Nube cúmulo

Los cúmulos son nubes que tienen bases planas y a menudo se describen como "hinchadas", "parecidas al algodón" o "esponjosas" en apariencia. Su nombre deriva del latín cumulo- , que significa montón o montón . [1] Los cúmulos son nubes de bajo nivel, generalmente de menos de 2.000 m (6.600 pies) de altitud, a menos que sean la forma cúmulo congestus más vertical . Los cúmulos pueden aparecer por sí mismos, en líneas o en grupos.

Cúmulo
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Pequeños cúmulos humilis que pueden tener un notable desarrollo vertical y bordes claramente definidos.
AbreviaturaCu
SímboloCL 1.png
GéneroCumulus (montón)
Especies
  • Fractus
  • Humilis
  • Mediocris
  • Congestus
Variedad
  • Radiatuse
Altitud200–2,000 m
(1,000–7,000 pies)
ClasificaciónFamilia C (nivel bajo)
AparienciaMontones de nubes esponjosas de baja altitud con apariencia de algodón.
¿ Nube de precipitación ?Poco frecuentes Lluvia , nieve o pellets de nieve

Los cúmulos son a menudo precursores de otros tipos de nubes, como los cumulonimbos , cuando están influenciados por factores climáticos como la inestabilidad , la humedad y el gradiente de temperatura. Normalmente, los cúmulos producen poca o ninguna precipitación, pero pueden convertirse en nubes congestus o cumulonimbus que contienen precipitaciones. Los cúmulos se pueden formar a partir de vapor de agua, gotas de agua sobreenfriadas o cristales de hielo, según la temperatura ambiente. Vienen en muchas subformas distintas y generalmente enfrían la tierra al reflejar la radiación solar entrante. Los cúmulos forman parte de la categoría más amplia de nubes cumuliformes de convección libre, que incluyen las nubes cumulonimbus. El último tipo de género a veces se clasifica por separado como cumulonimbiforme debido a su estructura más compleja que a menudo incluye una parte superior cirriforme o yunque. [2] También hay nubes cumuliformes de convección limitada que comprenden estratocúmulos ( etapa baja ), altocúmulos ( etapa media) y cirrocúmulos ( etapa alta). [3] Estos tres últimos tipos de género a veces se clasifican por separado como estratocumuliformes. [2]

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Cúmulos que se forman sobre la cuenca del río Congo

Los cúmulos se forman a través de la convección atmosférica a medida que el aire calentado por la superficie comienza a subir. A medida que aumenta el aire, la temperatura desciende (siguiendo la tasa de caída ), lo que hace que aumente la humedad relativa (RH). Si la convección alcanza un cierto nivel, la HR alcanza el cien por ciento y comienza la fase "adiabática húmeda". En este punto se produce una retroalimentación positiva: dado que la HR está por encima del 100%, el vapor de agua se condensa, liberando calor latente , calentando el aire y estimulando una mayor convección.

En esta fase, el vapor de agua se condensa en varios núcleos presentes en el aire, formando el cúmulo. Esto crea la característica forma hinchada de fondo plano asociada con los cúmulos. [4] [5] La altura de la nube (desde la parte inferior hasta la parte superior) depende del perfil de temperatura de la atmósfera y de la presencia de inversiones . [6] Durante la convección, el aire circundante es arrastrado (mezclado) con la térmica y la masa total del aire ascendente aumenta. [7] La lluvia se forma en un cúmulo a través de un proceso que involucra dos etapas no discretas. La primera etapa ocurre después de que las gotitas se fusionan en los diversos núcleos. Langmuir escribe que la tensión superficial en las gotas de agua proporciona una presión ligeramente más alta sobre la gota, elevando la presión de vapor en una pequeña cantidad. El aumento de presión da como resultado que esas gotas se evaporen y el vapor de agua resultante se condense en las gotas más grandes. Debido al tamaño extremadamente pequeño de las gotas de agua que se evaporan, este proceso se vuelve en gran parte sin sentido después de que las gotas más grandes han crecido a alrededor de 20 a 30  micrómetros , y la segunda etapa se hace cargo. [7] En la fase de acreción, la gota de agua comienza a caer y otras gotas chocan y se combinan con ella para aumentar el tamaño de la gota. Langmuir pudo desarrollar una fórmula [nota 1] que predijo que el radio de las gotas crecería ilimitadamente dentro de un período de tiempo discreto. [8]

