Cirrus ( símbolo de clasificación de nubes : Ci ) es un género de nubes atmosféricas generalmente caracterizadas por hebras delgadas y tenues, lo que le da al tipo su nombre de la palabra latina cirrus , que significa rizo o mechón de cabello rizado. [1] Una nube de este tipo puede formarse a cualquier altitud entre 5.000 y 13.700 m (16.500 y 45.000 pies) sobre el nivel del mar . Las hebras de nubes a veces aparecen en mechones de una forma distintiva a la que se hace referencia con el nombre común de "colas de yegua". [2]
Desde la superficie de la Tierra, las nubes cirros suelen aparecer de color blanco o gris claro; que se forman cuando el vapor de agua sufre deposición a altitudes superiores a 5500 m (18.000 pies), en las regiones templadas , y por encima de 6.400 m (21.000 pies) de tropicales queridos. También se forman a partir de la salida de ciclones tropicales y de los yunques de las nubes cumulonimbus . También llegan antes de los sistemas frontales asociados a esas tormentas , probablemente presagiando un deterioro en las condiciones climáticas. Si bien indican la llegada de las precipitaciones , estas nubes producen, por sí mismas, a lo sumo rayas de caída , cuyos cristales de hielo se evaporan en aire más cálido y seco, sin llegar al nivel del suelo.
Los cirros alimentados por chorro de agua pueden crecer lo suficiente como para extenderse a través de los continentes, mientras permanecen solo a unos pocos kilómetros de profundidad. [3] La interacción de la luz visible con los cristales de hielo en ellos produce, debajo, fenómenos ópticos como perros solares y halos . Se sabe que los cirros elevan la temperatura (debido al calor liberado cuando el vapor de agua se congela ) del aire debajo de la capa principal de nubes, en un promedio de 10 ° C (18 ° F), cuando los filamentos individuales se vuelven tan extensos como prácticamente indistinguibles, unos de otros, forman una capa de nubes altas llamadas cirroestratos . La convección a grandes altitudes puede producir otro género de nubes de base alta , los cirrocúmulos , con un patrón de pequeños mechones de nubes que contienen gotitas de agua superenfriada . Algunas nubes estratosféricas polares pueden parecerse a cirros, y las nubes noctilucentes suelen estructurarse de manera [ vaga ] similar a las de los cirros.
Los cirros también se forman en las atmósferas de otros planetas , incluidos Marte , Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno , y se han visto incluso en Titán , una de las lunas más grandes de Saturno. Algunas de estas nubes cirros extraterrestres están compuestas de amoníaco o hielos de metano , al igual que con hielo de agua terrestre . (El término cirrus también se aplica a ciertas nubes interestelares , compuesto de sub- micrómetro -sized granos de polvo .
Descripción
Las nubes cirros varían en grosor de 100 m (330 pies) a 8.000 m (26.000 pies), con un grosor promedio de 1.500 m (4.900 pies). Hay, en promedio, 30 cristales de hielo por litro (110 por galón), pero esto varía desde un cristal de hielo por 10,000 litros (3.7 cristales de hielo por 10,000 galones estadounidenses) hasta 10,000 cristales de hielo por litro (37,000 cristales de hielo por galón estadounidense) , una diferencia de ocho órdenes de magnitud . La longitud de cada uno de estos cristales de hielo suele ser de 0,25 milímetros, [4] pero varían desde tan solo 0,01 milímetros hasta varios milímetros. [5] Los cristales de hielo de las estelas de condensación son mucho más pequeños que los de los cirros naturales, ya que miden entre 0,001 y 0,1 milímetros de longitud. [6] Los cirros pueden variar en temperatura de −20 ° C (−4 ° F) a −30 ° C (−22 ° F). [5]
Los cristales de hielo en las nubes cirros tienen diferentes formas además de diferentes tamaños. Algunas formas incluyen columnas sólidas, columnas huecas, placas, rosetas y conglomerados de los otros tipos. La forma de los cristales de hielo está determinada por la temperatura del aire, la presión atmosférica y la sobresaturación del hielo . Los cirros en las regiones templadas suelen tener las formas segregadas por tipo: las columnas y las placas tienden a estar en la parte superior de la nube, mientras que las rosetas y los conglomerados tienden a estar cerca de la base. [5] En la región norte del Ártico , los cirros tienden a estar compuestos únicamente por columnas, placas y conglomerados, y estos cristales tienden a ser al menos cuatro veces más grandes que el tamaño mínimo. En la Antártida , los cirros suelen estar compuestos solo por columnas, y estas columnas son mucho más largas de lo normal. [5]
