Precipitación - Precipitation

Precipitación media a largo plazo por mes
Países por precipitación media anual

En meteorología , la precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que cae bajo la atracción gravitacional de las nubes. Las principales formas de precipitación incluyen llovizna , lluvia , aguanieve , nieve , gránulos de hielo , graupel y granizo . La precipitación ocurre cuando una porción de la atmósfera se satura con vapor de agua (alcanzando el 100% de humedad relativa ), de modo que el agua se condensa y "precipita" o cae. Por lo tanto, la niebla y la niebla no son precipitaciones sino coloides , porque el vapor de agua no se condensa lo suficiente como para precipitar. Dos procesos, posiblemente actuando juntos, pueden llevar a que el aire se sature: enfriar el aire o agregar vapor de agua al aire. La precipitación se forma cuando las gotas más pequeñas se fusionan a través de la colisión con otras gotas de lluvia o cristales de hielo dentro de una nube. Los períodos cortos e intensos de lluvia en lugares dispersos se denominan chubascos .

La humedad que se levanta o se fuerza a subir sobre una capa de aire subcongelador en la superficie puede condensarse en nubes y lluvia. Este proceso suele estar activo cuando se produce una lluvia helada. Un frente estacionario suele estar presente cerca del área de lluvia helada y sirve como foco para el aire forzado y ascendente. Siempre que exista un contenido de humedad atmosférica necesario y suficiente, la humedad del aire ascendente se condensará en nubes, a saber, nimboestratos y cumulonimbos si se trata de precipitaciones importantes. Eventualmente, las gotas de la nube crecerán lo suficiente como para formar gotas de lluvia y descenderán hacia la Tierra donde se congelarán al contacto con los objetos expuestos. Cuando hay cuerpos de agua relativamente cálidos, por ejemplo debido a la evaporación del agua de los lagos, la nevada con efecto lago se convierte en una preocupación a favor del viento de los lagos cálidos dentro del flujo ciclónico frío alrededor de la parte trasera de los ciclones extratropicales . Las nevadas con efecto de lago pueden ser localmente fuertes. Thundersnow es posible dentro de la cabeza de la coma de un ciclón y dentro de las bandas de precipitación con efecto de lago. En áreas montañosas, es posible que haya fuertes precipitaciones donde el flujo de ladera ascendente se maximiza dentro de los lados de barlovento del terreno en elevación. En el lado de sotavento de las montañas, pueden existir climas desérticos debido al aire seco causado por el calentamiento por compresión. La mayor parte de la precipitación ocurre dentro de los trópicos y es causada por convección . El movimiento de la vaguada del monzón , o zona de convergencia intertropical , trae estaciones lluviosas a las regiones de la sabana .

La precipitación es un componente importante del ciclo del agua y es responsable de depositar agua dulce en el planeta. Aproximadamente 505.000 kilómetros cúbicos (121.000 millas cúbicas) de agua caen como precipitación cada año: 398.000 kilómetros cúbicos (95.000 millas cúbicas) sobre océanos y 107.000 kilómetros cúbicos (26.000 millas cúbicas) sobre tierra. Dada la superficie de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promedio global es de 990 milímetros (39 pulgadas), pero sobre la tierra es de solo 715 milímetros (28,1 pulgadas). Los sistemas de clasificación climática, como el sistema de clasificación climática de Köppen , utilizan la precipitación anual promedio para ayudar a diferenciar entre los diferentes regímenes climáticos. El calentamiento global ya está provocando cambios en el clima, aumentando las precipitaciones en algunas geografías y reduciéndolas en otras, lo que resulta en un clima extremo adicional .

La precipitación puede ocurrir en otros cuerpos celestes. El satélite más grande de Saturno , Titán , alberga precipitaciones de metano como una llovizna de caída lenta , que se ha observado como charcos de lluvia en su ecuador y regiones polares.

Tipos

Una tormenta con fuertes precipitaciones

La precipitación es un componente importante del ciclo del agua y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce del planeta. Aproximadamente 505.000 km 3 (121.000 mi 3 ) de agua caen como precipitación cada año, 398.000 km 3 (95.000 millas cúbicas) sobre los océanos. Dada la superficie de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promedio global es de 990 milímetros (39 pulgadas).

Los mecanismos de producción de precipitación incluyen lluvia convectiva, estratiforme y orográfica . Los procesos convectivos involucran fuertes movimientos verticales que pueden causar el vuelco de la atmósfera en ese lugar en una hora y causar fuertes precipitaciones, mientras que los procesos estratiformes involucran movimientos ascendentes más débiles y precipitaciones menos intensas. La precipitación se puede dividir en tres categorías, en función de si cae como agua líquida, agua líquida que se congela al contacto con la superficie o hielo. Las mezclas de diferentes tipos de precipitación, incluidos tipos en diferentes categorías, pueden caer simultáneamente. Las formas líquidas de precipitación incluyen lluvia y llovizna. La lluvia o llovizna que se congela al entrar en contacto con una masa de aire por debajo del punto de congelación se denomina "lluvia helada" o "llovizna helada". Formas congeladas de precipitación incluyen nieve, agujas de hielo , pellets de hielo , granizo , y graupel .