Cúmulos vistos desde arriba

Se ha descubierto que la densidad del agua líquida dentro de una nube cúmulo cambia con la altura sobre la base de la nube en lugar de ser aproximadamente constante en toda la nube. En la base de la nube, la concentración fue de 0 gramos de agua líquida por kilogramo de aire. A medida que aumentaba la altitud, la concentración aumentaba rápidamente hasta la concentración máxima cerca de la mitad de la nube. Se encontró que la concentración máxima era de hasta 1,25 gramos de agua por kilogramo de aire. La concentración disminuyó lentamente a medida que aumentaba la altitud hasta la altura de la parte superior de la nube, donde inmediatamente volvió a bajar a cero. [9]

Líneas de cúmulos sobre Bretaña

Los cúmulos se pueden formar en líneas que se extienden a lo largo de 480 kilómetros (300 millas) de largo llamadas calles de nubes. Estas calles nubladas cubren vastas áreas y pueden ser discontinuas o continuas. Se forman cuando la cizalladura del viento provoca la circulación horizontal en la atmósfera, produciendo calles de nubes largas y tubulares. [10] Generalmente se forman durante sistemas de alta presión , como después de un frente frío. [11]

La altura a la que se forma la nube depende de la cantidad de humedad en la térmica que forma la nube. El aire húmedo generalmente dará como resultado una base de nubes más baja. En las zonas templadas , la base de los cúmulos suele estar por debajo de los 550 metros (1.800 pies) sobre el nivel del suelo, pero puede alcanzar hasta 2.400 metros (7.900 pies) de altitud. En áreas áridas y montañosas, la base de las nubes puede superar los 6.100 metros (20.000 pies). [12]

Algunos mediocris cumulus nubes

Los cúmulos pueden estar compuestos de cristales de hielo , gotas de agua, gotas de agua superenfriadas o una mezcla de ellas. [1] Las gotas de agua se forman cuando el vapor de agua se condensa en los núcleos, y luego pueden fusionarse en gotas cada vez más grandes. En las regiones templadas, las bases de las nubes estudiadas variaron de 500 a 1,500 metros (1,600 a 4,900 pies) sobre el nivel del suelo. Estas nubes estaban normalmente por encima de los 25 ° C (77 ° F), y la concentración de gotitas variaba de 23 a 1300 gotitas por centímetro cúbico (380 a 21,300 por pulgada cúbica). Estos datos se tomaron del crecimiento de cúmulos aislados que no estaban precipitando. [13] Las gotas eran muy pequeñas, con un diámetro de alrededor de 5  micrómetros . Aunque pueden haber estado presentes gotitas más pequeñas, las mediciones no fueron lo suficientemente sensibles para detectarlas. [14] Las gotas más pequeñas se encontraron en las porciones más bajas de las nubes, con el porcentaje de gotas grandes (alrededor de 20 a 30 micrómetros) aumentando dramáticamente en las regiones superiores de la nube. La distribución del tamaño de las gotas fue de naturaleza ligeramente bimodal , con picos en los tamaños de las gotas pequeñas y grandes y una ligera depresión en el rango de tamaño intermedio. El sesgo fue más o menos neutral. [15] Además, el tamaño de las gotas grandes es aproximadamente inversamente proporcional a la concentración de gotas por unidad de volumen de aire. [16] En algunos lugares, los cúmulos pueden tener "agujeros" donde no hay gotas de agua. Estos pueden ocurrir cuando los vientos rasgan la nube e incorporan el aire ambiental o cuando fuertes corrientes descendentes evaporan el agua. [17] [18]

Subformularios

Símbolos de mapas meteorológicos de nubes bajas: incluye vertical de baja duración y de crecimiento ascendente.

Los cúmulos vienen en cuatro especies distintas, cumulus humilis , mediocris , congestus y fractus . Estas especies pueden ordenarse en la variedad cumulus radiatus ; y puede ir acompañada de hasta siete rasgos complementarios, cumulus pileus , velo , virga , praecipitatio , arcus , pannus y tuba . [19] [20]

La especie Cumulus fractus tiene un aspecto irregular y puede formarse en el aire limpio como precursor de los cumulus humilis y los tipos de especies de cúmulos más grandes; o puede formarse en la precipitación como la característica suplementaria pannus (también llamada scud ) que también puede incluir stratus fractus del mal tiempo. [21] [22] Los cúmulos humilis parecen formas hinchadas y aplanadas. Las nubes cúmulos mediocris se ven similares, excepto que tienen cierto desarrollo vertical. Las nubes cúmulos congestus tienen una estructura similar a una coliflor y se elevan hacia la atmósfera, de ahí su nombre alternativo "cúmulos imponentes". [23] La variedad Cumulus radiatus se forma en bandas radiales llamadas calles de nubes y puede comprender cualquiera de las cuatro especies de cúmulos. [24]

