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METEO METEOROLOGÍA APLICADA

El factor humedad

Las continuas transformaciones a las que se ve sometido el vapor de agua atmosférico, influyen notablemente en las condiciones meteorológicas reinantes. Desde la presencia o no de nubes hasta la formación de niebla o hielo, pasando por las diferentes formas de precipitación, el contenido de humedad del aire es un factor que siempre ha de tener en cuenta el piloto.

Texto: José Miguel Viñas · Fotos: Autor, salvo indicado

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Estelas de punta de ala y nube de flanqueo envolviendo a un F-22A

Raptor Stealth Fighter de las Fuerzas Aéreas de EEUU, durante

un vuelo en Alaska, en 2009.

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La cantidad de agua contenida en la atmósfera, en cualquiera de sus tres estados –agua líquida,

hielo o vapor–, ronda los 12 billones de metros cúbicos. A pesar de lo abultado de la cifra, dicha cantidad apenas representa el 0,035% del agua dulce de la Tierra. La mayor parte del agua atmosférica –un 96%– está en forma de vapor, por lo que no la vemos, ya que es un gas invisible que flota a nuestro alrededor, mezclado con el resto de gases que forman el aire. Las nubes, a escala planetaria, sólo contienen el 4% del agua presente en la atmósfera.

A diferencia de lo que ocurre con el nitrógeno y el oxígeno (principales componentes de la mezcla de gases atmosférica), cuyas proporciones se mantienen prácticamente constantes, el contenido de vapor de agua es muy variable, pudiendo ser desde un 0% (valor teórico) en el caso del aire seco, hasta un 4% en volumen en aire sobresaturado. Podemos considerar un valor promedio para toda la Tierra en torno a un 1%, con importantes diferencias entre las regiones polares (0,2%) y la franja ecuatorial (2,7%). En latitudes medias, los continuos desplazamientos de masas de aire, así como las oscilaciones diarias de temperatura, provocan importantes cambios en el contenido de humedad tanto de un día para otro como entre el día y la noche.

Otro hecho a tener en cuenta es que el contenido de vapor de agua disminuye con rapidez según vamos ascendiendo por la atmósfera, concentrándose en su parte más baja. Algo más del 50% de ese

vapor se localiza por debajo de FL050 (nivel de presión de 850 hPa), mientras que del orden del 90% queda confinado por debajo de FL180 (nivel de presión de 500 hPa); es decir, por debajo de los 18.000 pies de altitud.

Un concepto poco intuitivoContrariamente a lo que suele pensarse, el aire húmedo tiene una menor densidad que el seco. El hecho, indiscutible, de que algo que está mojado –una toalla, por ejemplo– pesa más que si está seco, nos conduce a una idea equivocada respecto al aire. Las mezclas de gases siguen las directrices de las leyes de la Química y, en particular, hay una, que en 1811 estableció el científico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), que indica que, bajo

idénticas condiciones de presión y temperatura, dos volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. De acuerdo con esta conocida ley, si uno de esos volúmenes es de aire seco y el otro de aire húmedo, las moléculas de vapor de agua que contenga este último tendrán su equivalente en la parcela de aire seco en forma de moléculas de nitrógeno, oxígeno y de los gases nobles que forman la mezcla gaseosa del aire seco. Como el peso molecular del agua (10) es inferior al de la molécula de nitrógeno (14), la de oxígeno (16) y la del resto de componentes del aire seco, el resultado es la menor densidad del aire húmedo antes apuntada.

Dicha circunstancia influye de forma significativa –aunque

ArribaCondensación de vapor de agua en la cabina de un avión. Aunque habitualmente el aire en el interior de los aviones es bastante seco, el fallo en el sistema de refrigeración puede provocar un efecto contrario al esperado.

IzquierdaLigera condensación sobre el ala de un avión, como consecuencia del descenso local de presión que allí tiene lugar.

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no suele ser un factor crítico– en la potencia de los motores, el empuje de las hélices y la sustentación de las alas de las aeronaves. La disminución de la densidad que experimenta el aire al aumentar su contenido de humedad, provoca una reducción en las tres cosas reseñadas, lo que ha de tener en cuenta el piloto siempre que penetre en el interior de una nube o vuele en el seno de una masa de aire muy húmedo, bajo condiciones cercanas a la saturación.

La presión de vaporEn el aire, cada uno de los gases que componen la mezcla ejerce una presión parcial. La suma de las presiones de todos ellos da como resultado la presión atmosférica que medimos con el barómetro. En el caso del aire húmedo, el vapor de agua contenido en él ejerce la correspondiente presión parcial, comúnmente conocida como “presión de vapor”. Se trata de un concepto importante en Meteorología, que nos permite comprender en qué condiciones el aire es capaz de saturarse, formándose las nubes.

El aire tiene una capacidad limitada para contener vapor de agua, que depende de la temperatura. Si sobre una gran superficie líquida (mar, lago...) se instala una masa de aire inicialmente seco, del agua comenzarán a escapar moléculas de vapor que irán incorporándose al aire, volviéndose éste progresivamente más húmedo. A medida que el aire va cargándose de humedad, parte de las moléculas se incorporan de nuevo al agua, alcanzándose, al cabo de un tiempo, un equilibro entre las que escapan al aire y las que retornan al medio acuoso. Si aumenta la temperatura, lo hace la tasa de evaporación,

incorporándose más y más moléculas de vapor al aire, volviéndose éste cada vez más húmedo y aumentando la presión de vapor. Llega un momento en que el aire no es capaz de contener más moléculas de vapor de agua, alcanzando la presión de vapor un valor límite o saturante; el aire comienza entonces a saturarse, formándose gotitas de agua líquida en su seno.