Medición

Precipitación líquida
Las precipitaciones (incluidas la llovizna y la lluvia) se miden generalmente con un pluviómetro y se expresan en unidades de milímetros (mm) de altura o profundidad . De manera equivalente, se puede expresar como una cantidad específica de volumen de agua por área de recolección, en unidades de litros por metro cuadrado (L / m 2 ); como 1L = 1dm 3 = 1mm · m 2 , las unidades de área (m 2 ) se cancelan , resultando simplemente en "mm". Esto también es equivalente a kg / m 2 , si se supone que 1 litro de agua tiene una masa de 1  kg ( densidad del agua ), lo cual es aceptable para la mayoría de los propósitos prácticos. La unidad inglesa correspondiente utilizada suele ser pulgadas . En Australia, antes de la metrificación, la lluvia se midió en "puntos" que se definieron como una centésima de pulgada.
Precipitación sólida
Por lo general, se usa un medidor de nieve para medir la cantidad de precipitación sólida. Las nevadas generalmente se miden en centímetros dejando que la nieve caiga en un recipiente y luego mida la altura. A continuación, la nieve se puede fundir opcionalmente para obtener una medida equivalente de agua en milímetros como para la precipitación líquida. La relación entre la altura de la nieve y el equivalente de agua depende del contenido de agua de la nieve; por tanto, el equivalente de agua sólo puede proporcionar una estimación aproximada de la profundidad de la nieve. Otras formas de precipitación sólida, como gránulos de nieve y granizo o incluso aguanieve (mezcla de lluvia y nieve), también se pueden derretir y medir como equivalente de agua, generalmente expresado en milímetros como para la precipitación líquida.

Cómo se satura el aire

Enfriamiento del aire hasta su punto de rocío.

Tormenta de finales de verano en Dinamarca
Formación de nubes lenticulares debido a las montañas sobre Wyoming

El punto de rocío es la temperatura a la que se debe enfriar una parcela de aire para que se sature y (a menos que se produzca una sobresaturación) se condensa en agua. El vapor de agua normalmente comienza a condensarse en núcleos de condensación como polvo, hielo y sal para formar nubes. La concentración de los núcleos de condensación de las nubes determinará la microfísica de las nubes. Una porción elevada de una zona frontal fuerza áreas amplias de elevación, que forman cubiertas de nubes como altosestratos o cirroestratos . Stratus es una capa de nubes estable que tiende a formarse cuando una masa de aire estable y fría queda atrapada debajo de una masa de aire caliente. También puede formarse debido al levantamiento de la niebla de advección durante condiciones de viento.

Hay cuatro mecanismos principales para enfriar el aire hasta su punto de rocío: enfriamiento adiabático, enfriamiento por conducción, enfriamiento por radiación y enfriamiento por evaporación. El enfriamiento adiabático ocurre cuando el aire se eleva y se expande. El aire puede elevarse debido a la convección , los movimientos atmosféricos a gran escala o una barrera física como una montaña ( elevación orográfica ). El enfriamiento conductivo ocurre cuando el aire entra en contacto con una superficie más fría, generalmente al ser soplado de una superficie a otra, por ejemplo, de una superficie de agua líquida a una tierra más fría. El enfriamiento por radiación ocurre debido a la emisión de radiación infrarroja , ya sea por el aire o por la superficie debajo. El enfriamiento evaporativo ocurre cuando se agrega humedad al aire a través de la evaporación, lo que obliga a que la temperatura del aire se enfríe a su temperatura de bulbo húmedo , o hasta que alcance la saturación.

Añadiendo humedad al aire

Las principales formas en que se agrega vapor de agua al aire son: convergencia del viento en áreas de movimiento ascendente, precipitación o virga cayendo desde arriba, calentamiento diurno que evapora el agua de la superficie de los océanos, cuerpos de agua o tierra húmeda, transpiración de plantas, fría o seca. el aire se mueve sobre aguas más cálidas y eleva el aire sobre las montañas.

Formas de precipitación

La condensación y la coalescencia son partes importantes del ciclo del agua .

Gotas de lluvia

Charco bajo la lluvia

La coalescencia ocurre cuando las gotas de agua se fusionan para crear gotas de agua más grandes, o cuando las gotas de agua se congelan en un cristal de hielo, lo que se conoce como el proceso Bergeron . La tasa de caída de gotitas muy pequeñas es insignificante, por lo tanto, las nubes no caen del cielo; la precipitación solo ocurrirá cuando estos se fusionen en gotas más grandes. las gotas con diferentes tamaños tendrán una velocidad terminal diferente que causará la colisión de las gotas y producirá gotas más grandes. La turbulencia mejorará el proceso de colisión. A medida que descienden estas gotas de agua más grandes, la coalescencia continúa, de modo que las gotas se vuelven lo suficientemente pesadas como para vencer la resistencia del aire y caen en forma de lluvia.

Las gotas de lluvia tienen tamaños que van desde 5,1 milímetros (0,20 pulgadas) hasta 20 milímetros (0,79 pulgadas) de diámetro medio, por encima del cual tienden a romperse. Las gotas más pequeñas se denominan gotas de nube y su forma es esférica. A medida que una gota de lluvia aumenta de tamaño, su forma se vuelve más achatada , con su sección transversal más grande mirando hacia el flujo de aire que se aproxima. Al contrario de las imágenes de dibujos animados de gotas de lluvia, su forma no se parece a una lágrima. La intensidad y la duración de las lluvias suelen estar inversamente relacionadas, es decir, es probable que las tormentas de alta intensidad sean de corta duración y las de baja intensidad pueden tener una duración prolongada. Las gotas de lluvia asociadas con el granizo que se derrite tienden a ser más grandes que otras gotas de lluvia. El código METAR para lluvia es RA, mientras que el código para lluvias es SHRA.

Gránulos de hielo

Una acumulación de gránulos de hielo.

