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Descubrir la meteorología

La creación del tiempoLos elementosFormación de las nubes

¿Cómo se forman las nubes?

La condensación o deposición del agua sobre la superficie del planeta es lo que crea las nubes. En general, las nubes se desarrollan en cualquier masa de aire que se torne saturada (donde la humedad relativa se vuelve del 100%). La saturación puede ocurrir debido a enfriamiento, una ganancia de humedad o por mezcla. El enfriamiento sucede por movimiento ascendente (ascenso adiabático) o por contacto con la superficie de la Tierra. El movimiento ascendente es un mecanismo atmosférico por el cual se forman las nubes cumulus en una parcela de aire que se eleva por ser más cálida que el aire circundante. Pero hemos visto que es a causa del enfriamiento que una porción de aire se torna saturada y finalmente el vapor de agua se condensa en gotas de agua. Esta paradoja aparente es resuelta cuando uno comprende los cambios que ocurren en las corrientes de aire ascendente. Durante el desplazamiento ascendente de una parcela de aire, no ocurre intercambio de energía calórica entre la parcela y su alrededor. Eso es un proceso adiabático, significando que para la mayor parte de la nubosidad que se forma a causa de un movimiento ascendente, es cierto que las parcelas de aire en ascenso intercambian muy poca energía con su alrededor.

Ahora, veamos lo que sucede con la densidad, la temperatura y la presión de esta parcela de aire ascendente. La densidad disminuye ya que la misma masa es repartida en un volumen mayor. En términos de temperatura, asumiendo que es un proceso adiabático y sabiendo que se precisa energía para elevar una parcela de aire hacia una región ocupada por aire circundante, la energía debe provenir desde dentro de la parcela en sí y es suplantada por los movimientos térmicos de las moléculas que componen la parcela.

Esta energía intensifica su expansión, por lo que la temperatura de la parcela disminuye al expandirse adiabáticamente. Este rango de cambio de temperatura –de gran importancia dentro de la meteorología- es conocido como adiabática seca o DALR por su sigla en inglés (Dry Adiabatic Lapse Rate). Se le define como un índice en el cual una parcela de aire no saturada cambia de temperatura debido a un cambio de presión adiabática. Luego y de acuerdo con la “Ley Ideal del Gas”, disminuyendo la densidad y la temperatura, la presión de la parcela de aire es forzada a disminuir y lo hace hasta que iguala los valores del aire circundante. Por ende, una expansión adiabática en aire ascendente provoca enfriamiento y las nubes se forman debido al enfriamiento producido por el movimiento ascendente vertical.

Un calentamiento irregular de la superficie de la Tierra da lugar a la convección, la cual consiste de corrientes de aire en elevación. Por lo que la parcela de aire en ascenso es parte de la circulación convectiva. Con temperaturas más cálidas en la superficie, hay más aire siendo llevado hacia arriba de modo convectivo el cual se enfría a medida que asciende, hasta que la condensación comienza a formar nubes cúmulos.

El empuje ascensional es la fuerza ascendente ejercida sobre una parcela de fluido (o un objeto dentro del fluido) en un campo gravitacional, por virtud de la diferencia de densidad entre la parcela (u objeto) y la densidad del fluido circundante. En resumen, elevación convectiva o empuje ascensional ocurre cuando una parcela de aire se torna menos densa que el aire circundante, resultando en flotante. Usualmente esto se debe a un calentamiento, pero la adición de humedad puede hacer que una parcela de aire se vuelva menos densa. El empuje ascensional es inestable, lo que implica que una parcela de aire elevada que se enfría adiabáticamente, sin importar si es seca o húmeda (cuando el aire ascendente está saturado), permanecerá más cálida que el ambiente a su alrededor y por ende será flotante y continuará elevándose.

El ascenso forzado está relacionado con la formación de nubes estratificadas. El aire que comprime esas nubes no se eleva convectivamente; en cambio, algunos mecanismos externos fuerzan a que el total del estrato ascienda.

El más obvio es el denominado levantamiento orográfico; ocurre cuando el aire es obligado a subir debido a la presencia física de un terreno elevado. Al elevarse la parcela de aire, ésta se enfría como resultado de una expansión adiabática a razón de aproximadamente 10° Celsius cada 100 metros, hasta la saturación. Este tipo de ascenso genera nubes estratiformes y lenticulares, no cumulus y ello sucede debido a la estabilidad del aire.

El aire que asciende orográficamente no recibe empuje adicional proveniente del empuje ascensional y retorna a terrenos bajos apenas pasa la influencia del terreno protuberante. De todas formas, el levantamiento orográfico y el empuje ascensional pueden trabajar en conjunto. De su combinación por ejemplo, surgen nubes cumuliformes y tormentas eléctricas sobre regiones montañosas. El ascenso forzado también incluye la elevación frontal. Ocurre cuando chocan dos masas de aire de características diferentes. En la mayoría de los casos, las dos masas de aire tienen temperatura y humedad diferentes. Una de las masas de aire es usualmente cálida y húmeda, mientras que la otra es fría y seca. El borde a la vanguardia de la última masa de aire, actúa como una pared o frente inclinado, haciendo que la masa de aire cálido y húmedo se eleve. Por supuesto, ese ascenso hace que la masa de aire cálido y húmedo se enfríe debido a la expansión, resultando en saturación.

Este mecanismo de formación de nubosidad es común en las latitudes medias donde se forman ciclones a lo largo de los frentes polares y también cerca del Ecuador, donde los vientos alisios se encuentran con la zona de convergencia intertropical. Este ascenso genera capas de nubes estratiformes en todos los niveles: Cirrostratus, Altostratus, Stratus y Nimbostratus -si ocurren precipitaciones-. El enfriamiento también ocurre por contacto con la superficie de la Tierra, dando lugar al nacimiento de niebla por radiación y niebla de advección, producida a la noche por ejemplo, cuando el Sol ya no provee energía al suelo y a las capas de aire sobre el mismo. En cambio, la superficie terrestre comienza a perder energía en forma de ondas largas de radiación, lo que ocasiona que el suelo y el aire sobre el mismo se enfríen.

Las nubes que resultan de este tipo enfriamiento toman la forma de niebla superficial. Otros dos mecanismos por los cuales se forman nubes, son la humedad obtenida de la humedad de la superficie del planeta y de las precipitaciones en evaporación, y por mezcla de partícula y mezcla vertical. Claro está que estas fuentes de desarrollo de nubosidad no siempre actúan en solitario. Es posible tener combinaciones de los cuatro tipos.

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