Cumulus congestus pileus nubes

Las características complementarias de los cúmulos se ven más comúnmente con la especie congestus. Las nubes cúmulos virga son cúmulos que producen virga (precipitación que se evapora en el aire) y los cúmulos praecipitatio producen precipitación que llega a la superficie de la Tierra. [25] Los cúmulos pannus comprenden nubes trituradas que normalmente aparecen debajo del cúmulo principal durante la precipitación. Las nubes cúmulos arcos tienen un frente de ráfagas , [26] y las nubes cúmulos tuba tienen nubes en forma de embudo o tornados . [27] Las nubes cumulus pileus se refieren a las nubes cúmulos que han crecido tan rápidamente como para forzar la formación de pileus sobre la parte superior de la nube. [28] Las nubes cúmulos velo tienen un velo de cristales de hielo sobre la parte superior de la nube en crecimiento. [19] También hay cumulus cataractagenitus. Estos están formados por cascadas. [29]

Las nubes cúmulos congestus comparadas con una nube cumulonimbus en el fondo

Los cúmulos humilis suelen indicar buen tiempo. [23] Las nubes cúmulos mediocris son similares, excepto que tienen cierto desarrollo vertical, lo que implica que pueden convertirse en cúmulos congestus o incluso cumulonimbos , que pueden producir lluvias intensas, relámpagos, vientos fuertes, granizo e incluso tornados . [4] [23] [30] Los cúmulos congestus , que aparecen como torres, a menudo se convertirán en nubes de tormenta cumulonimbus . Pueden producir precipitaciones. [23] Los pilotos de planeadores a menudo prestan mucha atención a los cúmulos, ya que pueden ser indicadores de corrientes de aire ascendentes o térmicas por debajo que pueden succionar el avión hacia el cielo, un fenómeno conocido como succión de nubes . [31]

Debido a la reflectividad, las nubes enfrían la tierra alrededor de 12 ° C (22 ° F), un efecto causado en gran parte por las nubes estratocúmulos. Sin embargo, al mismo tiempo, calientan la tierra alrededor de 7 ° C (13 ° F) al reflejar la radiación emitida, un efecto causado en gran parte por los cirros . Esto promedia una pérdida neta de 5 ° C (9.0 ° F). [32] Las nubes cúmulos, por otro lado, tienen un efecto variable sobre el calentamiento de la superficie terrestre. [33] Las especies de cumulus congestus más verticales y el género de nubes cumulonimbus crecen en lo alto de la atmósfera, llevando consigo humedad, lo que puede conducir a la formación de cirros. Los investigadores especularon que esto incluso podría producir una retroalimentación positiva, donde el aumento de la humedad de la atmósfera superior calienta aún más la tierra, lo que resulta en un número creciente de nubes cúmulos congestus que transportan más humedad a la atmósfera superior. [34]

Los cúmulos son un género de nubes de bajo nivel de convección libre junto con los estratocúmulos de nubes de convección limitada relacionados. Estas nubes se forman desde el nivel del suelo hasta los 2.000 metros (6.600 pies) en todas las latitudes. Los estratos también son de bajo nivel. En el nivel medio se encuentran las nubes alto, que consisten en la nube estratocumuliforme de convección limitada altocúmulos y la nube estratiforme altoestratos. Las nubes de nivel medio se forman desde 2.000 metros (6.600 pies) a 7.000 metros (23.000 pies) en áreas polares, 7.000 metros (23.000 pies) en áreas templadas y 7.600 metros (24.900 pies) en áreas tropicales. La nube de alto nivel, cirrocúmulos, es una nube estratocumuliforme de convección limitada. Las otras nubes en este nivel son cirros y cirroestratos. Las nubes altas se forman de 3.000 a 7.600 metros (9.800 a 24.900 pies) en latitudes altas, de 5.000 a 12.000 metros (16.000 a 39.000 pies) en latitudes templadas y de 6.100 a 18.000 metros (20.000 a 59.100 pies) en latitudes bajas tropicales. [12] Las nubes cumulonimbus, como los cumulus congestus, se extienden verticalmente en lugar de permanecer confinadas a un nivel. [35]

Cirrocúmulos nubes

Un gran campo de cirrocúmulos

Las nubes cirrocúmulos se forman en parches [36] y no pueden proyectar sombras. Suelen aparecer en patrones ondulados regulares [37] o en filas de nubes con áreas claras entre ellas. [38] Los cirrocúmulos, como otros miembros de las categorías cumuliforme y estratocumuliforme, se forman a través de procesos convectivos . [39] El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad a gran altitud y puede indicar la proximidad de un clima más desfavorable. [40] [41] 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. [42] Estas nubes no duran mucho y tienden a convertirse 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. [43] Las nubes cirrocúmulos vienen en cuatro especies que son comunes a los tres géneros-tipos que tienen características convectivas limitadas o estratocumuliformes: stratiformis , lenticularis , castellanus y floccus . [40] Son iridiscentes cuando las gotitas de agua superenfriadas que las constituyen tienen aproximadamente el mismo tamaño. [41]

