miércoles, 8 de septiembre de 2010

¿Qué es el efecto FÖHN?

    El FÖHN es un efecto orográfico muy interesante por las consecuncias que puede acarrear. Es un fenómeno característico de algunas regiones y se produce cuando el aire es forzado a a ascender por la ladera de una montaña.
    Mientras este aire va ascendiendo por la ladera de barlovento, se va enfriando siguiendo el ritmo del gradiente adiabático seco (ver entrada del 25/08/2010) a razón de 9,8 grados centígrados por cada kilómetro de ascenso (más exactamente, 1 grado centígrado por cada 101,8 metros de ascenso). Si la montaña es suficientemente alta, este enfriamiento ocurre hasta que el aire llega a su nivel de condensación. En este punto se alcanza el punto de saturación (ver entradas del 03/09/2010) y comienza la condensación, formándose una nube que continúa hasta la cima de la montaña. Cuando esto ocurre, y si además el aire es estable, se forma una especie de visera sobre la cima. Esto es lo que se conoce como nubosidad de estancamiento, ya que mientras no cambie la dirección del viento, permanecerá inmóvil.
    Cuando se ha llegado a la condensación, el aire continúa subiendo y enfriándose pero esta vez según el ritmo del gradiente adiabático saturado (aproximadamente 5-6ºC por cada kilómetro de ascenso, este valor varía según la temperatura del aire, como se ha señalado en otra entrada anterior), el cual es menor que el gradiente adiabático seco, de modo que el aire llega a la cima con una temperatura más alta que la que tendría si no se hubiera producido la condensación y formado la nube. Durante este ascenso hay lluvias intermitentes y poco intensas en la ladera de barlovento. De esta manera el aire va perdiendo humedad a medida que va remontando la ladera y cuando llega a la cima ha perdido bastante de la humedad que tenía al inicar el ascenso. El aire una vez sobrepasada la cima de la montaña empezará a descender por la ladera de sotavento (en caso de que el aire continúe estable) hasta llegar al nivel inicial que tenía antes de llegar a la base de la montaña y ser forzado a remontar la ladera de barlovento.
    La consecuencia de todo esto, es que en el descenso el aire se calentará siguiendo el gradiente adiabático seco (1ºC por cada 102 metros), y alcanzará el nivel inicial muy seco y cálido.
    Este efecto se amplifica cuanto más alta sea la montaña y, según la zona y la estación, se pueden producir aludes, incendios forestales e incluso inundaciones. Se observa de una mmanera frecuente en los Alpes (Föhn), en Cataluña (Tramontana), laderas orientales de las Montañas Rocosas (Chinook).


    Veamos un ejemplo consideremos una montaña de 4000 metros de altura a la que llega una masa de aire húmedo a 25ºC. Supongamos que el nivel de condensación esté a 1000 metros de altura para esta masa de aire. El aire que ha llegado a la base de la montaña a 25ºC comienza a remontarla por la ladera de barlovento y va disminuyendo sui temperatura a razón de 1ºC por cada 102 metros. Así pues, cuando llega al nivel de condensación su temperatura es de:  25ºC - (1000 metros)x(1ºC/102 metros)=15,2ºC. En este punto se empieza a condensar el vapor de agua de la masa de aire y se forma la nube que remonta la montaña.
    A partir de esta altura (recordemos que estamos en el nivel de condensación, que para esta masa de aire es de 1000 metros),  el aire continúa enfriándose según el gradiente adiabático saturado (supongamos que en estas condiciones es de 6ºC por cada kilómetro), de modo que al llegar a la cima, su temperatura es de:   15,2ºC - (3000 m)x(6ºC/1000m)= - 2,8ºC.
    Si no se hubiera producido la condensación la temperatura hubiera sido de:
25ºC-(4000m)x(1ºC/102m)= - 14,2ºC


   Una vez sobrepasada la cima el aire desciende por la ladera de sotavento calentándose según el gradiente adiabático seco, y llegará a la base de la montaña con una temperatura de:
-2,8ºC+(4000m)x(1ºC/102m)= 36,4ºC, y además de recalentado,  se trataría de un aire muy seco ya que perdió gran parte de su humedad durante el ascenso.

martes, 7 de septiembre de 2010

¿Qué es más denso, el AIRE SECO o el AIRE HÚMEDO?