Los científicos han estudiado las características de los cirros utilizando varios métodos diferentes. Uno, Detección de luz y rango (LiDAR), brinda información muy precisa sobre la altitud, la longitud y el ancho de la nube. Los higrómetros transportados por globos brindan información sobre la humedad de la nube cirro, pero no son lo suficientemente precisos para medir la profundidad de la nube. Las unidades de radar brindan información sobre las altitudes y el grosor de los cirros. [7] Otra fuente de datos son las mediciones satelitales del programa Experimento de gas y aerosoles estratosféricos (SAGE). Estos satélites miden dónde se absorbe la radiación infrarroja en la atmósfera y, si se absorbe en altitudes de cirros, se supone que hay nubes cirros en esa ubicación. [8] El espectrorradiómetro de imágenes de resolución MODerada (MODIS) de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (NASA) también proporciona información sobre la cobertura de los cirros midiendo la radiación infrarroja reflejada de varias frecuencias específicas durante el día. Durante la noche, determina la cobertura de cirros detectando las emisiones infrarrojas de la Tierra. La nube refleja esta radiación de regreso al suelo, lo que permite a los satélites ver la "sombra" que arroja al espacio. [9] Las observaciones visuales desde aviones o desde tierra proporcionan información adicional sobre las nubes cirros. [8]
Con base en datos tomados de los Estados Unidos usando estos métodos, se encontró que la cobertura de nubes cirros varía diurna y estacionalmente. Los investigadores encontraron que en el verano, al mediodía, la cobertura es la más baja, con un promedio del 23% de la superficie terrestre de los Estados Unidos cubierta por cirros. Alrededor de la medianoche, la capa de nubes aumenta a alrededor del 28%. En invierno, la capa de cirros no varió apreciablemente de día a noche. Estos porcentajes incluyen días y noches despejados, así como días y noches con otros tipos de nubes, como falta de cobertura de cirros. Cuando estas nubes están presentes, la cobertura típica varía del 30% al 50%. [3] Según datos de satélite, los cirros cubren un promedio del 20% al 25% de la superficie de la Tierra. En las regiones tropicales, esta nube cubre alrededor del 70% de la superficie de la región. [5]
Los cirros a menudo producen filamentos parecidos a pelos, similares al virga que se produce en las nubes de agua líquida, llamados rayas de otoño , y están hechos de cristales de hielo más pesados que caen de la nube. Los tamaños y formas de las rayas de caída están determinados por la cizalladura del viento . [10]
Cirrus viene en cuatro especies distintas; Cirrus castellanus , fibratus , spissatus y uncinus ; que se dividen cada uno en cuatro variedades: intortus , vertebratus , radiatus y duplicatus . [11] Cirrus castellanus es una especie que tiene cimas cumuliformes causadas por convección a gran altitud que se eleva desde el cuerpo principal de nubes. Cirrus fibratus parece estriado y es la especie de cirro más común. Las nubes cirrus uncinus son enganchadas y tienen la forma que generalmente se llama colas de yegua . De las variedades, Cirrus intortus tiene una forma extremadamente contorsionada y cirrus radiatus tiene grandes bandas radiales de nubes cirrus que se extienden por el cielo. Las ondas de Kelvin-Helmholtz son una forma de cirro intortus que se ha torcido en bucles por la cizalladura vertical del viento. [12]
Formación
Los cirros se forman cuando el vapor de agua se deposita a grandes altitudes donde la presión atmosférica varía de 600 mbar a 4.000 m (13.000 pies) sobre el nivel del mar a 200 mbar a 12.000 m (39.000 pies) sobre el nivel del mar. [13] Estas condiciones ocurren comúnmente en el borde de ataque de un frente cálido . [14] Debido a que la humedad es baja en altitudes tan altas, este tipo de género tiende a ser muy delgado. [2] Los cirros están compuestos de cristales de hielo que se originan a partir de la congelación de gotitas de agua súper enfriadas en regiones donde la temperatura del aire es inferior a -20 ° C o -30 ° C. Los cirros generalmente ocurren con buen tiempo. Se forman cuando es lo suficientemente alto como para hacer frío y congelar las gotas de agua en hielo. A veces pueden ser causadas por turbulencias y cizalladura del viento, o por convección de la troposfera superior. A veces son como cristales de hielo reventados que se extienden desde la parte superior de un cumulonimbus moribundo.