Los gránulos de hielo o aguanieve son una forma de precipitación que consiste en pequeñas bolas de hielo translúcidas . Los gránulos de hielo suelen ser (pero no siempre) más pequeños que el granizo. A menudo rebotan cuando golpean el suelo y, por lo general, no se congelan en una masa sólida a menos que se mezclen con lluvia helada . El código METAR para pellets de hielo es PL .

Los gránulos de hielo se forman cuando existe una capa de aire por encima del punto de congelación con aire por debajo del punto de congelación tanto arriba como abajo. Esto provoca el derretimiento parcial o total de los copos de nieve que caen a través de la capa cálida. A medida que vuelven a caer en la capa de congelación más cercana a la superficie, se vuelven a congelar en gránulos de hielo. Sin embargo, si la capa de subcongelación debajo de la capa cálida es demasiado pequeña, la precipitación no tendrá tiempo de volver a congelarse y el resultado será una lluvia helada en la superficie. Un perfil de temperatura que muestra una capa cálida sobre el suelo es más probable que se encuentre antes de un frente cálido durante la estación fría, pero ocasionalmente se puede encontrar detrás de un frente frío que pasa .

Granizo

Una gran piedra de granizo, de unos 6 centímetros (2,4 pulgadas) de diámetro.

Al igual que otras precipitaciones, el granizo se forma en nubes de tormenta cuando las gotas de agua superenfriadas se congelan al entrar en contacto con núcleos de condensación , como polvo o suciedad. La corriente ascendente de la tormenta empuja el granizo hacia la parte superior de la nube. La corriente ascendente se disipa y las piedras de granizo caen, vuelven a la corriente ascendente y vuelven a levantarse. El granizo tiene un diámetro de 5 milímetros (0,20 pulgadas) o más. Dentro del código METAR, GR se utiliza para indicar granizo más grande, de un diámetro de al menos 6,4 milímetros (0,25 pulgadas). GR se deriva de la palabra francesa grêle. El granizo de menor tamaño, así como los gránulos de nieve, utilizan la codificación GS, que es la abreviatura de la palabra francesa grésil. Las piedras más grandes que el tamaño de una pelota de golf son uno de los tamaños de granizo más frecuentes. El granizo puede crecer hasta 15 centímetros (6 pulgadas) y pesar más de 500 gramos (1 libra). En granizos grandes, el calor latente liberado por una congelación adicional puede derretir la capa exterior del granizo. La piedra de granizo puede experimentar un 'crecimiento húmedo', donde la capa exterior líquida acumula otras piedras de granizo más pequeñas. El granizo gana una capa de hielo y se hace cada vez más grande con cada ascenso. Una vez que una piedra de granizo se vuelve demasiado pesada para ser sostenida por la corriente ascendente de la tormenta, cae de la nube.

Copos de nieve

Copo de nieve visto en un microscopio óptico

Los cristales de nieve se forman cuando se congelan pequeñas gotas de nubes superenfriadas (de unos 10 μm de diámetro). Una vez que una gota se ha congelado, crece en un ambiente sobresaturado . Debido a que las gotas de agua son más numerosas que los cristales de hielo, los cristales pueden crecer hasta cientos de micrómetros de tamaño a expensas de las gotas de agua. Este proceso se conoce como el proceso Wegener-Bergeron-Findeisen . El correspondiente agotamiento del vapor de agua hace que las gotas se evaporen, lo que significa que los cristales de hielo crecen a expensas de las gotas. Estos grandes cristales son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa y pueden chocar y pegarse en grupos o agregados. Estos agregados son copos de nieve y suelen ser el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. Los récords mundiales Guinness enumeran los copos de nieve más grandes del mundo como los de enero de 1887 en Fort Keogh, Montana; supuestamente uno medía 38 cm (15 pulgadas) de ancho. Los detalles exactos del mecanismo de adherencia siguen siendo objeto de investigación.

Aunque el hielo es transparente, la dispersión de la luz por las facetas del cristal y los huecos / imperfecciones significan que los cristales a menudo aparecen de color blanco debido a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por las pequeñas partículas de hielo. La forma del copo de nieve está determinada en líneas generales por la temperatura y la humedad a las que se forma. En raras ocasiones, a una temperatura de alrededor de -2 ° C (28 ° F), los copos de nieve se pueden formar con una simetría triple: copos de nieve triangulares. Las partículas de nieve más comunes son visiblemente irregulares, aunque los copos de nieve casi perfectos pueden ser más comunes en las imágenes porque son más atractivos visualmente. No hay dos copos de nieve iguales, ya que crecen a diferentes ritmos y en diferentes patrones dependiendo de los cambios de temperatura y humedad dentro de la atmósfera a través de la cual caen en su camino hacia el suelo. El código METAR para la nieve es SN, mientras que los chubascos de nieve se codifican como SHSN.

polvo de diamante

El polvo de diamante, también conocido como agujas de hielo o cristales de hielo, se forma a temperaturas que se acercan a los -40 ° C (-40 ° F) debido al aire con una humedad ligeramente más alta que se mezcla en el aire con el aire más frío de la superficie. Están hechos de cristales de hielo simples, de forma hexagonal. El identificador METAR para el polvo de diamante en los informes meteorológicos internacionales por hora es IC.

Deposición oculta

La deposición oculta ocurre cuando la niebla o el aire altamente saturado con vapor de agua interactúa con las hojas de los árboles o arbustos por los que pasa.

