MDULO DE HIDROLOGA PARA EDUCACIN A DISTANCIA Ing. MILDREY ANDREA VELANDIA BUITRAGO EMAIL: milanvebu@yahoo.es ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES INSTITUTO DE EDUCACIN SUPERIOR A DISTANCIA BOGOT, NOVIEMBRE DE 2006 TABLA DE CONTENIDO GLOSARIO PRESENTACIN DEL MDULO PROPSITO METOLOGA RECOMENDACIONES PRUEBA INICIAL INTRODUCCIN OBJETIVOS 1PRINCIPIOS DE HIDROMETEOROLOGA .............................. 39 1.1DEFINICIN DE HIDROLOGA ................................................. 40 1.2CICLO HIDROLGICO .............................................................. 40 1.3DEFINICIN DE HIDROMETEOROLOGA ............................... 46 1.4FACTORES CLIMTICOS ......................................................... 47 1.4.1La Atmsfera .............................................................................. 47 1.4.1.1Circulacin de la atmsfera ........................................................ 49 1.4.1.2Efectos de rotacin de la tierra ................................................... 50 1.4.1.3Radiacin solar y terrestre .......................................................... 53 1.4.2TEMPERATURA ........................................................................ 54 1.4.2.1Medicin de la Temperatura ....................................................... 56 1.4.2.2Distribucin Vertical de la Temperatura ...................................... 61 1.4.2.3Distribucin Geogrficade la Temperatura. .............................. 65 1.4.2.4Variaciones peridicas de la Temperatura ................................. 68 1.4.2.5Comportamiento de la temperatura del suelo ............................. 72 1.4.3HUMEDAD ................................................................................. 72 1.4.3.1Propiedades del Vapor de Agua ................................................. 77 1.4.3.2Medicin de la humedad ............................................................ 82 1.4.3.3Distribucin Geogrfica de la Humedad ..................................... 84 1.4.3.4Variaciones peridicas de la Humedad. ..................................... 86 1.4.4VIENTOS .................................................................................... 87 1.4.4.1Medicin de los vientos .............................................................. 90 1.4.4.2Variaciones Geogrficas ............................................................ 92 1.4.4.3Variaciones Peridicas ............................................................... 97 1.5AUTOEVALUACIN .................................................................. 99 2PRECIPITACIN..................................................................... 101 2.1DEFFINICIN DE PRECIPITACIN ........................................ 101 2.2FORMAS DE PRECIPITACIN ............................................... 105 2.2.1Clasificacin Morfolgica. ......................................................... 105 2.2.2Clasificacin gentica. .............................................................. 107 2.3TIPOS DE PRECIPITACIN .................................................... 108 2.3.1Precipitaciones convectivas...................................................... 108 2.3.2Precipitaciones orogrficas. ..................................................... 109 2.3.3Precipitaciones por convergencia ciclnicas. ........................ 109 2.4DISTRIBUCIN DE LAS PRECIPITACIONES......................... 110 2.5MEDICIN DE LA PRECIPITACIN ....................................... 112 2.6MEDIDAS PLUVIOMETRICAS ................................................. 114 2.7DATOS FALTANTES ............................................................... 114 2.8ANLISIS DE DOBLES MASAS .............................................. 115 2.9ANLISIS ESTADSTICO DE DATOS HIDROLGICOS ........ 118 2.9.1 Distribuciones de probabilidad de inters en hidrologa .......... 121 2.9.1.1Normal o Gauss ........................................................................ 121 2.9.1.2Log-normal. .............................................................................. 126 2.9.1.3Gumbel o de valores extremos. ................................................... 129 2.9.1.4Log-Gumbel. ............................................................................. 133 2.9.1.5Distribucin log-pearson tipo III. ............................................... 135 2.9.1.6Distribucin Pearson tipo III. ..................................................... 135 2.9.2Frecuencia de lluvias ................................................................ 135 2.9.2.1Frecuencia de lluvias totales anuales. ...................................... 135 2.9.2.2Frecuencia de lluvias mximas anuales. .................................. 135 2.9.2.3Frecuencia de ocurrencia y riesgo. ........................................... 136 2.10VARIACIN DE LA PRECIPITACIN ...................................... 138 2.10.1Variacin geogrfica ................................................................. 138 2.10.2 Variacin temporal ................................................................... 138 2.11PRECIPITACIN MEDIA SOBRE UNA HOYA ........................ 139 2.11.1Mtodo aritmtico. .................................................................... 139 2.11.2Mtodo de polgonos de Thiessen ............................................ 140 2.11.3Mtodo de Isoyetas .................................................................. 141 2.12ANLISIS DE LLUVIAS INTENSAS ......................................... 142 2.12.1Variacin de la intensidad con la duracin ............................... 142 2.12.2.1 Series anuales y series parciales. ............................................ 142 2.12.2.2 Relacin intensidad-frecuencia................................................. 144 2.12.3Relacin intensidad-duracin-frecuencia .................................. 145 2.12.4Estudio de intensidades ........................................................... 150 2.12.4.1 Hietogramas ............................................................................. 150 2.12.4.2 Estudio de intensidades de lluvia en una cuenca .................... 152 2.13ANALISIS DE FRECUENCIAS HIDROLGICAS .................... 154 2.13.1Distribucin Normal .................................................................. 156 2.13.2Distribucin Logartmico-Normal (Iog-normal) ............................. 156 2.13.3.Distribucin Pearson Tipo III .................................................... 157 2.13.5Distribucin Gumbel (Distribucin De Valores Extremos Tipo I) ....................................................................................... 159 2.14AUTOEVALUACIN ................................................................ 160 3EVAPORACIN Y TRANSPIRACIN .................................... 161 3.1EVAPORACIN ....................................................................... 161 3.2FACTORES QUE DETERMINAN LA EVAPORACIN ............ 162 3.3DEFINICIONES BSICAS ....................................................... 163 3.3.1Evaporacin Potencial .............................................................. 163 3.3.2Transpiracin ............................................................................ 164 3.3.3Evapotranspiracin ................................................................... 165 3.3.4Evapotranspiracin potencial.................................................... 165 3.3.5Evapotranspiracin real ............................................................ 166 3.4MEDIDA DE EVAPORACIN Y EVAPOTRANSPIRACIN .... 166 3.5CLCULO DE LA EVAPORACIN Y EVAPOTRANSPIRACIN ........................................................ 170 3.5.1Mtodo aerodinmico ............................................................... 171 3.5.2Mtodo de balance energtico ................................................. 171 3.5.3Mtodo de Penman o combinado ............................................. 174 3.5.4Mtodo de balance hdrico para la obtencin de la evapotranspiracin. .................................................................. 176 3.5.5Mtodo de Thornwaite .............................................................. 178 3.5.6Mtodo de Hargreaves ............................................................. 179 3.6CONTROL DE LA EVAPOTRANSPIRACIN .......................... 180 3.7AUTOEVALUACIN ................................................................ 181 4.INFILTRACIN ....................................................................... 182 4.1DEFINICIN DE INFILTRACIN ............................................. 182 4.2DISTRIBUCIN DE LA PRECIPITACIN EN EL SUELO ....... 183 4.3PARMETROS CARACTERSTICOS DE LAINFILTRACIN ......................................................................... 186 4.3.1Capacidad de Infiltracin .......................................................... 187 4.3.1.1Factores que Intervienen en la Capacidad de Infiltracin........... 188 4.3.1.2Variaciones de la capacidad de infiltracin ................................... 189 4.3.2Velocidad de infiltracin ............................................................ 189 4.4METODOS DE MEDICIN DE LA CAPACIDAD DE INFILTRACIN ......................................................................... 190 4.4.1Infiltmetros .............................................................................. 190 4.4.2Medida de la capacidad de infiltracin en una hoyapor medio de la separacin de las componentes del hidrograma .................. 193 4.5INDICE DE INFILTRACIN .................................................. 196 4.6AUTOEVALUACIN ................................................................ 197 5.ESCORRENTA SUPERFICIAL .............................................. 199 5.1 DEFINICIN DE ESCORRENTA SUPERFICIAL ................... 199 5.2 DESCRIPCIN DEL PROCESO DE ESCORRENTA ............. 199 5.3FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESCORRENTA SUPERFICIAL .......................................................................... 200 5.3.1Factores climticos ................................................................... 200 5.3.2Factores fisiogrficos ................................................................ 201 5.3.3Factores humanos .................................................................... 201 5.4VARIABLES QUE CARACTERIZAN LA ESCORRENTA SUPERFICIAL .......................................................................... 202 5.4.1Caudal, Q ................................................................................. 202 5.4.2 Coeficiente de escorrenta superficial, C ................................. 202 5.4.3Tiempo de concentracin, tc .................................................... 203 5.4.4Perodo de retorno, T ............................................................... 203 5.4.5Nivel de agua, h ........................................................................ 203 5.5HIDROGRAMAS ...................................................................... 204 5.5.1Anlisis de hidrogramas de creciente ....................................... 205 5.5.2Separacin de las componentes del hidrograma ...................... 209 5.5.2.1Forma del hidrograma de agua subterrnea. ............................... 209 5.5.2.2 Mtodos ms utilizados para la separacin de las componentes del hidrograma210 5.5.2.3Determinacin del punto E de inicio de la curva de agotamiento. .............................................................................................................. 213 5.5.3Curva de agotamiento de agua de un acufero ........................ 217 5.5.4Clasificacin de crecientes ....................................................... 218 5.6MEDIDAS DE CAUDALES ....................................................... 220 5.6.1Vertederos ................................................................................ 220 5.6.2Molinetes .................................................................................. 221 5.6.3Curva de calibracin de caudales lquidos ............................... 223 5.6.4Establecimiento de estaciones hidromtricas ........................... 225 5.7ESTIMACIN DE LA ESCORRENTA SUPERFICIAL A TRAVS DE LOS DATOS DE LLUVIA .................................................... 226 5.7.1Frmula racional ....................................................................... 226 5.7.2Hidrograma unitario de una hoya ............................................. 228 5.7.2.1Teora clsica de linearidad ............................................................. 229 5.7.2.2Hidrogramas unitarios producidos por una lluvia neta de 1 mm de altura .................................................................................................... 233 5.7.2.3Duracin de la lluvia neta ................................................................. 235 5.7.2.4 Tiempo de retardo de la hoya ........................................................ 235 5.7.2.5Duracin crtica de la lluvia neta adoptada en ladefinicin del hidrograma unitario ................................................... 236 5.7.2.6Curvas S y la transformacin de hidrogramas ............................ 236 5.7.2.7Hidrogramas unitarios sintticos ................................................. 240 5.8AUTOEVALUACIN.242 BIBLIOGRAFIA PRUEBA FINAL ANEXOS GLOSARIO Absorcin. Proceso por el cual una sustancia retiene la energa radiante incidente. Adveccinclida.Movimientohorizontaldelairetibioendireccinaun lugar especfico.