Ciclones
Los cirros se forman a partir de ciclones tropicales y comúnmente se ven en abanico desde las paredes de los ojos de los huracanes . Un gran escudo de cirros y cirroestratos suele acompañar el flujo de salida de huracanes o tifones a gran altitud , [9] y estos pueden hacer que las bandas de lluvia subyacentes , y algunas veces incluso el ojo, sean difíciles de detectar en fotografías de satélite. [15]
Tormentas
Las tormentas eléctricas pueden formar cirros densos en sus cimas. A medida que la nube de cumulonimbus en una tormenta eléctrica crece verticalmente, las gotas de agua líquida se congelan cuando la temperatura del aire alcanza el punto de congelación . [16] La nube del yunque toma su forma porque la inversión de temperatura en la tropopausa evita que el aire cálido y húmedo que forma la tormenta se eleve más, creando así la parte superior plana. [17] En los trópicos, estas tormentas eléctricas ocasionalmente producen grandes cantidades de cirros de sus yunques. [18] Los vientos de gran altitud comúnmente empujan esta densa estera en forma de yunque que se extiende a favor del viento hasta varios kilómetros. [17]
Las formaciones de cirros individuales pueden ser los restos de nubes de yunque formadas por tormentas eléctricas. En la etapa de disipación de una nube cumulonimbus, cuando la columna normal que asciende hasta el yunque se ha evaporado o disipado, la estera de cirros en el yunque es todo lo que queda. [19]
Estelas de condensación
Las estelas de condensación son un tipo artificial de nube cirro que se forma cuando el vapor de agua del escape de un motor a reacción se condensa en partículas, que provienen del aire circundante o del propio escape, y se congela, dejando un rastro visible. El escape también puede desencadenar la formación de cirros al proporcionar núcleos de hielo cuando hay un suministro natural insuficiente en la atmósfera. [6] Uno de los impactos ambientales de la aviación es que las estelas de condensación persistentes pueden formar grandes esteras de cirros, [20] y el aumento del tráfico aéreo se ha implicado como una posible causa del aumento de la frecuencia y cantidad de cirros en la atmósfera terrestre. [20] [21]
Uso en la previsión
Los cirros aislados aleatorios no tienen ningún significado particular. [14] Una gran cantidad de cirros puede ser un signo de un sistema frontal que se aproxima o de una perturbación del aire superior. Esto indica un cambio en el clima en el futuro cercano, que generalmente se vuelve más tormentoso. [22] Si la nube es un cirrus castellanus , puede haber inestabilidad a gran altitud. [14] Cuando las nubes se hacen más profundas y se extienden, especialmente cuando son de la variedad cirrus radiatus o especies de cirrus fibratus , esto generalmente indica un frente meteorológico que se aproxima. Si se trata de un frente cálido, los cirros se extienden hacia los cirroestratos, que luego se espesan y descienden en altocúmulos y altoestratos . El siguiente grupo de nubes son las nubes nimbostratus portadoras de lluvia . [1] [14] [23] Cuando los cirros preceden a un frente frío , una línea de turbonada o una tormenta multicelular , es porque se desprenden del yunque y los siguientes en llegar son los cumulonimbos. [23] Las ondas de Kelvin-Helmholtz indican una cizalladura extrema del viento a niveles altos. [14]
Dentro de los trópicos, 36 horas antes del paso central de un ciclón tropical, un velo de cirros blancos se acerca desde la dirección del ciclón. [24] A mediados y finales del siglo XIX, los meteorólogos utilizaron estos velos de cirros para predecir la llegada de huracanes. A principios de la década de 1870, el presidente del Belén College en La Habana, Cuba , el padre Benito Viñes , desarrolló el primer sistema de pronóstico de huracanes y utilizó principalmente el movimiento de estas nubes para formular sus predicciones. [25] Observaba las nubes cada hora desde las 4:00 am hasta las 10:00 pm. Después de acumular suficiente información, Viñes comenzó a predecir con precisión la trayectoria de los huracanes y finalmente resumió sus observaciones en su libro, Apuntes Relativos a los Huracanes de las Antilles . [26]