Causas

Actividad frontal

La precipitación estratiforme o dinámica se produce como consecuencia del lento ascenso del aire en los sistemas sinópticos (del orden de cm / s), como los frentes fríos sobre la superficie y por encima y por delante de los frentes cálidos . Se observa un ascenso similar alrededor de los ciclones tropicales fuera de la pared del ojo y en patrones de precipitación en forma de coma alrededor de los ciclones de latitudes medias . Se puede encontrar una amplia variedad de condiciones climáticas a lo largo de un frente ocluido, con posibles tormentas eléctricas, pero generalmente su paso está asociado con un secado de la masa de aire. Los frentes ocluidos generalmente se forman alrededor de áreas maduras de baja presión. La precipitación puede ocurrir en cuerpos celestes distintos de la Tierra. Cuando hace frío, Marte tiene precipitaciones que probablemente toman la forma de agujas de hielo, en lugar de lluvia o nieve.

Convección

Precipitación convectiva

La lluvia convectiva , o lluvia torrencial , se produce a partir de nubes convectivas, por ejemplo, cumulonimbus o cumulus congestus . Cae como aguaceros con una intensidad que cambia rápidamente. La precipitación convectiva cae sobre un área determinada durante un tiempo relativamente corto, ya que las nubes convectivas tienen una extensión horizontal limitada. La mayor parte de la precipitación en los trópicos parece ser convectiva; sin embargo, se ha sugerido que también se produce una precipitación estratiforme. Graupel y granizo indican convección. En latitudes medias, la precipitación convectiva es intermitente y a menudo se asocia con límites baroclínicos como frentes fríos , líneas de turbonada y frentes cálidos.

Efectos orográficos

Precipitación orográfica

La precipitación orográfica ocurre en el lado de barlovento (contra el viento) de las montañas y es causada por el movimiento de aire ascendente de un flujo de aire húmedo a gran escala a través de la cresta de la montaña, lo que resulta en enfriamiento y condensación adiabáticos . En las partes montañosas del mundo sometidas a vientos relativamente constantes (por ejemplo, los vientos alisios ), generalmente prevalece un clima más húmedo en el lado de barlovento de una montaña que en el lado de sotavento o sotavento. La humedad es removida por elevación orográfica, dejando aire más seco (ver viento catabático ) en el lado descendente y generalmente cálido, a sotavento donde se observa una sombra de lluvia .

En Hawái , el monte Waiʻaleʻale , en la isla de Kauai, se destaca por sus precipitaciones extremas, ya que tiene la segunda precipitación media anual más alta de la Tierra, con 12.000 milímetros (460 pulgadas). Los sistemas de tormentas afectan al estado con fuertes lluvias entre octubre y marzo. Los climas locales varían considerablemente en cada isla debido a su topografía, divisible en regiones de barlovento ( Ko'olau ) y sotavento ( Kona ) según la ubicación relativa a las montañas más altas. Los lados de barlovento miran los vientos alisios de este a noreste y reciben mucha más lluvia; los lados de sotavento son más secos y soleados, con menos lluvia y menos nubosidad.

En América del Sur, la cordillera de los Andes bloquea la humedad del Pacífico que llega a ese continente, lo que resulta en un clima desértico justo a favor del viento en el oeste de Argentina. La cordillera de Sierra Nevada crea el mismo efecto en América del Norte formando los Desiertos de la Gran Cuenca y Mojave . De manera similar, en Asia, las montañas del Himalaya crean un obstáculo para los monzones que conducen a precipitaciones extremadamente altas en el lado sur y niveles más bajos de precipitación en el lado norte.

Nieve

Bandas de nieve con efecto de lago cerca de la península de Corea a principios de diciembre de 2008

Los ciclones extratropicales pueden traer condiciones frías y peligrosas con fuertes lluvias y nieve con vientos que superan los 119 km / h (74 mph) (a veces denominados tormentas de viento en Europa). La banda de precipitación que está asociada con su frente cálido es a menudo extensa, forzada por un débil movimiento vertical ascendente del aire sobre el límite frontal que se condensa a medida que se enfría y produce precipitación dentro de una banda alargada, que es ancha y estratiforme , lo que significa que se cae de nubes nimbostratus . Cuando el aire húmedo intenta desalojar una masa de aire ártico, se puede producir nieve invadida dentro del lado hacia el polo de la banda de precipitación alargada . En el hemisferio norte, el polo norte es hacia el polo norte o norte. Dentro del hemisferio sur, hacia el polo es hacia el polo sur o sur.

Al suroeste de los ciclones extratropicales, el flujo ciclónico curvo que lleva aire frío a través de los cuerpos de agua relativamente cálidos puede dar lugar a bandas de nieve estrechas con efecto lago . Esas bandas traen fuertes nevadas localizadas que pueden entenderse de la siguiente manera: Los grandes cuerpos de agua, como los lagos, almacenan de manera eficiente el calor que resulta en diferencias de temperatura significativas (mayores de 13 ° C o 23 ° F) entre la superficie del agua y el aire de arriba. Debido a esta diferencia de temperatura, el calor y la humedad se transportan hacia arriba, condensándose en nubes orientadas verticalmente (ver imagen de satélite) que producen chubascos de nieve. La disminución de la temperatura con la altura y la profundidad de las nubes se ven directamente afectadas tanto por la temperatura del agua como por el entorno a gran escala. Cuanto más fuerte es la disminución de la temperatura con la altura, más profundas se vuelven las nubes y mayor es la tasa de precipitación.

En las zonas montañosas, las fuertes nevadas se acumulan cuando el aire se ve obligado a ascender por las montañas y expulsar las precipitaciones a lo largo de sus vertientes de barlovento, que en condiciones frías, cae en forma de nieve. Debido a la irregularidad del terreno, pronosticar la ubicación de las fuertes nevadas sigue siendo un desafío importante.