Adveccinfra.Movimientohorizontaldelairemsfrohaciaunlugar. Adveccin.Transferenciahorizontaldecualquierpartculaenla atmsferapormediodelmovimientodelaire(viento),porejemplo:la adveccin del calor y la humedad.

Aguaceroochubasco.Eslaprecipitacindesdeunanubeconvectiva quesepresentayterminarepentinamente,concambiosdeintensidady estado del cielo. Se presenta en forma de lluvia, nieve o hielo. Aire. Mezcla de gases que conforman la atmsfera de la tierra. Los gases queconstituyenelairesecomsimportantesson:nitrgeno(N2)al 78.09%,oxgeno(O2)al20.946%,argn(A)al0.93%ydixidode carbono (CO2) al 0.33%. El vapor de agua (H2O) es uno de los principales componentesdelaireascomounodelosgasesmsimportantesdela meteorologa.

Altitud.Eseltrminousadoenmeteorologaparamedirlaalturadeun objeto con relacin al nivel medio del mar.

Altocmulo.Nubecompuestaporelementosaplanados,gruesos,grises yaglobados.Estegnerodenubosidadmediaestconformado principalmenteporgotasdeagua.Enlatitudesmedias,labasedeestas nubes se halla generalmente entre los 3 y 6 mil metros. Una caracterstica quelasdefineesquelanubeaparececasisiemprecomounacapade nubes ondulantes y encrespadas mereciendo el apelativo de nubes oveja. Algunas veces son confundidas con las nubes cirrocmulos, sin embargo, suselementos(nubesindividuales)sonmsextensosyproyectan sombras sobre los otros elementos. Pueden formar varios subtipos, como autocmulos castellanos o altocmulos lenticulares. Altoestratos.Nubedealturamediacompuestaporgotitasdeaguay algunas veces de hielo cristalizado. En latitudes medias, la base de estas nubesseencuentraentrelos4milylos6milmetrosdealtura,con coloracionesquevandesdeunblancopurohastatonosdegris,stas puedencrearunvelofibrosoasemejndoseaunasbanaquealgunas vecespuedeoscurecerelsololaluna.Estasnubessonseguros indicadoresdeprecipitacionesyaquecasisiempreantecedenauna tormenta.

Altmetrodepresin.Esunbarmetroaneroidedepresincalibrado para indicar la altitud geomtrica (en metros o pies) y no en unidades de presin.Puedeleerseconexactitudsoloenatmsferasestndary cuando se usa los parmetros del altmetro correctamente.

Altmetro.Esuninstrumentoqueseusaparadeterminarlaaltitudala queseencuentraunobjetoenrelacinconunnivelfijo.Eltipode altmetro usado comunmente por meteorlogos mide la altitud en relacin a la presin del nivel medio del mar.

Anemmetro. Instrumento que mide la direccin e intensidad del viento. Anticicln.readepresinmximarelativaquetienevientos divergentes. En el hemisferio norte, estos vientos adoptan una rotacin en el sentido de los punteros del reloj; en el hemisferio sur la rotacin ocurre encontradelsentidodelavancedelospunterosdelreloj.Unanticicln tambin es conocido como un rea de alta presin. rido.Trminousadoparadescribirunclimaextremadamenteseco. Climaquecarecedelahumedadnecesariaparapromoverlavida,se consideraloopuestoalclimahmedo. Atmsfera estndar. Segn la organizacin internacional de aeronatica civil(siglaseningls,icao)laatmsferaestndarfijaunatemperatura promedioaniveldelmarde15gradoscelsius,unapresinestndara niveldelmarde1,013.25milibares29.92pulgadasdemercurioyun gradodetemperaturade0.65gradoscelsiusporcada100metroshasta 11kilmetros en la atmsfera.

Atmsfera.Laporcingaseosaodeairedelmedioambientefsicoque rodea al planeta. en el caso de la tierra, se mantiene ms o menos cerca delasuperficiegraciasalaatraccindelafuerzadegravedaddela tierra.laatmsferasedivideen:tropsfera,estratsfera,messfera, ionsfera y exsfera. Bargrafo.Instrumentoqueregistraoinscribelasvariacionesdela presin atmosfrica.

Barmetroaneroide.Instrumentoquesirveparamedirlapresin atmosfrica.Suprincipiodefuncionamientosebasaenlacontraccino dilatacin que sufre una cpsula metlica sellada al vaco producto de las variacionesenlapresinatmosfrica.Lacpsulaaneroideesunacelda de paredes metlicas muy delgadas fabricada por lo general de fosfato de bronce o de una aleacin de cobre y berilio. Barmetro de mercurio. Instrumento utilizado para medir cambios en la presin atmosfrica. Es un tubo largo de vidrio abierto a un lado y cerrado en el otro donde se introduce el mercurio que es sellado temporalmente y colocado en una cisterna. Cuando el mercurio baja se establece un vaco casi perfecto en el lado cerrado. La altura de la columna de mercurio en el tuboesunamedidadepresinatmosfrica.Segnstaaumenta,el mercurio es impulsado a salir del depsito por el tubo. Cuando la presin atmosfrica disminuye,el mercurioregresa aldepsito.La medidaes en pulgadasdemercurio.Aunquelosbarmetrosdemercuriosonmuy precisos muchos prefieren barmetros aneroides por razones prcticas. Barmetro.Instrumentoqueseusaparamedirlapresinatmosfrica. Entrelosmsutilizadosseencuentranelbarmetroaneroideyel barmetro de mercurio. Biosfera. Zona de transicin entre la tierra y la atmsfera dentro de la que se encuentran casi todas las formas de vida terrestre. Se considera como laporcinexternadelageosferaylaporcininternaoinferiordela atmsfera.Bruma.Conjuntodegotasmicroscpicasdeaguasuspendidasenla atmsfera. No reduce la visibilidad tanto como la neblina y muchas veces se le confunde con la llovizna.

Calor. Tipo de energa que se traslada entre dos sistemas en virtud a una diferencia en temperatura. La primera ley de la termodinmica demuestra queelcalorabsorbidoporunsistemapuedeserusadoporstepara realizar un trabajo o para elevar el nivel de su energa interna. Capadeozono.Capaatmosfricasituadaentrelatroposferayla estratosfera entre 15 y 25kilmetros sobre la superficie de la tierra, acta como un mecanismo de filtro de la radiacin ultravioleta.

Chubascodenieve.Precipitacincongeladaenformadenieve caracterizada por un inicio y trmino repentinos. Ciclodelagua.Tambinselellamaciclohidrolgico.Eseltransporte vertical y horizontal del agua en cualquiera de sus estados entre la tierra, la atmsfera y los mares.

Ciclogensis.Procesoquecreaunnuevosistemadebajapresino cicln,oqueintensificaunoyaexistente.estambinelprimeravisode una depresin.