Efectos sobre el clima
Los cirros no cubren nada hasta el 25% de la Tierra (hasta el 70% en los trópicos [27] ) y tienen un efecto de calentamiento neto. [28] Cuando son delgadas y translúcidas, las nubes absorben eficientemente la radiación infrarroja saliente mientras que solo reflejan marginalmente la luz solar entrante. [29] Cuando las nubes cirros tienen 100 m (330 pies) de espesor, reflejan solo alrededor del 9% de la luz solar entrante, pero evitan que escape casi el 50% de la radiación infrarroja saliente, elevando así la temperatura de la atmósfera debajo de las nubes. en un promedio de 10 ° C (18 ° F) [30], un proceso conocido como efecto invernadero . [31] En promedio mundial, la formación de nubes da como resultado una pérdida de temperatura de 5 ° C (9 ° F) en la superficie de la tierra, principalmente como resultado de las nubes estratocúmulos . [32]
Como resultado de sus efectos de calentamiento cuando son relativamente delgados, los cirros han sido implicados como una posible causa parcial del calentamiento global . [29] Los científicos han especulado que el calentamiento global podría causar un aumento de la capa de nubes delgadas y altas, aumentando así la temperatura y la humedad. Esto, a su vez, aumentaría la cobertura de los cirros, creando efectivamente un circuito de retroalimentación positiva . Una predicción de esta hipótesis es que los cirros se moverían más alto a medida que aumentaran las temperaturas, aumentando el volumen de aire debajo de las nubes y la cantidad de radiación infrarroja reflejada hacia la tierra. [6] Además, la hipótesis sugiere que el aumento de temperatura tendería a aumentar el tamaño de los cristales de hielo en la nube cirro, posiblemente haciendo que el reflejo de la radiación solar y el reflejo de la radiación infrarroja de la Tierra se equilibren. [6] [32]
Una hipótesis similar presentada por Richard Lindzen es la hipótesis del iris en la que un aumento en las temperaturas de la superficie del mar tropical da como resultado menos nubes cirros y, por lo tanto, más radiación infrarroja emitida al espacio. [33]
Fenómenos ópticos
Los cirros, como los cirroestratos , pueden producir varios efectos ópticos, como halos alrededor del sol y la luna. Los halos son causados por la interacción de la luz con los cristales de hielo hexagonales presentes en las nubes que, dependiendo de su forma y orientación, pueden resultar en una amplia variedad de anillos, arcos y manchas blancas y de colores en el cielo. Las variedades de halo comunes son el halo de 22 ° , los perros del sol , el arco circumzenithal y el arco circunhorizontal (también conocido como arco iris de fuego). [5] [34] [35] Los halos producidos por los cirros tienden a ser más pronunciados y coloridos que los causados por los cirrostratos .
Más raramente, las nubes cirros son capaces de producir glorias , más comúnmente asociadas con nubes líquidas a base de agua como los estratos . Una gloria es un conjunto de anillos brillantes concéntricos de colores tenues que aparecen alrededor de la sombra del observador y se observan mejor desde un punto de vista alto o desde un avión. [36] Las nubes cirros solo forman glorias cuando los cristales de hielo constituyentes son asféricos , y los investigadores sugieren que los cristales de hielo deben tener entre 0,009 milímetros y 0,015 milímetros de longitud. [37]
Relación con otras nubes
Las nubes cirros son uno de los tres géneros diferentes de nubes de alto nivel (alto nivel). Las nubes de gran tamaño se forman a 5.000 m (16.500 pies) y más en las regiones templadas. Los otros dos géneros, cirrocúmulos y cirrostratos, también son nubes altas.
