¿Qué son los GRADIENTES ADIABÁTICOS?

En otra entrada anterior ya se estuvo viendo lo que era el Gradiente Vertical de Temperatura, GVT. Recordémoslo, era el grado de disminución de la temperatura con la altura. Su valor era variable segun la época y el lugar pero, aproximadamente, oscilaba alrededor de 6 ó 7ºC por kilómetro.

Antes de definir qúe son los gradientes adiabáticos vamos a establecer las diferencias entre los procesos no adiabáticos y los procesos adiabáticos.

Un proceso no adiabático es aquél en el que existe un intercambio de calor entre una porción de aire y la atmósfera circundante. Estos procesos se pueden dar en cualquier nivel. Así, por ejemplo si la superficie de la Tierra está a una temepartura mayor que la porción de atmósfera inmediatamente subyacente a ella, puede haber una transferencia de energía en forma de calor desde la superficie terrestre al aire que hay encima, bien sea por radiación, por conducción o por mezcla turbulenta. Evidentemente, si la superficie terrestre está a una temperatura inferior que la porción de aire que hay por encima, ésta sufre una pérdida de energía en forma de calor.

Un proceso adiabático es aquél en el que no hay un intercambio de calor entre una parcela de aire y sus alrededores, por ninguno de los mecanismos de transmisión del calor ya conocidos (conducción, convección, radiación, mezcla turbulenta). Por descontado que las partículas sólidas o líquidas de dicha parcela tampoco pueden sufrir ganancias ni pérdidas energéticas en forma de calor. Sin embargo, esta situación es ideal y no se cumplen nunca ya que siempre hay ciertos intercambios de calor entre la porción de aire y el resto de la atmósfera. Pero la cantidad de energía en forma de calor intercambiada es tan pequeña que se puede suponer despreciable.
Por ello está plenamente justificado que los procesos de corta duración se les suponga que transcurren sin intercambio de calor.

Cuando una parcela de aire se eleva verticalmente (o desciende verticalmente), sufriendo expansiones y comprensiones adiabáticas, su temperatura varía. Estas variaciones de temperatura se conocen como Gradientes Adiabáticos. Hay dos tipos de Gradientes Adiabáticos:
- El Gradiente Adiabático Seco.
- El Gradiente Adiabático Saturado.

Gradiente Adiabático Seco. Una parcela de aire seco que se expande cuando asciende (ya que va ingresando en regiones de presión más baja situadas por encima de la misma), y no realiza intercambios de calor con el resto de la atmósfera circundante (proceso adiabático), sufrirá un enfriamiento.
Por contra, si desciende de forma adiabática, se contraerá (ya que ingresa en regiones de mayor presión) sufrirá un calentamiento.
El valor usual de dicho Gradiente Adiabático Seco, es de 0,00982 K·m-1 (9,8 grados por cada kilómetro)*. Es decir, aproximadamente 1 grado de disminución (aumento) por cada 102 metros de elevación (descenso). Exactamente es 1 grado por cada 101,8 metros).
Téngase en cuenta que este gradiente puede utilizarse también con aire húmedo, siempre que no haya saturación. Si lam parcela de aire tiene una cierta cantidad de vapor de agua, el Gradiente Adfiabático Seco no podrá utilizarse por encima del nivel en el que dicha parcela se satura. Para ello habrá que utilizar el:

Gradiente Adiabático Saturado. Si durante el ascenso de la parcela de aire, la expansión adiabática conlleva que el vapor de agua se condense (con la consiguiente liberación del calor latente: 540 cal/gramo) y, por tanto, la temperatura de dicha parcela disminuya. Sin embargo esta disminución de temperatura será menor que en el caso anterior ya que la liberación del calor latente compensa el enfriamiento adiabático que sufre la parcela. Así pues, la variación de la temperatura con la altura es menor que la del aire seco, o del aire húmedo no saturado, y en una cantidad tal que depende de la latitud y de la presión.
En los niveles más bajos de la atmósfera y en las latitudes templadas el Gradiente Adiabático saturado es aproximadamente la mitad que el Gradiente Adiabático Saturado.


* En el Sistema Británico de Unidades, el valor sería 5,4ºF por cada 1000 pies.



Más información:
- Compendio de Meteorología, Vol 1, Parte 2. B.J. Retallack. OMM
- http://es.wikipedia.org/wiki/Gradiente_adiab%C3%A1tico
- http://www.tutiempo.net/silvia_larocca/Temas/emagrama2.htm