    Ya sabemos que el aire seco es una mezcla de varios gases (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono,...) y su peso molecular promedio es de 28,96 gramos/mol. Esto quiere decir que un mol de aire seco, o lo que es lo mismo, 602 200 000 000 000 000 000 000 partículas de aire seco (moléculas de oxígeno, de nitrógeno, de dióxido de carbono, ...) tienen una masa de 28,96 gramos. Por otro lado, el peso molecular del agua es de 18 gramos/mol, menor que la correspondiente al aire seco.

    Si cogemos un volumen determinado de aire seco a unas condiciones determinadas de presión y temperatura y reemplazamos cierto número de moléculas de oxígeno, de nitrógeno y demás componentes del aire seco por moléculas de agua, la masa de este volumen considerado de aire (ahora ya es aire  húmedo) disminuirá. Por lo tanto, la densidad tambien disminuirá.

    La densidad del aire húmedo es menor que la del aire seco en las mismas condiciones de presión y temperatura.

viernes, 3 de septiembre de 2010

¿Qué es el PUNTO de ROCÍO?

    El punto de rocío es la temperatura a la que debe enfriarse una masa de aire para provocar la condensación del vapor de agua contenido en ella, sin que varíe la cantidad de vapor de agua que hay en ella.

    Como se ha comentado en otra entrada anterior,  a medida que disminuye la temperatura de una masa de aire, va disminuyendo la capacidad que tiene para contener vapor de agua, es decir, va disminuyendo la humedad relativa de ésta. Si dicha masa de aire continúa enfriándose llegará un momento en que el aire alcanzará el punto de saturación y, a partir de ahí, podrá producirse la condensación. 
    La temperatura a la cual la masa de aire alcanza la saturación es el  punto de rocío.

    Cuanto más cerca estén la temperatura actual de una masa de aire y su temperatura del punto de rocío, entonces más próxima estará esa masa de aire de la saturación. 
    Por contra, si la diferencia entre la temperatura actual de una masa de aire y la del punto de rocío es grande, el aire estará más lejos de la saturación.

    Por ejemplo, vamos a comparar las temperaturas de dos estaciones y sus respectivos puntos de rocío. Imaginemos que en el aeropuerto de Manises (Valencia) la temperatura del aire es de 28ºC y la del punto de rocío es de 15ºC, y en el eropuerto Charles de Gaulle (París)  la temperatura del aire es de 10ºC y la del punto de rocío es de 7ºC. ¿En cuál de los dos casos se estará más cerca de la saturación?, pues en aquél en el que la diferencia entre ambas temperaturas sea menor. En nuestro ejemplo, sería en el aeropuerto de París.

    La humedad relativa de una masa de aire será tanto mayor cuanto más cerca esté el aire de alcanzar al saturación.

    ¿Qué ocurre cuando la temperatura del punto de rocío es igual a la temperatura del aire?. Pues lo que ocurre es que el aire está saturado y puede empezar a darse la condensación del vapor de agua contenido en esa masa de aire. 
    Por ejemplo, en el ejemplo anterior ¿cuál debería ser la temperatura del punto de rocío del aeropuerto de Manises, para que el aire estuviera saturado?. Evidentemente, 28ºC.
    Si en el caso anterior en el aeropuerto Charles de Gaulle de París la temperatura del punto de rocío fuese de 10ºC y la del aire fuese la misma, ¿cuál sería la humedad relativa?. Evidentemente, sería del 100%.

    La presión de vapor de saturación aumenta con la temperatura. Si el aire se calienta, aumentan la capacidad que tiene la masa de aire para contener vapor de agua. Por ejemplo. la presión de vapor de saturación del agua en función de la temperatura es:

  Temperatura(ºC)   Presión de vapor de saturación (hPa)
             0                               6,11
            10                             12,27  
            20                             23,37   
            40                             73,77  

    Por otro lado, el punto de rocío va a estar determinado por el contenido actual de humedad de la masa de aire. Cuando hay un contenido de humedad alto, las temperaturas del punto de rocío serán más altas.