Dentro de los trópicos

Distribución de las precipitaciones por mes en Cairns que muestra la extensión de la temporada de lluvias en ese lugar

La estación húmeda o lluviosa es la época del año, que cubre uno o más meses, cuando cae la mayor parte de la precipitación anual promedio en una región. El término temporada verde también se utiliza a veces como eufemismo por las autoridades turísticas. Las áreas con estaciones húmedas se encuentran dispersas en porciones de los trópicos y subtrópicos. Los climas de la sabana y las áreas con regímenes de monzones tienen veranos húmedos e inviernos secos. Las selvas tropicales técnicamente no tienen estaciones secas o húmedas, ya que sus precipitaciones se distribuyen por igual a lo largo del año. Algunas áreas con estaciones lluviosas pronunciadas verán una interrupción en las lluvias a mitad de temporada cuando la zona de convergencia intertropical o el valle del monzón se mueva hacia los polos de su ubicación durante la mitad de la estación cálida. Cuando la temporada de lluvias ocurre durante la temporada cálida o verano, la lluvia cae principalmente durante las últimas horas de la tarde y las primeras horas de la noche. La temporada de lluvias es un momento en que mejora la calidad del aire, mejora la calidad del agua dulce y la vegetación crece significativamente. Los nutrientes del suelo disminuyen y aumenta la erosión. Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior conduce a la escasez de alimentos en la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. Los países en desarrollo han observado que sus poblaciones muestran fluctuaciones estacionales de peso debido a la escasez de alimentos que se observa antes de la primera cosecha, que se produce al final de la temporada de lluvias.

Los ciclones tropicales, una fuente de lluvias muy intensas, consisten en grandes masas de aire de varios cientos de millas de diámetro con baja presión en el centro y vientos que soplan hacia adentro hacia el centro, ya sea en el sentido de las agujas del reloj (hemisferio sur) o en sentido antihorario (hemisferio norte). Aunque los ciclones pueden tener un costo enorme en vidas y propiedades personales, pueden ser factores importantes en los regímenes de precipitación de los lugares sobre los que impactan, ya que pueden traer precipitaciones muy necesarias a regiones que de otro modo serían secas. Las áreas en su camino pueden recibir un año de lluvia de un ciclón tropical.

Distribución geográfica a gran escala

A gran escala, las mayores cantidades de precipitación fuera de la topografía caen en los trópicos, estrechamente ligadas a la Zona de Convergencia Intertropical , en sí misma la rama ascendente de la celda de Hadley . Los lugares montañosos cerca del ecuador en Colombia se encuentran entre los lugares más húmedos de la Tierra. Al norte y al sur de este hay regiones de aire descendente que forman cordilleras subtropicales donde la precipitación es baja; la superficie terrestre debajo de estas crestas suele ser árida, y estas regiones constituyen la mayor parte de los desiertos de la Tierra. Una excepción a esta regla es en Hawái, donde el flujo ascendente debido a los vientos alisios conduce a uno de los lugares más húmedos de la Tierra. De lo contrario, el flujo de Westerlies hacia las Montañas Rocosas conduce a las ubicaciones más húmedas y en las elevaciones más nevadas dentro de América del Norte. En Asia, durante la temporada de lluvias, el flujo de aire húmedo hacia el Himalaya conduce a algunas de las mayores cantidades de lluvia medidas en la Tierra en el noreste de la India.

Medición

Pluviómetro estándar

La forma estándar de medir la lluvia o la nieve es el pluviómetro estándar, que se puede encontrar en las variedades de plástico de 100 mm (4 pulgadas) y de metal de 200 mm (8 pulgadas). El cilindro interior se llena con 25 mm (1 pulgada) de lluvia, y el desbordamiento fluye hacia el cilindro exterior. Los medidores de plástico tienen marcas en el cilindro interior con una resolución de hasta 0,25 mm (0,01 pulg.), Mientras que los medidores de metal requieren el uso de una varilla diseñada con las marcas adecuadas de 0,25 mm (0,01 pulg.). Una vez que se llena el cilindro interior, la cantidad del interior se desecha, luego se llena con la lluvia restante en el cilindro exterior hasta que todo el líquido en el cilindro exterior desaparece, sumando al total general hasta que el cilindro exterior está vacío. Estos medidores se utilizan en el invierno quitando el embudo y el cilindro interior y permitiendo que la nieve y la lluvia helada se acumulen dentro del cilindro exterior. Algunos agregan anticongelante a su medidor para que no tengan que derretir la nieve o el hielo que cae dentro del medidor. Una vez que la nieve / hielo termine de acumularse, o cuando se acerquen los 300 mm (12 pulgadas), se puede llevar adentro para que se derrita, o usar agua tibia para llenar el cilindro interno con el fin de derretir la precipitación congelada en el cilindro externo. , haciendo un seguimiento del líquido caliente agregado, que posteriormente se resta del total general una vez que se derrite todo el hielo / nieve.

Otros tipos de medidores incluyen el popular medidor de cuña (el pluviómetro más barato y más frágil), el pluviómetro de cubeta basculante y el pluviómetro de pesaje . Los medidores de cuña y del cucharón basculante tienen problemas con la nieve. Los intentos de compensar la nieve / hielo calentando la cubeta basculante tienen un éxito limitado, ya que la nieve puede sublimarse si el indicador se mantiene muy por encima del punto de congelación. Los medidores de peso con anticongelante deberían funcionar bien con la nieve, pero nuevamente, el embudo debe retirarse antes de que comience el evento. Para aquellos que buscan medir la lluvia de manera más económica, una lata cilíndrica con lados rectos actuará como un pluviómetro si se deja al aire libre, pero su precisión dependerá de la regla que se use para medir la lluvia. Cualquiera de los pluviómetros anteriores se puede fabricar en casa, con suficiente conocimiento .