En la figura 3 comprobamos cómo la relación entre el contenido de vapor de agua del aire (eje vertical) y la temperatura (eje horizontal) no es lineal, sino de tipo exponencial. La curva representa la presión de vapor saturante (humedad relativa del 100%). Dicho comportamiento explica el hecho de que casi todos los otoños llueva torrencialmente por la fachada mediterránea. A finales del verano y principios del otoño es cuando la temperatura del agua superficial del Mediterráneo es más elevada. Bajo esas condiciones, el

aire que descansa sobre esas cálidas aguas está muy húmedo, cercano de la saturación, con una cantidad de agua potencialmente precipitable muy grande.

El aire que habitualmente nos rodea y respiramos (al que podemos referirnos como “aire seco” para diferenciarlo del aire saturado) tiene siempre un cierto grado de humedad. Imaginemos que las características particulares de ese aire son las indicadas por el punto P de la figura 3. Las dos flechas que parten de él marcan dos posibles caminos (vías directas) para alcanzar la saturación de dicho aire. Una de ellas consiste en bajar la temperatura sin alterar el contenido de vapor de agua. Alcanzada la curva de la presión saturante (punto 1), el aire comenzaría a saturarse. La otra posibilidad sería ir incorporando vapor de agua al aire sin variar su temperatura. En tal caso, la presión de vapor iría aumentando hasta alcanzar la curva (punto 2) y saturarse. Existen infinidad de combinaciones intermedias para llegar desde P hasta la curva de presión de vapor saturante, pero esos dos serían los caminos más directos.

Los constantes cambios en las condiciones de humedad y temperatura atmosféricas son los que dictan el irregular reparto de la nubosidad que vemos en el cielo. Cuando el aire logra saturarse a ras de suelo, entonces se forma la niebla. Mientras que en los aeródromos próximos a las costas el aporte de vapor de agua procedente del mar es el principal mecanismo generador de las nieblas y de los estratos que, con frecuencia, cubren los cielos, en zonas del interior, de clima continental, el enfriamiento nocturno,

DerechaEspectacular

nube de flanqueo envolviendo a un avión comercial

en los momentos previos a su

aterrizaje. © Robert Budde. FUENTE:

Airliners.net

Derecha Curva de la presión de vapor saturante.

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siempre y cuando partamos de un aire lo suficientemente húmedo, resulta determinante.

Aunque existen diferentes índices para medir la cantidad de vapor de agua contenida en el aire (humedad absoluta, humedad específica, razón de mezcla...), la humedad relativa (hr), expresada en tantos por ciento (%), es el índice más empleado, ya que nos permite conocer lo cerca o lejos que se encuentra el aire de la saturación. Podemos definirla como el cociente entre la presión de vapor y la presión de vapor saturante, todo ello multiplicado por 100.

La humedad relativa del aire puede calcularse a partir de las medidas de temperatura obtenidas con un psicrómetro. Este aparato, colocado habitualmente en el interior de las garitas meteorológicas de los observatorios, consiste en un par de termómetros de mercurio, uno de los cuáles tiene su depósito cubierto por una telilla permanentemente mojada. En función de cuál sea el contenido de humedad del aire, la tasa de evaporación de la telilla será mayor o menor, robando más o menos calor del depósito del “termómetro húmedo”. Este termómetro indicará siempre un valor algo más bajo que el “seco”, salvo cuando el aire esté saturado, en cuyo caso marcarán lo mismo. Introduciendo en una tabla psicrométrica los valores de la temperatura del aire del termómetro convencional (“termómetro seco”) y la diferencia entre las lecturas de los dos termómetros –el seco y el húmedo– puede determinarse con precisión el valor de la humedad relativa del aire.

Resulta igualmente útil conocer, aparte de la temperatura del aire y su humedad relativa, a qué temperatura el aire es capaz de saturarse (hr = 100), ya que ese dato puede ayudarnos a pronosticar la posible formación de niebla en un aeropuerto. La llamada “temperatura del punto de rocío” (Td) es aquella a la que se produce la saturación si se enfría el aire sin alterar su contenido de vapor de agua. Volviendo a la figura 3, dicha temperatura sería la que corresponde al punto 1 (aprox. unos 13 ºC en dicho ejemplo).

Aunque gracias al TAF podemos conocer si en un aeropuerto podrá formarse niebla en las próximas horas, para pequeños aeródromos en los que no tengamos a nuestra disposición el pronóstico local aeronáutico, si conocemos el valor

de Td, a partir del último METAR que tengamos disponible, así como la temperatura mínima (Tmín) que se prevé en la zona (consultando, por ejemplo, el pronóstico por localidades que ofrece la página web de AEMET: www.aemet.es), entonces si Tmín ≤ Td, podremos estar razonablemente seguros de que habrá niebla, aunque siempre existirán factores fuera de nuestro control, que pueden echar al traste nuestra predicción. ■

IzquierdaTabla psicrométrica para el cálculo de la humedad relativa del aire. FUENTE: Earth Science Referente Tables – Edición de 2001

Junto a estas líneasPsicrómetro convencional, con el termómetro seco situado a la izquierda y el húmedo a la derecha.

IzquierdaFormación de niebla en un aeródromo a la puesta de sol.

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