Cómo la humedad relativa y la temperatura afectan las precipitaciones

Creo que esta pregunta es más específica de la meteorología y la climatología que de la física pura, pero definitivamente se puede responder en términos físicos con algunos comentarios meteorológicos. Por lo tanto, su pregunta se puede redefinir como: ¿ Cómo se relacionan la humedad relativa, la temperatura, la presión y la altura con el nivel de precipitación?

En primer lugar, debemos fijarnos en las ideas básicas para entender estas relaciones. La meteorología estudia la atmósfera, que incluye el aire y sus fluctuaciones. Al mismo tiempo, el aire es una mezcla de gases. Como cualquier otro gas, se puede describir en cantidades físicas como temperatura, presión, densidad.

Relaciones de presión

El aire cerca de la superficie de la Tierra está húmedo . Quiere decir que en la mezcla de aire existe vapor de agua , además de otros gases. En las partes más altas de la atmósfera, el aire no tiene mucho vapor de agua, por lo que se llama seco .

El vapor de agua, como cualquier otro gas, crea presión. Presión de vapor proporcional a su densidad y temperatura absoluta. Presión de vapor de agua en condición de saturación$E$llamada presión de vapor saturada , descrita por la ecuación de Magnus:

$$\ E = \ E_0* 10^{at/b+t}\,,$$ dónde $E_0 = 6,107\ Pa$en $t = 0^{\circ}C$, $a = 7.45$y $b = 235$- son coeficientes empíricos. Por ejemplo, $a =7.6326$, $b = 241,9$sobre el agua.

La humedad relativa se puede describir como:

$$\ f = \ (e/E)* 100\%\,,$$ dónde $e$es la presión parcial real , $E$- presión de vapor saturado , descrita en la ecuación anterior. Por ejemplo, con la temperatura $20^{\circ}C$presión de vapor saturado $E=23.4\ hPa$(!)

De este modo:

$$\ f= (e / E_0*10^{at/b+t}) * 100\% \,.$$

Humedad relativa (HR),$f$descrito en la última ecuación, que se combina con la ecuación de Magnus y proporciona una relación entre la temperatura y la HR. Tenga en cuenta que los coeficientes$a$y$b$difiere de un lugar a otro y es máximo en la zona ecuatorial sobre mar abierto.

Relaciones de altura

El siguiente parámetro interesante es la tasa de caída , que describe la disminución de la temperatura con el aumento de la altura. El estado termodinámico de una parcela de aire húmedo cambia a través del movimiento vertical. El desplazamiento vertical altera la presión ambiental, que varía hidrostáticamente.

El movimiento vertical enfría el vapor de agua y en algún punto comienza la condensación, que es el punto de saturación o punto de rocío , y cambia su estado a agua. Este proceso descrito por gradiente adiabático seco y gradiente adiabático húmedo .

En condiciones de saturación, la descripción adiabática del aire se rompe debido a la liberación de calor latente que acompaña a la transformación del agua de una fase a otra. Esto se describe como LCL . LCL se define formalmente como la altura a la que la humedad relativa (HR) de un paquete de aire alcanzará el 100 % cuando se enfríe mediante elevación adiabática seca.

Conclusión

Con base en esta información, ahora podemos entender que una HR más alta significa que en la mezcla de aire existen más partículas de agua, que se evaporan del agua alrededor. Con el aumento de la temperatura, el aire flota en la atmósfera donde se condensa debido a la ley adiabática y las partículas de agua cambian de estado y organizan las nubes. Si en este período de tiempo llega un ciclón , que es un área de baja presión, no habrá fuerzas para mantener la nube. condición, lo que conduce a las precipitaciones. Tenga en cuenta que las nubes se pueden crear en un lugar pero se mueven a distancias significativas.

Fuentes:

Información recopilada de Fundamentos de física atmosférica de Murry L. Salby y un par de libros sobre meteorología en ruso.

También. artículo de investigación relacionado Dependencia de la precipitación sobre la temperatura en Florencia y Livorno (Italia)