    Pongamos un ejemplo,  si en el aeropuerto de Manises las temperaturas del aire y del punto de rocío son ambas de 26ºC y en el aeropuerto de El Altet (Alicante) la temperatura del aire es de 26ºC y la del punto de rocío es 22ºC, ¿en cuál de los dos aeropuertos habrá un mayor contenido de humedad?. La respuesta es, en aquel que tenga un mayor punto de rocío. En este ejemplo, en el aeropuerto de Manises.
    O, lo que es lo mismo, si la temperatura de rocío es baja, se infiere que el contenido de humedad de esa masa de aire es bajo.

  Resumamos conceptos vistos hasta ahora:
    La cantidad de vapor de agua presente en una masa de aire es la humedad.

    El grado de saturación de una masa de aire viene dado por la humedad relativa.

    El punto de rocío es la temperatura a la que una masa de aire se enfría para que empiece la condensación.

    Cuánto más próxima esté la temperatura del aire a la del punto de rocío, entonces más cerca estará la masa de aire de alcanzar la saturación.


    Veamos otro ejemplo más. Si un día determinado de invierno las temperaturas del aire y del punto de rocío en Manises son de 10ºC y en El Altet son, la del aire 16ºC y la del punto de rocío 13ºC, podremos afirmar que la humedad en El Altet es mayor que en Manises (ya que la temperatura del punto de rocío es mayor), pero el grado de saturación sería más bajo en El Altet que en Manises, ya que la diferencia entre la temperatura del aire y la del punto de rocío es menor en Manises que en El Altet. De hecho en Manises, se ha alcanzado la saturación del aire y es probable que empiece a ocurrir la condensación del vapor de agua.

    Otro ejemplo más. Supongamos ahora que en el aeropuerto de Son Sant Joan (Palma de Mallorca) la temperatura del aire es de 16ºC y la del punto de rocío también de 16ºC, y en el aeropuerto de Barajas (Madrid) la del aire es de 19ºC y la del punto de rocío es de 14ºC.  ¿En qué aeropuerto el contenido de humedad será menor?. La respuesta es en aquel en el que el punto de rocío sea menor, en nuestro ejemplo sería en Barajas. ¿En qué aeropuerto sería mayor la humedad relativa?. La respuesta es en aquél en el que la diferencia entre las temperaturas del aire y del punto de rocío sea menor. En nuestro ejemplo sería en Son Sant Joan.

    Cuando una masa de aire  se enfría hasta alcanzar la temperatura del punto de rocío y el vapor de agua empieza a condensarse, ¿qué ocurre con la temperatura del punto de rocío?. Pues que al producirse la condensación, parte del vapor de agua se convierte en agua líquida y, en consecuencia, disminuye la cantidad de vapor de agua presente en esa masa de aire, y como disminuye el contenido de humedad, disminuirá también la temperatura del punto de rocío.

  Si el contenido de humedad no cambia tampoco lo hace el punto de rocío.

  
 

 

¿Qué es la HUMEDAD RELATIVA?, ¿cómo varía con la temperatura del aire?

    La cantidad de vapor de agua presente en el aire, es lo que conocemos también como humedad. Cuando decimos que el aire está muy seco lo que queremos decir es que contiene poco vapor de agua, es decir, que contiene poca humedad.En estas  circunstancias es previsible pensar que se se van a desarrollar pocas nubes. Por el contrario, si el aire contiene mucho vapor de agua, es decir, contiene mucha humedad, será frecuente que se desarrollen nubes, se forme niebla e incluso haya precipitación.

    ¿Qué relación hay entre la humedad y la temperatura. La cantidad de vapor de agua que puede contener una masa de aire, de pende de la temperatura. A medida que va aumentando la temperatura del aire, éste es capaz de contener más humedad. Por eso, el aire tiene menos capacidad para contener vapor de agua a 5ºC que a 15ºC.

    A mayor temperatura del aire, éste puede contener mayor cantidad de vapor de agua.

