Rollos convectivos horizontales
Los rollos convectivos horizontales , también conocidos como vórtices de rollo horizontal o calles de nubes , son largos rollos de aire que giran en sentido contrario 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 es poco conocido 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 de nubes suelen ser más o menos rectas; rara vez, las calles de nubes adoptan patrones de cachemira cuando el viento que conduce las nubes encuentra un obstáculo. Esas formaciones de nubes se conocen como calles de vórtice de von Kármán .
Los rollos horizontales son rollos de vórtice contrarrotatorios que están casi alineados con el viento medio de la capa límite planetaria (PBL). Pueden ser causados por convección en presencia de viento moderado [2] y/o inestabilidades dinámicas del punto de inflexión en el perfil de viento medio. [3] Las primeras teorías [3] [4] [5] [6] [7] sobre las características predicen que los vórtices pueden alinearse hasta 30° a la izquierda para entornos estratificados estables, 18° a la izquierda para entornos neutrales , y casi paralelo al viento medio para ambientes inestablemente estratificados (convectivos). Esta teoría ha sido respaldada 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 relación puede ser tan grande como 10:1. La vida útil de un rodillo convectivo puede durar desde horas hasta 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 rollos 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".
El proceso exacto que conduce a la formación de rollos horizontales es complicado. El mecanismo de tensión básico en la PBL es el flujo turbulento de cantidad de movimiento, y este término debe aproximarse en las ecuaciones de movimiento de la 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 espiral logarítmica simple. Sin embargo, la presencia frecuente de vórtices de balanceo horizontal en la CLP, que representan una organización de la turbulencia (estructuras coherentes), indican que la aproximación de la difusividad no es adecuada. La solución de Ekman tiene un perfil de viento de flexión intrínseco que resultó ser inestable a las ondas largas correspondientes a la escala organizada de grandes vórtices. [3] La teoría no lineal mostró que el crecimiento de estas ondas de perturbación finitas modifica el flujo medio, eliminando la energía de inestabilidad flexional dinámica para que se obtenga el equilibrio. El caudal medio modificado se corresponde bien con las observaciones. [7] [1]Esta solución para la capa que contiene la longitud de onda del rollo de escala PBL requiere una modificación de los transportes de flujo para acomodar el modelado del movimiento advectivo de los grandes vórtices. [11] [12] [1]
