noche clara: La superficie emite radiación IR al

espacio. No hay nubes que absorban y reiradien la energía IR.

– Calma (sin viento): El viento aumenta la evaporación e inhibe la condensación. También aumenta la mezcla, por lo que en ausencia de viento, la superficie se enfría más.

Heladas

• Deposición(sublimación) de vapor de agua sobre superficies frías.

• Condiciones Atmosféricas: noches frías,claras y calmas.– Claro: Sin nubes– Frío: La T del suelo < 0º C. – Calmo : Sin viento.

Estabilidad Vertical

¿Porque se formó esta nube, si el cielo estaba claro hacía 4 horas ?

Gradiente Adiabático Húmedo• Cuando la parcela se

satura, ocurre la condensación. La condensación calienta la parcela debido a la liberación de calor latente, entonces al ascender una parcela saturada se enfríará menos. (6ºC/Km

• El gradiente adiabático húmedo (Γm) es menor que el Grad seco

dzdw

cL s

pdm +Γ=Γ

pd

cg−=Γ

Recordando que:

Si desplazamos la parcela de aire de su altura original puede:Volver a su altura original : ESTABLEContinuar su movimiento debido a su empuje: INESTABLEMantenerse en el lugar que fue desplazada: NEUTRO

Concepto de equilibrio

Empuje

• Una parcela asciende en la atmósfera cuando su densidad es menor que la del entorno.

• Sea ρent la densidad del entorno. De la ecuación de estado se obtiene que:

ρent = P/RTent

• Sea ρpar la densidad de la parcela de aire, entonces: ρpar= P/RTpar

• Tanto la parcela como el entorno a la misma altura se encuentran a la misma presión:

Cuando Tpar < Tent ρpar> ρent

Cuando Tpar > Tent ρpar< ρent

( a = ( Tpar-Tent / Tent ) g : aceleración por empuje)

• Gradiente térmico es la taza de cambio de la T con la altura.

• Se definen 2 gradientes térmicos: Gradiente del entorno (Γ) Que se medirá por ej con los

sondeos

Gradiente de la Parcela El cambio de T que

experimentaría una parcela cuando es desplazada verticalmente.

Se asume que es un proceso adiabático

Estabilidad y el Grad. Adiabático Seco

• Estabilidad atmosférica depende del grad T del entorno.

Ascenso de una parcela NO saturada.

• Si la parcela es: Más cálida que el entorno,

entonces es menos densa y la F de empuje la acelera hacia arriba.

Mas fría que el entorno, es menos densa y la F de empuje es hacia abajo

dƟ/ dz > 0 ESTABLEdƟ/ dz = 0 NEUTROdƟ/ dz < 0 INESTABLE

Criterios de estabilidad:• Si Γ > Γd :

ABSOLUTAMENTE INESTABLE

• Si Γd>Γ>Γm : CONDICIONALMENTE INESTABLE

• Si Γ<Γm : ABSOLUTAMENTE ESTABLE

Desarrollo de NubesLas nubes se forman cuando el aire

asciende, se expande y se enfría.

La mayoría de las nubes se forman debido a:

1) Calentamiento en superficie y libre convección.

2) Ascenso de aire sobre la topografía (ej. Montañas)

3) Ascenso generalizado de aire debido a convergencia en superficie.

4) Ascensos a lo largo de los frentes

Precipitación: proceso de crecimiento de gotas

• Nucleación homogénea: ocurre por supersaturación del aire (poco frecuente!!)

• Nucleación heterogénea: la condensación se realiza sobre núcleos de condensación:

• Los núcleos de condensación se clasifican en:

a) higroscópicos b) neutros c) hidrófobos

Clasificación por Tamaño

1) Núcleos de Aitken, con radios entre 5.10-3 y

2.l0-1μ2) Núcleos Grandes, con radios entra 0.2 y l μ3) Núcleos Gigantes, con radios mayores que 1 μ

Nucleación Homogenea

• Hasta aquí vimos el crecimiento de una gotícula.

• La velocidad de crecimiento de cada una de las gotitas depende no solamente de las fuerzas de tensión superficial y de la humedad del aire, sino también del grado de transferencia del vapor de agua en la dirección de la gotita y del calor de

condensación desde la gotita.

•Al considerar una población de gotitas el problema es mas complicado, porque las gotitas compiten por el vapor de agua disponible. Su velocidad de crecimiento dependerá de la concentración, tamaño y naturaleza del núcleo, de la velocidad deenfriamiento del área (el cual controla su tamaño y supersaturación) y de lamagnitud o intensidad de los movimientos turbulentos en la nube

Proceso de colisión-coalescencia (nubes

cálidas)• En nubes cálidas

(topes a T= -15ºC), compuestas por gotas de diferentes tamaños, las gotas mas grandes caén a una velocidad mayor que las gotas más pequeñas. Las gotas mas pequeñas algunas son recolectadas en la parte trasera de la trayectoria de la gota grande, otras son capturadas (coalescencia) en la parte posterior de la gota más grande.

Proceso de Bergeron (nubes frías)

• Este proceso propone que en la formación de lluvia coexisten cristales de hielo y gotas líquidas.a T menores a que T de engelamiento.

• Este proceso es extremadamente importante en la formación de la precipitación de latitudes medias y altas donde los topes de las nubes exceden el nievel de engelamiento ( nubes frías)

Proceso de Bergeron (cristales de hielo)

• En un ambiente saturado las gotas de agua y los cristales de hielo se encuentran en equilibrio ( igual numero de moleculas que dejan la superficie (liquida o solida) que las que retornan).

• El mayor numero de moléculas de vapor cercanas a las gotas indica que la presión de vapor de saturación sobre el agua es mayor que sobre el hielo ( Como habiamos visto con las graficas de e, T)

• El mayor numero de moleculas de vapor de agua sobre la gota causa que por medio de movimientos difusivos se muevan hacia el cristal de hielo.

• De esta manera el cristal de hielo crece a expensas de la gota de agua

Crecimiento de cristales de hielo

Acreción Partículas secundarias Agregación

Clasificación de nubes