Los rodillos convectivos horizontales , también conocidos como vórtices de rodillos horizontales o calles de nubes , son largos rollos de aire contrarrotantes que están orientados aproximadamente paralelos al suelo en la capa límite planetaria . Aunque los rollos convectivos horizontales, también conocidos como calles de nubes, se han visto claramente en fotografías de satélite durante los últimos 30 años, su desarrollo no se comprende bien debido a la falta de datos de observación. Desde el suelo, aparecen como filas de cúmulos o nubes de tipo cúmulo alineadas paralelas al viento de bajo nivel. La investigación ha demostrado que estos remolinos son importantes para el transporte vertical de impulso, calor, humedad y contaminantes del aire dentro de la capa límite. [1]Las calles nubladas suelen ser más o menos rectas; Rara vez, las calles con nubes adoptan patrones de cachemir cuando el viento que las impulsa encuentra un obstáculo. Esas formaciones de nubes se conocen como calles de vórtice de von Kármán .
Caracteristicas
Los rodillos horizontales son rodillos de vórtice que giran en sentido contrario que están casi alineados con el viento medio de la capa límite planetaria (PBL). Pueden ser causadas por convección en presencia de viento moderado [2] y / o inestabilidades dinámicas del punto de inflexión en el perfil medio del viento. [3] La teoría inicial [3] [4] [5] [6] [7] sobre las características predice que los vórtices pueden estar alineados hasta 30 ° a la izquierda para ambientes establemente estratificados, 18 ° a la izquierda para ambientes neutrales , y casi paralelo al viento medio para ambientes inestables estratificados (convectivos). Esta teoría ha sido apoyada por observaciones de aeronaves de varios experimentos de campo. [5] [7] [8]
La profundidad de un vórtice suele ser la profundidad de la capa límite, que generalmente es del orden de 1 a 2 km. Un par de vórtices generalmente tiene una relación de dimensión lateral a vertical de alrededor de 3: 1. [6] [7] [9] Los estudios experimentales han demostrado que la relación de aspecto (una relación entre la longitud de onda del balanceo y la profundidad de la capa límite) varía entre 2: 1 y 6: 1; sin embargo, en algunas situaciones, el aspecto la proporción puede ser tan grande como 10: 1. La vida útil de un rodillo convectivo puede durar de horas a días. [4] [10] [6] [7]
Si el aire ambiental está cerca de la saturación, puede ocurrir condensación en corrientes ascendentes producidas por la rotación del vórtice. El movimiento de hundimiento producido entre pares alternos de rodillos evaporará las nubes. Esto, combinado con las corrientes ascendentes, producirá filas de nubes. Los pilotos de planeadores a menudo utilizan las corrientes ascendentes producidas por las calles de nubes, lo que les permite volar en línea recta largas distancias, de ahí el nombre de "calles de nubes".
Desarrollo y condiciones ambientales requeridas
El proceso exacto que conduce a la formación de rollos horizontales es complicado. El mecanismo de tensión básico en el PBL es el flujo turbulento de cantidad de movimiento, y este término debe aproximarse en las ecuaciones de movimiento de dinámica de fluidos para modelar el flujo y los flujos de la capa de Ekman. [6] [7] [11] [12] [13] [1]
La aproximación lineal, la ecuación de difusividad de remolinos con un coeficiente de difusión de remolinos K, permitió a Ekman obtener una solución en espiral logarítmica simple. Sin embargo, la presencia frecuente de los vórtices de rodillos horizontales en el PBL, que representan una organización de la turbulencia (estructuras coherentes), indican que la aproximación de difusividad no es adecuada. La solución de Ekman tiene un perfil de viento de inflexión intrínseco que resultó ser inestable a las ondas largas correspondientes a la escala organizada de los vórtices grandes. [3] La teoría no lineal mostró que el crecimiento de estas ondas de perturbación finitas modifica el flujo medio, eliminando la energía de inestabilidad de inflexión dinámica para que se obtenga el equilibrio. El flujo medio modificado se corresponde bien con las observaciones. [7] [1] Esta solución para la capa que contiene la longitud de onda del balanceo a escala PBL requiere una modificación de los transportes de flujo para acomodar el modelado del movimiento advectivo de los grandes vórtices. [11] [12] [1]
Las condiciones más favorables para la formación de los rodillos se producen cuando la capa de aire más baja es inestable, pero está cubierta por una inversión, por una capa de aire estable. Debe haber un viento moderado. Esto ocurre a menudo cuando el aire superior está disminuyendo, como en condiciones anticiclónicas, y también se encuentra con frecuencia cuando se forma niebla de radiación durante la noche. La convección ocurre debajo de la inversión, con el aire que se eleva en térmicas debajo de las nubes y se hunde en el aire entre las calles.
La energía turbulenta derivada de las inestabilidades dinámicas se produce a partir de la energía de la cizalladura del viento. Los vientos más altos favorecen este desarrollo de balanceo mientras que la energía convectiva lo modifica. La convección en presencia de baja velocidad produce rodillos a medida que se suprime el crecimiento de la inestabilidad en el cizallamiento. La convección en ambientes de muy poco viento generalmente produce convección celular. [7] [1] [8]
Aunque esta solución ha sido verificada con numerosas observaciones, es complicada, involucra las matemáticas de la Teoría del Caos y no ha sido ampliamente utilizada. [3] [6] [7] [11] [12] Sin embargo, cuando se incorporó a los modelos de pronóstico del NCEP utilizando datos de viento de superficie satelital, mejoró significativamente los pronósticos. La solución no lineal, con descripción explícita de los rollos de estructura coherente de perturbación finita, constituye una contribución significativa a la teoría del Caos para la organización de la turbulencia.
Ver también
Referencias
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Otras lecturas
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- Goleador, Verkaik (1989) Spacious Skies David & Charles ISBN 0-7153-9139-9
- "Las calles de nubes pavimentan la bahía de Hudson" . Observatorio de la Tierra de la NASA . Archivado desde el original el 1 de octubre de 2006 . Consultado el 1 de mayo de 2006 .
- "Calles de nubes fotografiadas sobre el Golfo de México: Galería de imágenes de calles de nubes" . Noticias de meteorología . Consultado el 29 de octubre de 2009 .