En el rango intermedio, de 2.000 a 7.000 m (6.500 a 23.000 pies) en las regiones templadas, se encuentran las nubes de media etapa. Comprenden dos o tres géneros según el sistema de clasificación de la altura que se utilice: altoestratos , altocúmulos y, según la clasificación de la OMM , nimboestratos . Estas nubes se forman a partir de cristales de hielo, gotas de agua superenfriadas o gotas de agua líquida. [38]
Las nubes de poca duración se forman a menos de 2.000 m (6.500 pies). Los dos géneros que son estrictamente de bajo nivel son los estratos y los estratocúmulos . Estas nubes están compuestas por gotas de agua, excepto durante el invierno, cuando están formadas por gotas de agua superenfriadas o cristales de hielo si la temperatura a nivel de las nubes está por debajo del punto de congelación. Por lo general, se forman dos géneros adicionales en el rango de baja altitud, pero pueden basarse en niveles más altos en condiciones de muy baja humedad. Comprenden los géneros cumulus y cumulonimbus , que junto con nimbostratus , a menudo se clasifican por separado como nubes de desarrollo vertical, especialmente cuando sus cimas son lo suficientemente altas como para estar compuestas de gotas de agua súper enfriadas o cristales de hielo. [39]
Las altitudes de las nubes de gran tamaño, como los cirros, varían considerablemente con la latitud. En las regiones polares, se encuentran en su nivel más bajo, con una altitud mínima de sólo 3.000 m (10.000 pies) a un máximo de 7.600 m (25.000 pies). En las regiones tropicales, se encuentran en su punto más alto, con una altitud que oscila entre los 6.100 m (20.000 pies) y los 18.000 m (60.000 pies). En las regiones templadas, su altitud varía de 5.000 m (16.500 pies) a 14.000 m (45.000 pies), una variación en contraste con las nubes de bajo tiempo, que no cambian apreciablemente la altitud con la latitud. [38]
Resumen de géneros de nubes altas
Hay tres géneros principales en la familia de las nubes altas: cirros, cirrocúmulos y cirrostratos. [40] Los cirroestratos suelen producir halos porque están compuestos casi en su totalidad por cristales de hielo. [41] Los cirrocúmulos y cirrostratos a veces se conocen informalmente como " nubes cirriformes " debido a su frecuente asociación con los cirros. Se les da el prefijo "cirro-", pero esto se refiere más a su rango de altitud que a su estructura física. El cirrocúmulo en su forma pura es en realidad un género altamente cumuliforme, y el cirroestratos es estratiforme, como los altostratos y las nubes laminares de base inferior.