   A una temperatura dada, el aire puede contener como máximo una cierta cantidad de vapor de gua. Cuando una masa de aire contiene la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener a esa temperatura, se dice que el aire está saturado

   Por ejemplo, en las siguientes situaciones:
a) La temperatura del aire es de 35ºC, y contiene la máxima cantidad posible de vapor de agua.
b) La temperatura del aire es de 10ºC, y la humedad contenida en él es alta.
c) La temperatura del aire es de 15ºC, y el aire tiene la máxima cantidad posible de vapor de agua.

    Diremos que el aire está saturado en las situaciones  a) y c), ya que en ambos casos se nos dice que el aire contiene la máxima cantidad posible de vapor de agua. Por supuesto, en la situación a) está máxima cantidad posible de vapor de agua es mayor que en la situación c), ya que, como se ha comentado anteriormente a mayor temperatura del aire, éste puede contener mayor cantidad de vapor de agua.

    ¿De qué manera se expresa el grado de saturación de una masa de aire?. Para expresar el grado de saturación de una masa de aire, se mide lo que se conoce como humedad relativa, la cual relaciona la cantidad de vapor ade agua presente en una masa de aire, con la que podría estar presente en esa cantidad de aire, si éste estuviera saturado  totalmente.  Generalmente, la humedad relativa se expresa en tanto por ciento.
    Por otro lado sabemos que la cantidad de vapor de agua contenida en una masa de aire es proporcional a la presión (tensión) de vapor. Por lo tanto el valor aproximado de la humedad relativa se puede determinar con la fórmula:

    Humedad relativa (en %)=(Presión real del vapor de agua)x100 / (Presión de saturación del vapor de agua a esa temperatura del aire)

    Recapitulando. Cuando hablamos de contenido de humedad nos estamos refiriendonos a la cantidad de vapor de agua presente en una masa de aire. Cuando hablamos de saturación estamos refiriéndonos al grado de saturación del aire. Cuando hablemos de humedad relativa, nos referiremos a la cantida máxima de vapor de agua que puede tener el aire a una temperatura dada.

    Hemos de hacer patente que la humedad relativa puede variar, incluso si el contenido de humedad (contenido de vapor de agua) de una masa de aire permanece constante. ¿Cómo es posible esto?, si hay un cambio en la temperatura del aire, cambia también la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener esa masa de aire y, por ello, cambia también la humedad relativa.
     Si la temperatura del aire permanece constante y el contenido de humedad  aumenta, la humedad relativa aumenta, ya que al no variar la temperatura del aire, tampoco lo hace la máxima cantidad de vapor de agua que esa muestra de aire puede contener (el denominador de la fórmula anterior), y si variar el contenido de humedad (el numerador de la fórmula), se produce por tanto una variación de la humedad relativa.

    Si la temperatura del aire aumenta y el contenido de humedad permanece constante, la humedad relativa disminuye. Esto es así porque, al aumentar la temperatura aumenta la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener esa masa de aire (el denominador de la fórmula), mientras que el numerador de la fórmula (el contenido real en vapor de agua de esa masa de aire) permanece constante. O dicho de otra manera, el grado de saturación del aire disminuye porque al aumentar la temperatura tiene mayor capacidad para contener vapor de agua.

    Si el contenido de humedad (de vapor de agua) en el aire permanece constante y su temperatura desciende, la humedad relativa aumenta. Ya que al disminuir la temperatura del aire, disminuye su capacidad para contener vapor de agua. Si el aire continúa enfriándose llegará un momento en que podrá alcanzar el punto de saturación. A partir de ese momento podría empezar la condensación del vapor de agua.

    ¿En qué momento del día la humedad relativa suele alcanzar su valor máximo?. Normalmente cuando amanece, ya que es en ese momento cuando la temperatura del aire es mínima (y por ende, es cuando tiene menos capacidad para contener aire). En ciertos casos, el aire puede alcanzar su temperatura de saturación. En el caso de que se produzca la condensación, se pueden formar neblinas o nieblas. Posteriormente, a medida que va avanzando el día, la temperatura va aumentando y por ello, va disminuyendo la humedad relativa, lo que ocasiona la desaparición de nieblas o neblinas.