Cicln.readepresindecirculacincerradaconvientosrotativosy convergentescuyocentrotienepresinrelativamnima.Lacirculacin gira en sentido contrario a las manecillas del reloj en el hemisferio norte y viceversaenelhemisferiosur.Seleconocetambincomosistemade bajapresin.Tambineseltrminousadoparareferirseauncicln tropicalenelocanondico.Sepuedeusarestemismotrminopara referirseaotrosfenmenosconflujosciclnicoscomolastormentasde polvo, tornados y sistemas tropicales y extratropicales.

Circulacin. Es el flujo o movimiento de un fluido dentro o a travs de un reaovolumendeterminados.Enmeteorologa,eltrminoseusapara describirelflujodeairecuandosemuevealrededordeunsistemade presinenlaatmsfera.Describepatronesmspequeosensistemas semi-permanentesdepresin,ascomocorrientesrelativamente permanentes de aire en el planeta. Cirrocmulos.Nubecirriformedecrecimientoverticalquepareceuna sbanadelgadacompuestadecoposblancosqueledanunefecto ondulante. Por lo general crea la ilusin de un cielo tipo caballa ya que las ondulacionesparecenescamasdepez.avecesselesconfundecon altocmulos,sinembargo,susmasasindividualessonmaspequeasy no dan sombra sobre otros elementos. Es tambin el tipo de nubes menos comn, formndose casi siempre a partir de las nubes cirros o cirrostratos con las que se les asocia en el cielo. Cirros o cirrus. Una de las tres formaciones bsicas de nubes (las otras soncmulosyestratos).Estambinunadelostrestiposdenubesde granaltura.Sonnubesdelgadas,puntiagudascompuestasporcristales de hielo que por lo general aparentan ser parches o trenzados de velo. En latitudesmedias,labasedeestasnubesseencuentranporlogeneral entre los 7 mil y 10 mil metros siendo la formacin de nubes ms alta en el cielo con excepcin de los topes de cumulonimbus. Cirrostratos.Nubecirriformequesedesprendedeunanubecirros extendindose hasta convertirse en una capa delgada que da la ilusin de una sbana extendida. Tiende a darle al cielo una apariencia ligeramente lechosaovelada.Cuandoseleobservadesdelasuperficiedelatierra estos cristales de hielo pueden crear un efecto de halo alrededor del sol o de la luna. Esta nube es un buen indicador de precipitacin, auspiciando lluvias que pueden producirse en un lapso de entre 12 y 24 horas. Clima.Correspondealpromediodeloseventosmeteorolgicosque ocurren a diario en una regin. Este rcord histrico ayuda a caracterizar el comportamiento meteorolgico de un rea geogrfica en el largo plazo. Climatologa. El estudio del clima. Incluye informacin del clima, anlisis delascausasdelasdiferenciasenelclimayelusodelainformacin climticaeneldiseodesolucionesparaproblemasoperativos. Coalescencia. Proceso mediante el cual las gotas de agua dentro de una nube chocan entre s formando gotas de un tamao mayor. Condensacin.Procesoporelcualelvapordeaguacambiadeestado gaseoso al estado lquido. es el proceso fsico opuesto a la evaporacin.

Conduccin.Transferenciadelcaloratravsdeunasustanciaque ocurreporaccinmolecularocuandounasustanciaentraencontacto con otra.

Conveccin.Movimientosenunfluidoquetrasladanymezclanlas propiedades de ste. Es lo opuesto a la subsidencia cuando se usa para indicar movimiento de aire vertical y ascendente.

Convergencia.Movimientohorizontalyconvergentedeairehaciauna reginenparticular.Losvientosdeconvergenciaanivelesbajos producennormalmenteunmovimientoascendente,encontrasteconla divergencia. Cumulonimbus.Nubededesarrollovertical,casisiemprecoronadapor unanubecirriformeenformadeyunque.Selellamatambinnubede tormentayfrecuentementevieneacompaadaporfuerteslluvias,rayos, truenos y algunas veces con granizo, tornados o fuertes rfagas y vientos.

Cmuloocumulus.Unadelastresformacionesbsicasdenubes(las otras son cirros y estratos). Es tambin uno de los dos tipos de nubes que seformanabajaaltura.Esunanubequesedesarrollaendireccin verticaldesdelabasehaciaarriba,tieneunabaseplanayunaparte superiorenformadecpulaodecoliflor;porlogenerallabasedeesta nubenosobrepasalosmilmetrosdealturasobrelatierraperosuparte superior casi siempre vara en altura. Cuando son pequeas y separadas selesasociaconelbuenclima(cumulushumilis).Conelcalentamiento delasuperficiedelatierrapuedencrecerverticalmentedurantetodoel da. La parte superior de este tipo de nube puede alcanzar fcilmente los 7milmetrosms.Bajociertascondicionesatmosfricasestasnubes puedenllegaraconvertirseennubesgigantescasconocidascomogran cumulus(cumuluscongestus)ypuedenproducirlluvias.Unmayor crecimientodeestanubepuededeterminarsutransformacinen cumulonimbus. Densidad. Es la proporcin de la masa de una sustancia con el volumen que ocupa. En oceanografa, es el equivalente a la gravedad especfica y representalaproporcinentreelpesodeunvolumensealadodeagua de mar comparado con un volumen igual de agua destilada a 4.0 grados Celsius o 39.2 grados Fahrenheit.

Depresin.Enmeteorologaesotronombreparadesignarunreade bajapresin,unabajauhondonada.Tambinseusaparadesignaruna etapa en el desarrollo de un cicln tropical.

Divergencia.Movimientodelvientoqueresultaenunaexpulsin horizontaldeairedesdeunareginespecfica.Lasdivergenciasdeaire ennivelesbajosdelaatmsferaestnasociadasconmovimientosdel airedescendentesconocidoscomosubsidencia.eslocontrariodela convergencia. Dixidodecarbono(CO2).Gaspesadoeincoloroqueconstituyeel cuartocomponentemsimportantedelairesecoenuna Ecuador. Lneaimaginariaubicadaa 0gradosdelatitud enlasuperficie delatierra.Estubicadoaunadistanciaequivalentedelpolonorteyel polosurdividiendoelgloboterrqueoendoshemisferios:elhemisferio norte y el hemisferio sur.

Efecto invernadero. Es el calentamiento global de la atmsfera debido a la presencia de dixido de carbono y de vapor de agua, estos dos gases permiten que no todos los rayos del sol que calientan la tierra escapen y se reintegre al espacio.

Efecto o fuerza de coriolis. Fuerza por unidad de masa que se forma a partirdelarotacindelatierrayqueactacomounafuerzade desviacin,dependedelalatitudydelavelocidaddelobjetoen movimiento.Enelhemisferionorte,elaireesdesviadohaciaellado derecho de su ruta, mientras que en el hemisfero sur el aire es desviado hacia el lado izquierdo de su ruta.

EscaladetemperaturaCelsius.Escalaqueasignaunatemperaturade congelacin de 0 grados Celsius para el agua a nivel del mar y un punto deebullicinde+100gradosCelsius.Suusoesgeneralizadoenpases que utilizan el sistema mtrico decimal como patrn. Escala de temperatura Fahrenheit. Es una escala de temperatura donde elaguaaniveldelmartieneunpuntodecongelacinde+32gradosf (Fahrenheit)yunpuntodeebullicinde+212gradosf.esuntrmino comn en reasque usanelsistemainglsdemedidas.Fuecreadopor Gabriel Daniel Fahrenheit (1696-1736) en 1714, un fsico alemn inventor de los termmetros de alcohol y mercurio. Escaladetemperaturakelvin.Escaladetemperaturaconunpuntode congelacinde+273gradosk(kelvin)yunpuntodeebullicinde+373 gradosk.seusaprincipalmenteconfinescientficos.Tambinsele conoce como la escala de temperatura absoluta. Escaladevientodebeaufort.Sistemausadoparaestimarlavelocidad delviento,tienecomounidaddemedidaelnmerodebeaufortquese componedelavelocidaddelviento,untrminodescriptivoylosefectos visibles sobre los objetos en tierra y/o en la superficie marina. Estratocumulus.Esunanubebajacompuestaporcapasotrozosde elementos de nubes,puede formarse a partir de nubes cumulus que van estratificndose.Generalmenteaparecenformadasdeelementos organizadoscomomosaicosredondosodeformacircularcontopey base relativamente planos. Son de color gris oscuro o claro, dependiendo deltamaodelasgotasdeaguaylacantidaddeluzdelsolquelas atraviesa. Estratos o stratus. Uno de tres gneros de nubes bsicas (las otras son cirrusycumulus),estambinunodedostiposdenubesbajas.Esuna nube con apariencia de sbana sin elementos individuales y es, quizs, la mscomndelasnubesbajas.Gruesaygris,seledistingueporsus capasbajas,uniformesyraravezseelevaamsde11/2kmsobrela superficiedelatierra.Unvelodeestratospuededarlealcielouna apariencia nublada. Puede originar la formacin de neblina si llega a tocar latierra.Aunquepuedeproducirlloviznaonieve,muyraravezproduce precipitacionesfuertes.Lasnubesqueproducenprecipitacionesfuertes estn ubicadas sobre la capa de estratos.