Cirrocúmulo
Las nubes cirrocúmulos se forman en láminas o parches [42] y no proyectan sombras. Suelen aparecer en patrones ondulados regulares [40] o en filas de nubes con áreas claras entre ellas. [1] Los cirrocúmulos, como otros miembros de la categoría cumuliforme, se forman a través de procesos convectivos . [43] El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad a gran altitud y puede indicar la proximidad de un clima más desfavorable. [44] [45] Los cristales de hielo en el fondo de las nubes cirrocúmulos tienden a tener la forma de cilindros hexagonales. No son sólidos, sino que tienden a tener embudos escalonados que vienen de los extremos. Hacia la parte superior de la nube, estos cristales tienden a agruparse. [46] Estas nubes no duran mucho y tienden a transformarse en cirros porque a medida que el vapor de agua continúa depositándose en los cristales de hielo, eventualmente comienzan a caer, destruyendo la convección ascendente. Luego, la nube se disipa en cirros. [47] Las nubes cirrocúmulos vienen en cuatro especies: stratiformis , lenticularis , castellanus y floccus . [44] Son iridiscentes cuando las gotitas de agua superenfriadas constituyentes tienen aproximadamente el mismo tamaño. [45]
Cirrostrato
Los cirroestratos pueden aparecer como un brillo lechoso en el cielo [44] o como una hoja estriada. [40] A veces son similares a los altosestratos y se distinguen de estos últimos porque el sol o la luna siempre son claramente visibles a través de cirroestratos transparentes, en contraste con los altostratos que tienden a ser opacos o translúcidos. [48] Cirrostratus vienen en dos especies, fibratus y nebulosus . [44] Los cristales de hielo en estas nubes varían según la altura de la nube. Hacia la parte inferior, a temperaturas de alrededor de -35 a -45 ° C (-31 a -49 ° F), los cristales tienden a ser columnas hexagonales largas, sólidas. Hacia la parte superior de la nube, a temperaturas de alrededor de -47 a -52 ° C (-53 a -62 ° F), los tipos de cristales predominantes son placas hexagonales gruesas y columnas hexagonales cortas y sólidas. [47] [49] Estas nubes comúnmente producen halos y, a veces, el halo es la única indicación de que tales nubes están presentes. [50] Están formados por aire cálido y húmedo que se eleva lentamente a una gran altura. [51] Cuando se acerca un frente cálido, los cirroestratos se vuelven más gruesos y descienden formando nubes altoestratos, [1] y la lluvia generalmente comienza de 12 a 24 horas después. [50]
Extraterrestre
Se han observado nubes cirros en varios otros planetas. El 18 de septiembre de 2008, el Martian Lander Phoenix tomó una fotografía de lapso de tiempo de un grupo de nubes cirros que se movían a través del cielo marciano usando LiDAR. [52] Cerca del final de su misión, el Phoenix Lander detectó nubes más delgadas cerca del polo norte de Marte. En el transcurso de varios días, se engrosaron, bajaron y, finalmente, comenzaron a nevar. La precipitación total fue de solo unas milésimas de milímetro. James Whiteway de la Universidad de York concluyó que "la precipitación es un componente del ciclo hidrológico [marciano] ". [53] Estas nubes se formaron durante la noche marciana en dos capas, una a unos 4.000 m (13.000 pies) sobre el suelo y la otra a nivel de la superficie. Duraron hasta la madrugada antes de ser quemados por el sol. Los cristales de estas nubes se formaron a una temperatura de -65 ° C (-85 ° F), y tenían una forma aproximadamente como elipsoides de 0,127 milímetros de largo y 0,042 milímetros de ancho. [54]
En Júpiter, las nubes cirros están compuestas de amoníaco . Cuando desapareció el Cinturón Ecuatorial Sur de Júpiter , una hipótesis planteada por Glenn Orten fue que se había formado una gran cantidad de cirros de amoníaco sobre él, ocultándolo de la vista. [55] La sonda Cassini de la NASA detectó estas nubes en Saturno [56] y cirros delgados de hielo de agua en la luna Titán de Saturno . [57] En Urano existen cirros compuestos de hielo de metano . [58] En Neptuno, sobre la Gran Mancha Oscura se han detectado nubes tenues y delgadas que posiblemente podrían ser cirros . Al igual que en Urano, probablemente se trate de cristales de metano. [59]
Los cirros interestelares se componen de diminutos granos de polvo más pequeños que un micrómetro y, por lo tanto, no son verdaderas nubes de este género que se componen de cristales de hielo u otros líquidos congelados. [60] Varían desde unos pocos años luz hasta decenas de años luz de diámetro. Si bien técnicamente no son nubes cirros, las nubes de polvo se denominan "cirros" debido a su similitud con las nubes de la Tierra. También emiten radiación infrarroja, similar a la forma en que las nubes cirros en la Tierra reflejan el calor que se irradia al espacio. [61]
Ver también
- Adelgazamiento de los cirros
- Fenómenos ópticos (halos solares)
- Tipos de nubes
Fuentes
Notas al pie
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enlaces externos
- Un atlas de nubes con muchas fotos y descripción de los diferentes géneros de nubes.
- Guía en línea de meteorología de UIUC.edu
- Atlas internacional de nubes - Cirrus