Cuando se realiza una medición de precipitación, existen varias redes en los Estados Unidos y en otros lugares donde las mediciones de precipitación se pueden enviar a través de Internet, como CoCoRAHS o GLOBE . Si no hay una red disponible en el área donde se vive, la oficina meteorológica local más cercana probablemente estará interesada en la medición.

Definición de hidrometeoro

Un concepto utilizado en la medición de la precipitación es el hidrometeoro. Cualquier partícula de agua líquida o sólida en la atmósfera se conoce como hidrometeoros. Las formaciones debidas a la condensación, como nubes, neblina , niebla y neblina, están compuestas por hidrometeoros. Todos los tipos de precipitación están compuestos por hidrometeoros por definición, incluido virga , que es una precipitación que se evapora antes de llegar al suelo. Las partículas arrastradas desde la superficie de la Tierra por el viento, como la nieve que sopla y el rocío del mar, también son hidrometeoros , al igual que el granizo y la nieve .

Estimaciones de satélite

Aunque los medidores de precipitación superficial se consideran el estándar para medir la precipitación, hay muchas áreas en las que su uso no es factible. Esto incluye las vastas extensiones de océano y áreas terrestres remotas. En otros casos, cuestiones sociales, técnicas o administrativas impiden la difusión de observaciones de calibre. Como resultado, el registro mundial moderno de precipitación depende en gran medida de las observaciones satelitales.

Los sensores de satélite funcionan detectando la precipitación de forma remota, registrando varias partes del espectro electromagnético que, según la teoría y la práctica, están relacionadas con la ocurrencia y la intensidad de la precipitación. Los sensores son casi exclusivamente pasivos, registrando lo que ven, similar a una cámara, en contraste con los sensores activos ( radar , lidar ) que envían una señal y detectan su impacto en el área que se está observando.

Los sensores de satélite que se utilizan actualmente en la práctica para la precipitación se dividen en dos categorías. Los sensores de infrarrojos térmicos (IR) registran un canal de alrededor de 11 micrones de longitud de onda y principalmente brindan información sobre las cimas de las nubes. Debido a la estructura típica de la atmósfera, las temperaturas de la cima de las nubes están aproximadamente inversamente relacionadas con las alturas de la cima de las nubes, lo que significa que las nubes más frías casi siempre ocurren en altitudes más altas. Además, es probable que las cimas de las nubes con mucha variación a pequeña escala sean más vigorosas que las nubes con cimas suaves. Varios esquemas matemáticos, o algoritmos, utilizan estas y otras propiedades para estimar la precipitación a partir de los datos IR.

La segunda categoría de canales de sensores se encuentra en la parte de microondas del espectro electromagnético. Las frecuencias en uso oscilan entre unos 10 gigahercios y unos pocos cientos de GHz. Los canales de hasta aproximadamente 37 GHz proporcionan principalmente información sobre los hidrometeoros líquidos (lluvia y llovizna) en las partes más bajas de las nubes, con grandes cantidades de líquido que emiten mayores cantidades de energía radiante de microondas . Los canales por encima de 37 GHz muestran señales de emisión, pero están dominados por la acción de hidrometeoros sólidos (nieve, graupel, etc.) para dispersar la energía radiante de microondas. Los satélites como la misión de medición de lluvia tropical (TRMM) y la misión de medición de precipitación global (GPM) emplean sensores de microondas para formar estimaciones de precipitación.

Se ha demostrado que los canales y productos de sensores adicionales brindan información adicional útil, incluidos canales visibles, canales IR adicionales, canales de vapor de agua y recuperaciones de sondeos atmosféricos. Sin embargo, la mayoría de los conjuntos de datos de precipitación en uso actual no emplean estas fuentes de datos.

Conjuntos de datos satelitales

Las estimaciones de IR tienen una habilidad bastante baja en escalas temporales y espaciales cortas, pero están disponibles con mucha frecuencia (15 minutos o más a menudo) de satélites en órbita terrestre geosincrónica. La IR funciona mejor en casos de convección profunda y vigorosa, como los trópicos, y se vuelve cada vez menos útil en áreas donde domina la precipitación estratiforme (en capas), especialmente en las regiones de latitudes medias y altas. La conexión física más directa entre los hidrometeoros y los canales de microondas da a las estimaciones de microondas una mayor habilidad en escalas temporales y espaciales cortas que la que se aplica a los infrarrojos. Sin embargo, los sensores de microondas vuelan solo en satélites de órbita terrestre baja, y hay pocos de ellos que el tiempo promedio entre observaciones exceda las tres horas. Este intervalo de varias horas es insuficiente para documentar adecuadamente la precipitación debido a la naturaleza transitoria de la mayoría de los sistemas de precipitación, así como a la incapacidad de un solo satélite para capturar adecuadamente el ciclo diario típico de precipitación en un lugar determinado.

Desde finales de la década de 1990, se han desarrollado varios algoritmos para combinar datos de precipitación de sensores de múltiples satélites, buscando enfatizar las fortalezas y minimizar las debilidades de los conjuntos de datos de entrada individuales. El objetivo es proporcionar las "mejores" estimaciones de precipitación en una cuadrícula de tiempo / espacio uniforme, generalmente para la mayor parte del mundo posible. En algunos casos, se enfatiza la homogeneidad a largo plazo del conjunto de datos, que es el estándar de registro de datos climáticos .