Evaporacin.Procesofsicoporelcualunlquido,comoelagua,se transformaasuestadogaseoso,comoelvapordeagua.Eselproceso fsico opuesto a la condensacin.

Evapotranspiracin.Cantidad de agua que se transfiere de la superficie de la tierra a la atmsfera. Se forma por la evaporacin del agua lquida o slida y de la transpiracin de las plantas.

Frente.Zonadetransicinocontactoentredosmasasdeairede diferentescaractersticasmeteorolgicas,loquecasisiempreimplica diferentestemperaturas,porejemplo:elreadeconvergenciaentreel aire tibio y hmedo con el aire seco y fro.

Frente semiestacionario. Frente que casi no se mueve o tiene muy poco movimientodesdelaltimaposicinsinptica.Tambinconocidocomo frente estacionario.

Frenteclido.Partefrontaldeunamasadeairetibioqueavanzapara reemplazar a una masa de aire fro que retrocede. Generalmente, con el paso del frente clido la temperatura y la humedad aumentan, la presin sube y aunque el viento cambia no es tan pronunciado como cuando pasa unfrentefro.laprecipitacinenformadelluvia,nieveolloviznase encuentrageneralmentealiniciodeunfrentesuperficial,ascomolas lluviasconvectivasylastormentas.Laneblinaescomnenelairefro queantecede aestetipode frente.apesarquecasisiempre aclarauna vezpasadoelfrente,algunasvecespuedeoriginarseneblinaenelaire clido.Frente estacionario. Frente semiestacionario o que se mueve muy poco desde su ltima posicin sinptica.

Frentefro.Zonafrontaldeunamasadeairefroenmovimientoque empujaairemsclidoasupaso.Generalmente,conelpasodeun frente fro, disminuye la temperatura y la humedad, la presin aumenta y elvientocambiadedireccin.Laprecipitacinocurregeneralmente dentroodetrsdelfrente.Enelcasodeunsistemadedesplazamiento rpido puede desarrollarse una lnea de tormentas precediendo al frente. Frente ocluido. Tambin conocido como oclusin. Es un frente complejo queseformacuandounfrentefroabsorbeaunfrentetibio.Seforma entre dos masas de aire trmicas diferentes que han entrado en conflicto.

Frentepolar.Frentecasipermanentedegranextensindelaslatitudes mediasqueseparaelairepolarrelativamentefroyelairesubtropical relativamente clido. Es parte integral de una teora meteorolgica clsica conocidacomoteoradelfrentepolar. Fro.Condicindelclimacaracterizadaportemperaturasbajasopor debajo de lo normal. Ausencia de calor.

Gradiente (o cizalladura) direccional.Es la corriente de aire creada por un rpido cambio en la direccin con la altitud.

Grado.Medidaquerepresentaladiferenciaentemperaturaenunasola divisin en una escala. Granizo.Precipitacinqueseoriginaennubesconvergentes,comolas cumulonimbus,enformadeglbulosotrozosirregularesdehielo. Generalmenteelgranizotieneundimetrode5a50milmetros.Los pedazosmspequeosdehielo,cuyodimetroesde5mmmenosse llamangranizomenudo.Lostrozosindividualessellamanpiedrasde granizo.

Hielo.Estadoslidodelagua,seleencuentraenlaatmsferacomo cristales de hielo, nieve, granizo, entre otros. Humedad absoluta.La cantidad de vapor de agua que contiene el aire. Seconfundefrecuentementeconlahumedadrelativaopuntoderoco. Lostiposdehumedadson:humedadabsoluta,humedadrelativay humedad especfica. Humedad relativa. Tipo de humedad que se basa en el cociente entre la presinactualdelvapordelaireylasaturacindelapresindelvapor. Usualmente se expresa en porcentajes.

Humo.Pequeaspartculasproducidasporcombustinquese encuentran suspendidas en el aire, cuando las partculas de humo se han desplazadoagrandistancia(de40a160km/h)ylaspartculasms pesadashantocadolasuperficiepuedencambiardeconsistenciay poderse llamar bruma. Huracn. Es el nombre de un cicln tropical con vientos sostenidos de 65 nudos(117km/h)omsquesedesarrollaenelatlnticonorte,mar caribe,golfodemxicoyalestedelpacficonorte;estemismocicln tropical es conocido como tifn en el pacfico occidental y como cicln en el ocano ndico. ndicedecalor.Eslacombinacindelatemperaturadelaireyla humedadqueproporcionaunadescripcindelamaneraenquese percibelatemperatura,estanoeslatemperaturarealdelairesinoun aumento aparente de la temperatura real.

ndicedelenfriamientodelaire.Clculodetemperaturaquetomaen consideracinlosefectosqueelvientoylatemperaturatienenenel cuerpo humano, describe la prdida promedio del calor del cuerpo y como ste percibe la temperatura; esta no es la temperatura real.

Latitud.Lneasimaginariasparalelasquecircundanelglobotantoal nortecomoalsurdelecuadorqueseregistrancomoacerogrados(). Los polos estn ubicados a 90 grados de latitud norte y sur.

Latitudes altas.Anillos de latitud ubicados entre los 60 y 90 grados norte y sur, conocidas tambin como regiones polares.

Latitudes bajas. Anillos de latitud ubicados entre los 30 y 0 grados norte y sur, conocidas tambin como regiones tropicales o trridas.

Latitudesmedias.Eselcinturndelatitudesentrelos35y65grados norte y sur, tambin conocida como regin templada.

Llovizna.Precipitacinenformadepequesimasgotasdeaguacon dimetros menores de 0.5milmetros, caen desde nubes estratos y se les asocia generalmente con la poca visibilidad y la neblina. Lluvia.Precipitacindepartculasdeagualquidaen formadegotasde dimetromayorde0.5mm,sicaeenunazonaamplia,eltamaodela gota puede ser menor.La intensidad de la lluvia se basa en el porcentaje desucada.Muyliviana(r--)significaquelasgotasnomojanla superficie.Liviana(r-)denotaqueseacumulahastaunnivelde 0.10pulgadasporhora.Moderada(r)significaquelacantidaddelluvia oscilaentre0.11a0.30pulgadasporhora.Pesada(r+)indicaquecae 0.30pulgadas de lluvia por hora. Longitud.Lugaralesteuoestealqueseleasignacero(0)gradosde longitudenreferenciaalmeridianodeorigen(greenwich).Ladistancia entrelaslneasimaginariasdelongitudes mayorenelecuador ymenor en las latitudes altas, intersectndose todas en los polos.

Masadeairertico.Esunamasadeairequeseoriginaalrededordel crculopolarrticoysecaracterizaporsusbajastemperaturas,ellmite de esta masa de aire se define comunmente como el frente rtico que, a diferenciadeotrosfrentes,poseeunacaractersticasemi-permanentey semi-continua. Masa de aire. Extensa porcin de aire con caractersticas de temperatura y humedad similares en toda su extensin horizontal. Meteorologa.Cienciayestudiodelosfenmenosatmosfricos,varias de las reas que abarca la meteorologa son por ejemplo: la agricultura, la astrometeorologa,laaviacin,lahidrometeorologaylasmeteorologas fsica, dinmica, operacional y sinptica. Milibar(mb).Unidaddemedidaestndarparalapresinatmosfrica utilizadaporelservicionacionaldemeteorologa.Unmilibares equivalente a 100 newtons por metro cuadrado,la presin estndar es de 1,013.25 milibares. Neblina.Manifestacinvisibledegotasdeaguasuspendidasenla atmsfera en o cerca de la superficie de la tierra, reduciendo la visibilidad horizontal a menos de un kilmetro, se origina cuando la temperatura y el puntodelrocodelairepresentanvaloressimilaresyexistensuficientes ncleos de condensacin.

Nevada.Cantidaddenievequecaeenunperododetiempo determinado,normalmentedurante6horasexpresadaenpulgadaso centmetros de profundidad.

Nieve.Precipitacindecristalescongeladosdehielo,blancoso transparentes,configuradosenunacomplejaformahexagonal,porlo general cae de nubes estratiformes, pero puede caer como lluvia de nieve desdeotrasnubescumuliformes.Usualmenteapareceenformade apretadas escamas o copos de nieve. Nimbostratus.Estegnerodenubetieneunacombinacindelluviao nieve,algunas veces la base de esta nube no puede divisarse debido al pesodelalluvia.Generalmenteseleasociaconcondicionestpicasdel otoo o del invierno pero pueden presentarse en cualquier poca del ao. Normal.Valorestndaraceptadodeunelementometeorolgicosegn como ha sido calculado segn su ubicacin especfica durante un nmero determinadodeaos.Losvaloresnormalesserefierenaladistribucin de informacin dentro de los lmites de los sucesos de ocurrencia comn. Los parmetros pueden incluir temperaturas (altas, bajas y desviaciones), presin,precipitaciones(lluvias,nieve,etc),vientos(velocidady direccin), tormentas, cantidad de nubes, porcentaje de humedad relativa, etc. Nube.Conjuntovisibledepequeaspartculas,comogotasdeaguay/o cristales de hielo, al aire libre. La nube se forma en la atmsfera debido a lacondensacindelvapordeaguasobrepartculasdehumo,polvoy otroselementosqueenconjuntoseconocencomoncleosde condensacin.