Nubes altocúmulos

Las nubes altocúmulos son nubes de nivel medio que se forman desde 2.000 metros (6.600 pies) de altura hasta 4.000 metros (13.000 pies) en áreas polares, 7.000 metros (23.000 pies) en áreas templadas y 7.600 metros (24.900 pies) en áreas tropicales. [12] Pueden tener precipitación y comúnmente se componen de una mezcla de cristales de hielo, gotas de agua superenfriadas y gotas de agua en latitudes templadas. Sin embargo, la concentración de agua líquida era casi siempre significativamente mayor que la concentración de cristales de hielo, y la concentración máxima de agua líquida tendía a estar en la parte superior de la nube, mientras que el hielo se concentraba en la parte inferior. [44] [45] Se descubrió que los cristales de hielo en la base de las nubes altocúmulos y en la virga eran dendritas o conglomerados de dendritas, mientras que las agujas y placas residían más hacia la parte superior. [45] Las nubes altocúmulos pueden formarse por convección o por el levantamiento forzado causado por un frente cálido . [46] Debido a que el altocúmulos es un género de convección limitada, se divide en las mismas cuatro especies que los cirrocúmulos.

Nubes de estratocúmulos

Una nube de estratocúmulos es otro tipo de nube estratocumuliforme. Al igual que los cúmulos, se forman a niveles bajos [38] y por convección. Sin embargo, a diferencia de los cúmulos, su crecimiento se ve retardado casi por completo por una fuerte inversión . Como resultado, se aplanan como nubes estratos, dándoles una apariencia en capas. Estas nubes son extremadamente comunes y cubren en promedio alrededor del veintitrés por ciento de los océanos de la tierra y el doce por ciento de los continentes de la tierra. Son menos comunes en áreas tropicales y comúnmente se forman después de frentes fríos . Además, las nubes de estratocúmulos reflejan una gran cantidad de luz solar entrante, produciendo un efecto de enfriamiento neto. [47] Las nubes de estratocúmulos pueden producir llovizna , que estabiliza la nube al calentarla y reducir la mezcla turbulenta. [48] Al ser una nube de convección limitada, los estratocúmulos se dividen en tres especies; stratiformis, lenticularis y castellanus, que son comunes a los géneros estratocumuliformes superiores.

Nubes cumulonimbus

Las nubes cumulonimbus son la forma final de los cúmulos en crecimiento. Se forman cuando las nubes cúmulos congestus desarrollan una fuerte corriente ascendente que impulsa sus cimas cada vez más alto en la atmósfera hasta que alcanzan la tropopausa a 18.000 metros (59.000 pies) de altitud. Las nubes cumulonimbus, comúnmente llamadas tormentas, pueden producir fuertes vientos, lluvias torrenciales, relámpagos, frentes de ráfagas, trombas marinas , nubes en forma de embudo y tornados. Por lo general, tienen nubes de yunque . [23] [35] [49]

Nubes de herradura

Una nube de herradura de corta duración puede ocurrir cuando un vórtice de herradura deforma un cúmulo de nubes. [50]

Se han descubierto algunas nubes cumuliformes y estratocumuliformes en la mayoría de los demás planetas del sistema solar. En Marte , el Viking Orbiter detectó cirrocúmulos y estratocúmulos que se forman por convección principalmente cerca de los casquetes polares. [51] La sonda espacial Galileo detectó enormes nubes cumulonimbus cerca de la Gran Mancha Roja en Júpiter . [52] También se han detectado nubes cumuliformes en Saturno . En 2008, la nave espacial Cassini determinó que los cúmulos cerca del polo sur de Saturno eran parte de un ciclón de más de 4.000 kilómetros (2.500 millas) de diámetro. [53] El Observatorio Keck detectó cúmulos blanquecinos en Urano . [54] Como Urano, Neptuno tiene cúmulos de metano. [55] Venus, sin embargo, no parece tener cúmulos. [56]

  • Lista de tipos de nubes

  1. ^ La fórmula fue, con siendo el momento de radio infinito, siendo la viscosidad del aire, siendo el porcentaje fraccional de gotas de agua acumuladas por unidad de volumen de aire por el que cae la gota, siendo la concentración de agua en la nube en gramos por metro cúbico, y siendo el radio inicial de la gota.

Notas al pie

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  • Glosario de meteorología AMS
  • Lapso de tiempo de la formación de los cúmulos