En otros casos, el objetivo es producir la mejor estimación satelital instantánea, que es el enfoque del producto de precipitación de alta resolución. En cualquier caso, por supuesto, el objetivo menos enfatizado también se considera deseable. Un resultado clave de los estudios de múltiples satélites es que incluir incluso una pequeña cantidad de datos de medición de superficie es muy útil para controlar los sesgos que son endémicos de las estimaciones de satélites. Las dificultades en el uso de datos de calibre son que 1) su disponibilidad es limitada, como se señaló anteriormente, y 2) los mejores análisis de los datos de calibre toman dos meses o más después del tiempo de observación para someterse a la transmisión, ensamblaje, procesamiento y control de calidad necesarios. Por lo tanto, las estimaciones de precipitación que incluyen datos de medición tienden a producirse más después del tiempo de observación que las estimaciones sin medición. Como resultado, si bien las estimaciones que incluyen datos de medición pueden proporcionar una descripción más precisa de la precipitación "verdadera", generalmente no son adecuadas para aplicaciones en tiempo real o casi real.

El trabajo descrito ha dado como resultado una variedad de conjuntos de datos que poseen diferentes formatos, cuadrículas de tiempo / espacio, períodos de registro y regiones de cobertura, conjuntos de datos de entrada y procedimientos de análisis, así como muchas formas diferentes de designadores de versiones de conjuntos de datos. En muchos casos, uno de los conjuntos de datos multisatélite modernos es la mejor opción para uso general.

Periodo de devolución

La probabilidad o probabilidad de un evento con una intensidad y duración específicas se denomina período o frecuencia de retorno . La intensidad de una tormenta se puede predecir para cualquier período de retorno y duración de la tormenta, a partir de gráficos basados ​​en datos históricos de la ubicación. El término tormenta de 1 en 10 años describe un evento de lluvia que es raro y solo es probable que ocurra una vez cada 10 años, por lo que tiene una probabilidad del 10 por ciento en un año determinado. La lluvia será mayor y las inundaciones serán peores que la peor tormenta esperada en cualquier año. El término tormenta de 1 en 100 años describe un evento de lluvia que es extremadamente raro y que ocurrirá con una probabilidad de solo una vez en un siglo, por lo que tiene una probabilidad del 1 por ciento en un año determinado. La lluvia será extrema y las inundaciones serán peores que un evento de 1 en 10 años. Al igual que con todos los eventos de probabilidad, es posible, aunque poco probable, tener dos "tormentas de 1 en 100 años" en un solo año.

Patrón desigual de precipitación

Una parte significativa de la precipitación anual en cualquier lugar en particular cae en solo unos pocos días, típicamente alrededor del 50% durante los 12 días con mayor precipitación.

Papel en la clasificación climática de Köppen

Mapa climático de Köppen-Geiger actualizado
  Af
  Soy
  Aw / As
  BWh
  BWk
  BSh
  BSk
  Csa
  CSB
  Csc
  Cwa
  Cwb
  Cwc
  Cfa
  Cfb
  Cfc
  Dsa
  Dsb
  Dsc
  Dsd
  Dwa
  Dwb
  Dwc
  Dwd
  Dfa
  Dfb
  Dfc
  Dfd
  ET
  EF

La clasificación de Köppen depende de los valores mensuales promedio de temperatura y precipitación. La forma más comúnmente utilizada de la clasificación de Köppen tiene cinco tipos primarios etiquetados de la A a la E. Específicamente, los tipos primarios son A, tropical; B, seco; C, latitud media suave; D, latitud media fría; y E, polar. Los cinco clasificaciones primarias se pueden dividir en categorías secundarias, como la selva tropical , monzón , sabana tropical , subtropical húmedo , continental húmedo , clima oceánico , clima mediterráneo , estepa , clima subártico , la tundra , capa de hielo polar , y el desierto .

Las selvas tropicales se caracterizan por una alta precipitación, con definiciones que establecen una precipitación anual mínima normal entre 1.750 y 2.000 mm (69 y 79 pulgadas). Una sabana tropical es un bioma de pastizal ubicado en regiones de clima semiárido a semihúmedo de latitudes tropicales y subtropicales, con precipitaciones entre 750 y 1270 mm (30 y 50 pulgadas) al año. Están muy extendidos en África y también se encuentran en la India, el norte de América del Sur, Malasia y Australia. La zona de clima subtropical húmedo es donde las lluvias invernales (y a veces nevadas) se asocian con grandes tormentas que los vientos del oeste dirigen de oeste a este. La mayor parte de las lluvias de verano se producen durante tormentas eléctricas y ocasionales ciclones tropicales. Los climas subtropicales húmedos se encuentran en los continentes del lado este, aproximadamente entre latitudes de 20 ° y 40 ° grados desde el ecuador.

Un clima oceánico (o marítimo) se encuentra típicamente a lo largo de las costas occidentales en las latitudes medias de todos los continentes del mundo, bordeando océanos fríos, así como el sureste de Australia, y está acompañado de abundantes precipitaciones durante todo el año. El régimen climático mediterráneo se asemeja al clima de las tierras de la cuenca mediterránea, partes del oeste de América del Norte, partes del oeste y sur de Australia, en el suroeste de Sudáfrica y en partes del centro de Chile. El clima se caracteriza por veranos calurosos y secos e inviernos fríos y húmedos. Una estepa es una pradera seca. Los climas subárticos son fríos con permafrost continuo y poca precipitación.

Efecto sobre la agricultura

Estimaciones de precipitaciones para el sur de Japón y la región circundante del 20 al 27 de julio de 2009.