Nudo. Es la velocidad de un objeto mvil que recorre una milla marina en una hora. Un nudo es equivalente a 1.852km/h.

Ncleodecondensacin.Partculasobrelaqueseproducela condensacindelvaporde aguaexistente enla atmsfera. Los ncleos se pueden presentar en estado slido o lquido.

Observacin. En meteorologa, es la evaluacin de uno ms elementos meteorolgicos,comolatemperatura,lapresin,oelviento,que describenelestadodelaatmsferayaseasobreoporencimadela superficie de la tierra. Oladecalor.Perododeclimacalurosoanormaleincmodo.Puede durar varios das a varias semanas. Oladefro.Rpidacadadelatemperaturahastallegarauna temperatura que impone la necesidad de impartir proteccin especial a la agricultura, la industria, el comercio o las actividades sociales.

Oscilacindelsur.Cambioperidicodelpatrndeleventodelnio cuandoestsobreelreatropicaldelocanopacfico,representala distribucin de la temperatura y la presin sobre un rea del ocano.

Oxgeno(O2).Gasincoloro,inodoroysinsaborqueeselsegundo componentemsimportantedelaireseco.equivalea20.946%por volumen de aire seco. Ozono (O3). Es un gas casi incoloro y es una forma que toma el oxgeno (O2).Compuestopor una molcula de oxgenoquecontienetrestomos de oxgeno en lugar de dos.

Pluvimetro. Instrumento que mide la cantidad de lluvia que ha cado, la unidad de medida es en milmetros.

Precipitacin. Cualquier y todas las formas del agua, en estado lquido o slido, que cae de las nubes hasta llegar a la tierra. Esto incluye la lluvia, llovizna,lloviznahelada,lluviahelada,granizo,hielogranulado,nieve, granizo menudo y bolillas de nieve.

Presinaniveldelmar.Eslapresinatmosfricaaniveldelmar, usualmente determinadapor la presin de la estacin en observacin.

Presin atmosfrica baromtrica.Esla presin oelpesoqueejerce la atmsfera en un punto determinado. La medicin puede expresarse en variasunidadesdemedidas:hectopascales,enmilibares,pulgadaso milmetrosdemercurio(hg).Tambinseconocecomopresin baromtrica.

Presinestndardelasuperficie.Lamedidadeunaatmsferade presinbajocondicionesestndar.Equivalea1,013.25milibares, 29.92pulgadasdemercurio,760milmetrosdemercurio,14.7libraspor pulgadas cuadradas 1.033gramos por centmetro cuadrado. Presin. Es la fuerza ejercida por el peso de la atmsfera en cada unidad dereaenunpuntosobreoporencimadelasuperficiedelatierra. Tambin se le conoce como presin atmosfrica o presin baromtrica.

Promediodiario.Temperaturapromedioparaundaqueseobtiene haciendounpromediodelaslecturasdecadahorao,tambin,delas temperaturas mximas y mnimas. Psicrmetro. Instrumento usado para medir elvapor del agua contenida enlaatmsfera.Consisteendostermmetros,unbulbomojadoyotro seco. Tambin se le conoce como psicrmetro oscilador.

Pulgadasdemercurio(hg).Estenombresederivadelusodel barmetro de mercurio que compara la altura de una columna de mercurio conlapresindelaire.Unapulgadademercurioequivalea33.86 milibares25.40milmetros.Estamedidafueinventadaen1644por evangelistatorricelli(1608-1647),fsicoymatemticoitaliano,para explicar los principios fundamentales de la hidromecnica.

Puntodecongelamiento.Procesodecambiodelestadolquidoal estado slido, opuesto a la fusin. La temperatura a la que se solidifica un lquidoencualquiersituacin.Elaguapurabajopresinatmosfricase congelaa0gradoscelsiuso32gradosfahrenheit.Enoceanografa,el punto de congelacin del agua desciende con el aumento de la salinidad.

Punto de ebullicin. Temperatura en la que un lquido cambia a estado devapor.Elpuntodeebullicinodehervordelaguapuraseobtienea una temperatura de 100 grados Celsius o 212 grados Fahrenheit.

Puntoderoco.Temperaturaalaquedebeenfriarseelaire(auna presinconstante)parasaturarse,esdecir, para formargotitasdeagua. Roco.Condensacinenformadepequeasgotasdeaguaquese formanenelcspedyenotrosobjetospequeoscercanosalatierra cuandolatemperaturahacadoalpuntodelroco.Estoocurre generalmente durante las horas de la noche. Rfaga. Es un aumento repentino y significativo en las fluctuaciones de la velocidaddelviento.Lavelocidadpuntadelvientodebealcanzarporlo menos 16 nudos (30 km/h) y la variacin entre los picos y la calma es de por lo menos 10 nudos (18 km/h). Generalmente la duracin es menor de 20 segundos. Satlite. Cualquier objeto que recorre una rbita alrededor de un cuerpo celestecomolaluna.Eltrminoseusacomnmenteparadesignar objetos fabricados para orbitar la tierra, ya sea de manera geoestacionaria o polar. Entre la informacin que se obtiene de los satlites del tiempo,se incluye: la temperatura y humedad del aire a grandes alturas; registros de latemperaturadelascpulasdelasnubes,delatierraydelocano; monitoreodelosmovimientosdelasnubesparadeterminarlavelocidad delosvientosagrandesalturas;trazadodelmovimientodelvapordel agua;monitoreodelsolylaactividadsolarycompilacindedatosde instrumentos meteorolgicos en diferentes partes del mundo.

Sequa.Condicinclimticaanormalmentesecaenunreaespecfica queseprolongadebidoalafaltadeaguaycausaunseriodesbalance hidrolgico. Sistemadealtapresin.readepresinrelativamximaconvientos divergentesrotandoensentidoopuestoalarotacindelatierra.Se desplazaensentidodelrelojenelhemisferionorteyviceversaenel hemisferiosur.Conocidotambincomoanticicln,esloopuestoaun rea de baja presin o cicln.

Sistemadebajapresin.readepresinrelativamnimaconvientos convergentes. Se desplaza en sentido contrario a las manecillas del reloj en el hemisferio norte y viceversa en el hemisferio sur. Conocido tambin como cicln, es lo opuesto a un rea de alta presin o anticicln. Sistemasemipermanentedepresin.Sistemarelativamenteestabley estacionariodepresinyvientodondelapresines predominantemente alta o baja segn los cambios de estacin. No es de naturaleza transitoria como las bajas migratorias que se desarrollan por las diferencias entre la temperaturayladensidad.Ejemplos:labajadeislandiayelaltade bermuda en el atlntico norte.

Temperaturamedia.Promediodelecturasdetemperaturatomadas durante un perodo de tiempo determinado. Por lo general es el promedio entre las temperaturas mxima y mnima. Temperatura.Medidadelmovimientomolecularoelgradodecalorde unasustancia.Semideusandounaescalaarbitrariaapartirdelcero absoluto,dondelasmolculastericamentedejandemoverse.Es tambin el grado de calor y de fro. En observaciones de la superficie, se refiereprincipalmentealairelibreotemperaturaambientalcercaala superficie de la tierra.

Termgrafo. Es esencialmente un termmetro que se autoregistra. Es un termmetro que registra continuamente la temperatura en una cartilla. Termmetrodebulboseco.Termmetrousadoparamedirla temperatura ambiental. La temperatura registrada es considerada idntica a la temperatura del aire. Es uno de los dos termmetros que conforman el psicrmetro.

Termmetro.Instrumentoquesirveparamedirlatemperatura.Las diferentesescalasusadasenmeteorologason:Celsius,Fahrenheity kelvin o absoluta. Tiemposevero.Cualquiereventodestructivodeltiempo.Trminoque caracterizaaeventoscomolastormentasdenieve,tormentasmuy intensas o tornados.

Tiempouniversalcoordinado.Uno entrevariosnombresusadospor cientficos y militares para determinar el perodo de 24 horas. Otro nombre que se usa para esta medida de tiempo es: zulu (z) o hora del meridiano de greenwich.

Tiempo. Es el estado de la atmsfera en un momento especfico respecto asuefectoenlavidaylasactividadeshumanas.Loscambiosdela atmsferaenelcortoplazoynoenellargoplazo,comoocurreconlos grandes cambios climticos. Para definirlo se utilizan trminos que tienen queverconclaridad,nubosidad,humedad,precipitacin,temperatura, visibilidad y viento.

Tifn.Eselnombredeunciclntropicalconvientossostenidosde 118km/h(65nudos)msquesepresentaenelpacficonorte.Este fenmenorecibeelnombredehuracnenelpacficonororientalyel atlntico norte y se le llama cicln en el ocano ndico. Tormenta tropical. Cicln tropical con vientos mximos sostenidos entre 62Km/h(34nudos)y117km/h(63nudos).Cuandollegaaestepuntoel sistema recibe un nombre para poder identificarlo y seguirlo.

Tornado.Columnadeairequerotaviolentamenteencontactocony extendindose entre una nube convectiva y la superficie de la tierra. Es el msdestructivodelosfenmenosatmosfricos.Presentndoselas condiciones necesarias, puede ocurrir en cualquier parte del mundo, pero sepresentamsfrecuentementeenlosestadosunidosdenorteamrica en el rea entre las montaas rocosas y los apalaches en el este del pas. Turbulencia.Movimientosdesordenadosdelairecompuestospor pequeosremolinosquesetrasladanenlascorrientesdeaire.La turbulenciaatmosfricaesproducidaporaireenunestadodecambio continuo.Puedesercausadaporlascorrientestermalesoconvectivas, por diferencias en el terreno y en la velocidad del viento, a lo largo de una zona frontal o por una variacin de la temperatura y la presin.

Vapor de agua (H2O). Se denomina al agua en estado gaseoso. Es uno deloscomponentesmsimportantesdelaatmsfera.Debidoasu contenidomolecular,elairequecontienevapordeaguaesmsliviano que el aire seco. Esto contribuye a que el aire hmedo tenga la tendencia a elevarse.

Velocidad del viento. Es el promedio del movimiento del aire durante un perodo de tiempo preestablecido. Puede medirse de varias maneras. La unidad de medida utilizada en estados unidos de norteamrica es la milla por hora. Viento.Eselairequefluyeenrelacinalasuperficiedelatierra, generalmentedemanerahorizontal.haycuatroaspectosdelvientoque semiden:direccin,velocidad,tipo(rfagasyrachas)ycambios.Los cambios superficiales se miden con veletas y anemmetros mientras que los de gran altitud se detectan con globos piloto, radioviento o reportes de la aeronutica civil.

Vientosalisios.Sondoscinturonesdevientoquesoplandesdelos centrosdealtapresinsubtropicalesmovindosehacialazonadebaja presinecuatorial.Sonvientosdepocaaltitudcaracterizadosporsu consistenciaensudireccin.Enelhemisferionorte,losvientosalisios soplandesdeelnoresteyenelhemisferiosurlosvientosalisiossoplan desde el sureste. Vientosdeleste.Trminousualmenteempleadoparadesignarvientos conuncomponentepersistentedesdeladireccineste.Ejemplo:los vientos alisios. Vientosdeloeste.Cinturonesampliosdevientospersistentesconun componenteoccidental.eselmovimientoatmosfricopredominante centrado alrededordelaslatitudesmedias decadahemisferio.Cercade lasuperficiedelatierralosvientosdeloesteseextienden aproximadamenteentrelos35y65gradosdelatitud,mientrasenlos niveles altos se extienden en direccin ms ampliamente hacia los polos y el ecuador. Zonadebajapresinecuatorial.Esunreadebajapresinsemi-continua que se ubica entre las reas subtropicales de alta presin de los hemisferios norte y sur.