Las precipitaciones, especialmente las lluvias, tienen un efecto dramático en la agricultura. Todas las plantas necesitan al menos algo de agua para sobrevivir, por lo tanto, la lluvia (que es el medio de riego más eficaz) es importante para la agricultura. Si bien un patrón de lluvia regular suele ser vital para la salud de las plantas, demasiada o muy poca lluvia puede ser dañina, incluso devastadora para los cultivos. La sequía puede matar los cultivos y aumentar la erosión, mientras que el clima demasiado húmedo puede causar el crecimiento de hongos dañinos. Las plantas necesitan distintas cantidades de lluvia para sobrevivir. Por ejemplo, ciertos cactus requieren pequeñas cantidades de agua, mientras que las plantas tropicales pueden necesitar hasta cientos de pulgadas de lluvia por año para sobrevivir.

En áreas con estaciones húmedas y secas, los nutrientes del suelo disminuyen y la erosión aumenta durante la estación húmeda. Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos en la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. Los países en desarrollo han observado que sus poblaciones muestran fluctuaciones estacionales de peso debido a la escasez de alimentos que se observa antes de la primera cosecha, que se produce al final de la temporada de lluvias.

Cambios debido al calentamiento global

El aumento de las temperaturas tiende a aumentar la evaporación, lo que conduce a más precipitaciones. Las precipitaciones han aumentado en general sobre la tierra al norte de los 30 ° N desde 1900 hasta 2005, pero han disminuido en los trópicos desde la década de 1970. A nivel mundial, no ha habido una tendencia general estadísticamente significativa en las precipitaciones durante el siglo pasado, aunque las tendencias han variado ampliamente según la región y a lo largo del tiempo. En 2018, un estudio que evaluó los cambios en la precipitación a través de escalas espaciales utilizando un conjunto de datos de precipitación global de alta resolución de más de 33 años, concluyó que "Si bien hay tendencias regionales, no hay evidencia de un aumento en la precipitación a escala global en respuesta a el calentamiento global observado ".

Cada región del mundo va a tener cambios en las precipitaciones debido a sus condiciones únicas. Las partes orientales de América del Norte y del Sur, el norte de Europa y el norte y centro de Asia se han vuelto más húmedas. El Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia se han vuelto más secos. Ha habido un aumento en el número de eventos de fuertes precipitaciones en muchas áreas durante el siglo pasado, así como un aumento desde la década de 1970 en la prevalencia de sequías, especialmente en los trópicos y subtrópicos. Los cambios en la precipitación y la evaporación sobre los océanos son sugeridos por la disminución de la salinidad de las aguas de latitudes medias y altas (lo que implica más precipitación), junto con el aumento de la salinidad en latitudes más bajas (lo que implica menos precipitación, más evaporación o ambas). En los Estados Unidos contiguos, la precipitación anual total aumentó a una tasa promedio del 6,1% por siglo desde 1900, con los mayores incrementos en la región climática del centro norte del este (11,6% por siglo) y el sur (11,1%). Hawái fue la única región que mostró una disminución (−9,25%).

Cambios debido a la isla de calor urbana

Imagen de Atlanta, Georgia , que muestra la distribución de la temperatura, con áreas calientes que aparecen en blanco

La isla de calor urbano calienta las ciudades de 0,6 a 5,6 ° C (1,1 a 10,1 ° F) por encima de los suburbios circundantes y las áreas rurales. Este calor adicional conduce a un mayor movimiento hacia arriba, lo que puede inducir una actividad adicional de lluvia y tormenta. Las tasas de lluvia a sotavento de las ciudades aumentan entre un 48% y un 116%. En parte como resultado de este calentamiento, las precipitaciones mensuales son aproximadamente un 28% mayores entre 32 y 64 kilómetros (20 a 40 millas) a sotavento de las ciudades, en comparación con las de ceñida. Algunas ciudades inducen un aumento total de las precipitaciones del 51%.

Previsión

Ejemplo de un pronóstico de lluvia para cinco días del Centro de Predicción Hidrometeorológica

El pronóstico cuantitativo de precipitación (abreviado QPF) es la cantidad esperada de precipitación líquida acumulada durante un período de tiempo específico en un área específica. Se especificará un QPF cuando se pronostique un tipo de precipitación medible que alcance un umbral mínimo para cualquier hora durante un período válido de QPF. Los pronósticos de precipitación tienden a estar sujetos a horas sinópticas como 0000, 0600, 1200 y 1800 GMT . El terreno se considera en los QPF mediante el uso de topografía o basándose en patrones de precipitación climatológica de observaciones con detalles finos. Desde mediados hasta fines de la década de 1990, los QPF se utilizaron dentro de los modelos de pronóstico hidrológico para simular el impacto en los ríos de los Estados Unidos. Los modelos de pronóstico muestran una sensibilidad significativa a los niveles de humedad dentro de la capa límite planetaria , o en los niveles más bajos de la atmósfera, que disminuye con la altura. QPF se puede generar sobre una base cuantitativa, pronosticando cantidades, o cualitativamente, pronosticando la probabilidad de una cantidad específica . Las técnicas de pronóstico de imágenes de radar muestran una mayor habilidad que los pronósticos de modelos dentro de las seis a siete horas posteriores a la hora de la imagen de radar. Los pronósticos se pueden verificar mediante el uso de mediciones de pluviómetros , estimaciones de radar meteorológico o una combinación de ambos. Se pueden determinar varios puntajes de habilidad para medir el valor del pronóstico de lluvia.

Ver también

Referencias

enlaces externos