Zona de convergencia intertropical. rea en los hemisferios norte y sur donde convergen los vientos alisios, generalmente localizada entre los 10 gradosalnorteysurdelecuador.Esunaampliareadebajapresin donde tanto la fuerza de coriolis como la baja presin gradual son dbiles, permitiendola formacinocasionalde perturbacionestropicales.Durante elveranoenelhemisferionorte,cambiadelugarsiguiendolosrayos solaresmsperpendiculares,porejemplo,avanzandohaciaelnorte sobre el sur de Asia y el atlntico norte. PRESENTACIN DEL MDULO El presente mdulo es un texto escrito a nivel bsico, de manera que sea accesible tanto a estudiantes como a profesionales que estn interesadosenhidrologa;adems,esunareferenciaparaIngenierosciviles, Ingenieros agrnomos e Ingenieros hidrlogos. Lahidrologasuperficialeseltemaprincipaldeltexto,peroantesde ahondar en el tema, en el captulo 1 se dar a conocer algunas nociones de hidrometeorologa, definiendo el ciclo hidrolgico que es la base de la hidrologaycadaunodelosprocesosqueintervienenenl.Enlos captulos2,3,4y5sehablardelaprecipitacin,evaporaciny evapotranspiracin,infiltracinylaescorrentasuperficialocaudal respectivamente y la forma de determinar cada uno de ellos utilizando la probabilidad y estadstica como herramienta. PROPSITO Estemduloesunaherramientaimportanteyaquecontieneconceptos bsicosqueserelacionanconelciclohidrolgico,lamedicinde caudales de precipitacin y la interpretacin de hidrogramaslos cuales le sirvenalIngenieroCivilalahoraderealizardiseoscompetitivos.Por estaraznelpropsitodelmduloesqueelestudiantetengauna herramientaalamanoqueleayudeaentenderlamateriayaresolver dudas que se presenten de forma rpida y completa a medida que avanza el curso. METODOLOGA Elmdulosepresentaenformaautoinstructiva,ademscontiene ejerciciosresueltosparafacilitarelaprendizajeyautoevaluacionespor captulosquepermitendeterminarlacomprensindecadaunodelos temas de manera clara. En caso de dudas, La Escuela de Ingenieros Militares dispone de tutores idneosenlaasignatura,quienesasesorarnyresolverndudas relacionadas con cada uno de los temas. RECOMENDACIONES Leer detenidamente cada uno de los temas con el fin de entender y asimilar de forma clara. Resolver los ejercicios para facilitar su entendimiento. Solucionarlasautoevaluacionescorrespondientesacadacaptulo para as, entender mejor el tema. Apoyarse en otros textos para complementar la informacin. PRUEBA INICIAL 1.Qu importancia tiene el agua y porqu se debe tener en cuenta al realizar obras civiles? 2.Qu entiende por hidrologa? 3.Qudiferencia existeentre los conceptos de calor y temperatura? 4.Por qu se forma la precipitacin? 5. Por qu la atmsfera de la tierra acta como un invernadero? 6.Qu entiende por evaporacin y evapotranspiracin? 7.Qu importancia tiene la medida delos caudales? 8.Qu entiende por anlisis probabilstico? 9.Qu otros aspectos se debe tener en cuenta para hacer un diseo hidrogrfico? 10.Cree que es importante tener en cuenta el ciclo hidrolgico en el diseo de obras civiles y por qu? INTRODUCCION ElorigendelahidrologasurgeenelsigloXVIIconelconcepto deciclo hidrolgicociclodelaguayesunaidealizacindelmovimientoo renovacin del agua en la tierra. La importancia de la hidrologa radica en queelrecursoaguaestpresente,prcticamente,entodaslas actividadesdelasociedad.Porlotanto,lahidrologajuegaunpapel predominanteenlaingeniera,agriculturaycienciasambientalesentre otras, ya que permite determinar una serie de datos que se van a utilizar eneldiseo,construccinyoperacindelasobrasciviles correspondientes. Enlapresenteasignaturaelestudiantemanejarconceptosde hidrometerologa, condiciones de precipitacin, anlisis de hidrogramas y medicindecaudales,todoconelfindeadquirirfundamentosdejuicio para el diseo de obras de estructuras hidrulicas. Laimportanciadelahidrologaradicaenqueelrecursoaguaest presente,prcticamente,entodaslasactividadesdelasociedad.Porlo tanto, la hidrologa juega un papel predominante, no solo en el campo de la ingeniera, como tradicionalmente se ha considerado, sino que tambin en la agricultura, ciencias ambientales, etc. OBJETIVOS Elobjetivogeneralesanalizarlascomponentesdelciclohidrolgicoy aplicarconceptosrelacionadosconelmismoconelfindededucirlos caudales de diseo para dimensionar o predimensionar obras hidrulicas conbaseenlosanlisisdehidrogramasyanlisisprobabilsticosde precipitacin. Paraalcanzarelobjetivogeneralserequierecumplirciertosobjetivos especficos: 1.Conocer algunos conceptos de hidrometeorologa. 2.Definireltrminoprecipitacinyanalizarcadaunodelosmtodos que se utilizan para determinarla. 3.Analizar la importancia de la evaporacin y evapotranspiracin en el diseo hidrolgico. 4.Reconocerlaimportanciadelainfiltracinylosaspectos relacionados con ella. 5.Indagaracercadelaimportanciadeloscaudalesylamanerade determinarlos. 1PRINCIPIOS DE HIDROMETEOROLOGA Losdistintosfenmenosmeteorolgicosquecomponeneltiempotienen comoescenariolaatmsfera,masagaseosaqueconstituyelacapa externayenvolventedelaTierra,conunespesoraproximadode2.000 kilmetros que hace posible la vida en nuestro planeta; sobre todo por dos desuscaractersticas:losgasesquelaformanyporactuaramodode termostato, regulando los intercambios de calor. Laatmsfera es un todo con los dems elementos que forman la Tierra, laHidrosferapartelquidaylaLitosferaparteslida,yademsseve influenciada por el movimiento de traslacin de nuestro planeta alrededor del Sol cada 365 das, por su giro sobre su eje o movimiento de rotacin cada 24 horas y por la inclinacin de su eje con respecto a la eclptica o planodelarbitadelaTierraalrededordelSol,produciendolas variaciones estacionales y las distintas distribuciones de radiacin solar. Elobjetivogeneraldeestecaptuloesresolverlasdudasquesetienen sobre "la ciencia que estudia los fenmenos atmosfricos" o Meteorologa, explicarunpocoloselementosqueinfluyenenellayensusprincipales variableslatemperaturaylahumedadyqueasuvezcontribuyenen todoslosdemsaspectosestudiadosporestaciencia:viento,nubesy variaciones climatolgicas. Los objetivos especficos son: Entenderelconceptodehidrologaehidrometeorologaysu importancia en la ingeniera. Reconocerlasetapasdelciclohidrolgicoytenerlasencuentaya que son la base del diseo hidrolgico. Analizarcadaunodelosfactoresclimticoscomosonla temperatura, la humedad y el viento entre otros. 1.1DEFINICIN DE HIDROLOGA Lahidrologaeslacienciaqueestudialacirculacinydistribucindel agua en la Tierra, sus reacciones fsicas y qumicas con otras sustancias existentesenlanaturaleza,ysurelacinconelmedioambiente, incluyendo la vida en el planeta. 1.2CICLO HIDROLGICO Enlatierra,elaguaexisteenunespaciollamadohidrosfera,quese extiendedesdeunos15kilmetrosarribaenlaatmsferahasta1 kilmetropordebajodelalitosferaocortezaterrestre.Sepudeadmitir quelacantidadtotaldeaguaqueexisteenlaTierra,ensustresfases: slida,lquidaygaseosa,sehamantenidoconstantedesdelaaparicin delaHumanidad.Elaguaqueconstituyelahidrosferasedistribuyeen tresreservoriosprincipales:losocanos,loscontinentesylaatmsfera, entre los cuales existe una circulacin continua llamada el ciclo del agua o ciclo hidrolgico que es el foco central de la hidrologa y no tiene principio ni fin. El movimiento del agua en el ciclo hidrolgico es mantenido por la energa radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.El ciclo hidrolgico se define como la secuencia de fenmenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a laatmsferayregresaensusfaseslquidayslida.Latransferenciade aguadesdelasuperficiedelaTierrahacialaatmsfera,enformade vapor de agua, se debe a la evaporacin directa, a la transpiracin por las plantas y animales y por sublimacin (paso directo del agua slida a vapor de agua) (ver figura 1.1). La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrolgico, por el fenmeno de sublimacin es insignificante en relacin a las cantidades movidas por evaporacinyportranspiracin(realizadaporlasplantas),cuyoproceso conjuntosedenominaevapotranspiracin.Elvapordeaguaes transportado por la circulacin atmosfrica y se condensa luego de haber recorridodistanciasquepuedensobrepasar1,000km.Elagua condensada da lugar a la formacin de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitacin. La precipitacin puede ocurrir en la fase lquida (lluvia) o en la fase slida (nieveogranizo).Elaguaprecipitadaenlafaseslidasepresentacon una estructura cristalina, en el caso de la nieve, y con estructura granular, regular en capas, en el caso del granizo. La precipitacin incluye tambin incluyeelaguaquepasadelaatmsferaalasuperficieterrestrepor condensacindelvapordeagua(roco)oporcongelacindelvapor (helada)yporintercepcindelasgotasdeaguadelasnieblas(nubes que tocan el suelo o el mar). El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmsfera por evaporacin; otra parte escurre porlasuperficiedelterreno,escorrentasuperficial,queseconcentraen surcosyvaaoriginarlaslneasdeagua.Elaguarestanteseinfiltra, penetraenelinteriordelsuelo;estaaguainfiltradapuedevolverala atmsferaporevapotranspiracinoprofundizarsehastaalcanzarlas capasfreticas.Tantoelescurrimientosuperficialcomoelsubterrneo van a alimentar los cursos de agua que desaguan en lagos y en ocanos. Laescorrentasuperficialsepresentasiemprequehayprecipitaciny termina poco despus de haber terminado la precipitacin. Por otro lado, elescurrimientosubterrneo,especialmentecuandosedaatravsde mediosporosos,ocurrecongranlentitudysiguealimentandoloscursos deaguamuchodespusdehaberterminadolaprecipitacinqueledio origen.As,loscursosdeaguaalimentadosporcapasfreticas presentan unos caudales ms regulares. Comosedijoantes,losprocesosdelciclohidrolgicoocurrenenla atmsfera y en la superficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclodelaguaendosramas:areayterrestre.Elaguaqueprecipita sobrelossuelosvaarepartirse,asuvez,entresgrupos:unaquees devueltaalaatmsferaporevapotranspiracinydosqueproducen escurrimientosuperficialysubterrneo.Estadivisinestcondicionada porvariosfactores,unosdeordenclimticoyotrosdependientesdelas caractersticasfsicasdellugardondeocurrelaprecipitacin.As,la precipitacin,alencontrarunazonaimpermeable,originaescurrimiento superficialyla evaporacin directadelaguaqueseacumulayquedaen lasuperficie.Siocurreenunsuelopermeable,pocoespesoylocalizado sobreunaformacingeolgicaimpermeable,seproduceentonces escurrimientosuperficial,evaporacindelaguaquepermaneceenla superficieyanevapotranspiracindelaguaquefueretenidaporla cubierta vegetal. En ambos casos, no hay escurrimiento subterrneo; este ocurreenelcasodeunaformacingeolgicasubyacentepermeabley espesa. Laenergasolareslafuentedeenergatrmicanecesariaparaelpaso del agua desde las fases lquida y slida a la fase de vapor, y tambin es elorigendelascirculacionesatmosfricasquetransportanelvaporde aguaymuevenlasnubes.Lafuerzadegravedaddalugarala precipitacinyalescurrimiento.Elciclohidrolgicoesunagente modeladordelacortezaterrestredebidoalaerosinyaltransportey deposicindesedimentosporvahidrulica.Condicionalacobertura vegetal y, de una forma ms general, la vida en la Tierra. En resumen el ciclo hidrolgico puede ser visto, en una escala planetaria, como un gigantesco sistema de destilacin, extendido por todo el Planeta. Elcalentamientodelasregionestropicalesdebidoalaradiacinsolar provocalaevaporacincontinuadelaguadelosocanos,lacuales transportada bajo forma de vapor de agua por la circulacin general de la atmsfera,aotrasregiones.Durantelatransferencia,partedelvaporde aguasecondensadebidoalenfriamientoyformanubesqueoriginanla precipitacin.Elregresoalasregionesdeorigenresultadelaaccin combinadadelescurrimientoprovenientedelosrosydelascorrientes marinas. Figura 1.1El ciclo hidrolgico. Fuente: www.unescoeh.org Se puede pensar el ciclo hidrolgico como una serie de reservas, o reas de almacenamiento, y una serie de procesos que causan que el agua se mueva entre estas reservas. Las reservas ms grandes son los ocanos, quecontienenaproximadamenteun97%delaguadelaTierra.El3% restante es el agua dulce, tan importante para nuestra sobrevivencia. De sta,aproximadamente78%estalmacenadaenlaAntrticayen Groenlandia(ver figura1.2).Aproximadamente 21%deaguadulceenla Tierra es agua almacenada en sedimentos y rocas debajo de la superficie delatierra.Elaguadulcequevemosenlosros,arroyos,lagosyenla lluvia constituye menos del 1% del agua dulce de la Tierra y menos que el 0.1%delaguatotal.Enlatabla 1.1se muestranlascantidadesdeagua en las diferentes formas que existen en la tierra y el balance anual global de agua respectivamente. Figura 1.2Distribucin del agua sobre la superficie terrestre Fuente: www.2.udec.cl Origen del agua Volumen del agua en kilmetros cbicos Porciento de agua total Ocanos1,321,000,00097.24% Capas de hielo, Glaciares29,200,0002.14% Agua subterrnea8,340,0000.61% Lagos de agua dulce125,0000.009% Mares tierra adentro104,0000.008% Humedad de la tierra66,7000.005% Atmsfera12,9000.001% Ros1,2500.0001% Volumen total de agua1,360,000,000100% Tabla 1.1Distribucin del agua en la tierra Fuente: Nace, Encuesta Geolgica de los Estados Unidos, 1967 y El Ciclo Hidrolgico (Panfleto), U.S. Geological Survey, 1984 1.3 DEFINICIN DE HIDROMETEOROLOGA Elconjuntodelascondicionesatmosfricasquecaracterizanelestado medio de la atmsfera y su evolucin en una zona determinada es lo que se llama el clima, a diferencia de lo que se conoce por tiempo o estado de la atmsfera en un lugar y un momento dado. Por decirlo de otra manera, decirclimaserefierealoquesucedeenlaatmsferaalolargodelos aos,mientrasqueeltiempoesloquesucedeenellahoy,maanao pasadomaana.Elclimasolamentesepuedeconocerdespusdeuna larga serie de observaciones en varios periodos anuales, mientras que el tiemposerefierealaobservacindeloselementosclimticosenun periodo determinado.Elestudiodelaatmsferaterrestreseconocecomometeorologa.Esta incluyeelestudiodelasvariacionesdiariasdelascondiciones atmosfricas,elestudiodesuspropiedadeselctricasypticas,yel estudiodelclima(climatologa).Elestudiodelameteorologalollevana cabolosmeteorlogos,hombresencargadosdereuniryanalizartodala informacin de la atmsfera con el fin de predecir el tiempo.La hidrometeorologa comprende la observacin, procesamiento y anlisis delcomportamientodeloselementoshdricos,fundamentalmentelas descargasdelosrosylosvolmenesalmacenadosenreservoriosy lagunas;ydeloselementosmeteorolgicos,fundamentalmentela precipitacin pluvial,las temperaturas mximas y mnimas y la humedad. Por supuesto que hay muchos otros factores hidrometeorlgicos, pero los que se han sealado son los ms importantes desde el punto de vista de su impacto en el diseo hidrolgico. 1.4FACTORES CLIMTICOS El rgimen hidrolgico de una regin es funcin de caractersticas fsicas, geolgicas,topogrficasyclimatolgicas.Delosdiversosprocesos meteorolgicosqueocurrencontinuamenteenlaatmsfera,losms importantes para la hidrologa son los de precipitacin y la evaporacin en los cuales la atmsfera interacta con el agua superficial; la temperatura, la humedad del aire y los vientos; estos ltimos tres en la medida en que ejercen influencia sobre la precipitacin y la evaporacin.La mayor parte delaguaqueseprecipitasobrelasuperficieterrestreprovienedela humedadqueseevaporaenlosocanosyqueestransportadaporla circulacinatmosfricaalolargodegrandesdistancias. Las dos fuerzas bsicas para la circulacin atmosfrica resultan de la rotacin de la tierra y de la transferencia de energa calrica entre el ecuador y los polos. 1.4.1La Atmsfera LaatmsferaeslacapagaseosaqueenvuelvealaTierra.Tieneunos 1.000Km.deespesoryestconstituidaporunaseriedecapas concntricas, cuyas caractersticas son: 1.Troposfera.Parteinferiordelaatmsferadondeseconcentrala mayor parte de la masa (75%), as como la totalidad de la humedad y de las partculas de polvo. Tiene un espesor variable, mximo en el ecuador(16Km.)ymnimoenlospolos(8Km.).Enellase desarrollantodoslosfenmenosmeteorolgicos(vientos,lluvias, etc.).Latemperaturaesdecrecienteconlaalturaconunfuerte gradiente,delordende6,5C/Km.,hastallegaraunatemperatura de-50C.Ensupartefinalexisteunapequeacapadetransicin denominada tropopausa. 2.Estratosfera. Se extiende desde la tropopausa hasta unos 45 Km. de altura.Esunazonacaracterizadaporunaestratificacinmuy estable,contemperaturasconstantesysinmovimientosverticales. Enestacapaseacumulalamayorpartedelozonodelaireque detiene las radiaciones ultravioleta que son nocivas para el hombre, aumentandolatemperaturahastalos0C.Lacapadetransicin hacia la mesosfera se denomina estratopausa. 3.Mesosfera.Estcomprendidaentrelos45ylos80Km.dealtura aproximadamenteyesunacapacalientedebidoalaabsorcinde radiaciones ultravioletas. Existe una temperatura casi constante de 0 C. Aunque en su parte final se alcanzan los -80 C. 4.Ionosfera.Comienzaapartirdelos80Km.dealtura.Laatmsfera estionizadadebidoalapresenciadeelectroneslibres.Estacapa tienelapropiedaddereflejarlasondasradioelctricas,permitiendo lastransmisionesderadioapesardelacurvaturaterrestre.La temperaturaaumentallegandoalos1.700C.Alos500Km.de altura.Esteaumentoesdebidoalcalorproducidoenladisociacin demolculasdenitrgenoyoxgeno,porlaaccindelaradiacin solar. 5.Exosfera. A partir de esta capa la atmsfera se va enrareciendo en la zona que se denomina para terminar en el espacio libre exterior.Laatmsferaestacompuestadenitrgeno(78,08%),oxgeno(20,95%), argn(0,93%),dixidodecarbono(0,03%)ygasesnobles,vaporde agua,etc.(0,01%).Estacomposicinesprcticamenteinvariablepor debajodelos16Km.(Troposfera).Laatmsferapuedeconsiderarse comoungasperfectoconmasamolecular28,966.Sudensidadesde 1,293 g/litro. Elaguacontenidaenlaatmsferaesmuyvariable.Varaconla temperatura,lalatitud,etc.Lamayorpartedelaguacontenidaenla atmsfera est en forma de vapor, pero es la parte condensada en forma de nubes la que afecta a travs de la lluvia a la hidrologa. Como orden de magnitud, la atmsfera contiene de 10 a 15 g de vapor de agua por kilo de aire,quepuedellegaralos25gporkiloenlaszonastropicales martimas, y casi nulo en las zonas rticas. La mayor parte de la humedad terrestreestconcentradaenlosprimeros6Km.,constituyendoel95% de la humedad total. 1.4.1.1Circulacin de la atmsfera La circulacin general se definecomo la distribucin general media de los vientossobrelasuperficiedelglobo.Lacirculacinatmosfricaesfactor fundamental en la formacin de las precipitaciones y en las caractersticas climticas. ExisteenlaTierraunacirculacingeneraldelaatmsferadecarcter zonalenlaqueentranenjuego:lasmasasdeaire,latemperatura,la humedad y la rotacin y traslacin de la Tierra. Estas variables, junto con laposicinconrespectoalcontinente,sonlasquedefinenlosclimas zonales ms importantes del globo. La atmsfera es una mquina trmica y el sol es la fuente de energa. La radiacinsolaratraviesalaatmsferaycalientalasuperficie,yelsuelo porcontactoconla atmsfera, entrega astasucalor.Estclaroqueel solnocalientasiempreigual.Da,noche,Polo,Ecuador,mary continente,bosquesydesiertos,marcangrandesdiferencias.Sedice entonces que la atmsfera sufre un "calentamiento diferencial". Enaquelloslugaresdondelasuperficiesecalienta,elairecalentado tiendeaelevarseyserreemplazadoporairemsfro.Estoocurrepor ejemplo con la brisa de mar: Durante el da, cuando el tiempo est bueno ycasinohayviento,lacostasecalientaporlaradiacinsolar.Elaire entoncesseelevayellugarquedejaesocupadoporairerelativamente msfroqueprovienedesdeelmar.Porlanoche,ocurreelefecto contrario, la playa se enfra, pero el mar conserva su temperatura, por lo tantoelaireseelevadesdeelmarysulugaresocupadoporairems fresco proveniente de la costa, a este fenmeno se lo conoce como brisa de tierra. Lo mismo sucede en mayor escala entre el Ecuador y el Polo. Si la Tierra permaneciera inmvil, y su superficie fuera uniforme, el aire en superficieiradelospolosalEcuadoryenlaalturadelEcuadoralos Polos.Esdecir,setendravientoSursiempreenelHemisferiosury VientoNortesiempreenelHemisferioNorte.Estoseconoceconel nombredecirculacindeHadley(verfigura1.3).Peroestonoesas porque la Tierra no es uniforme y adems gira. Figura 1.3 Circulacin general de la atmsfera sin el efecto coriolis Fuente: Biblioteca Salvatde Grandes Temas 1.4.1.2Efectos de rotacin de la tierra Larotacindelatierraefectocoliorisdesdeelestehaciaeloeste cambia este patrn de circulacin, por lo tanto el flujo del aire se desva, a laizquierdaenelHemisferioSuryaladerechaenelhemisferioNorte. Entonces, se tendra viento sudeste en el Hemisferio Sur y noreste en el Hemisferio Norte y en altura Noroeste en el hemisferio Sur y Sudoeste en el Hemisferio Norte. Aloanteriorhayqueagregarleotrofactorqueeselrozamientoconla superficieterrestre.Silacirculacinfueraladescritaanteriormente,la Tierra se frenara, ya que todas las fuerzas sobre la superficie de la Tierra seranhaciaeloeste.Porlotantodebeexistirunafranjaenlaqueel vientosopledeloeste,detalmaneradecompensarlasfuerzasque tiendenafrenarlaTierraconotrasquetiendanaacelerarla.Estafranja est en las latitudes medias. Quedadefinidaentonceslacirculacingeneraldelaatmsferadela siguiente manera (ver figura 1.4): a.Unafranjadepocovientoypresinrelativamentebaja,lascalmas Ecuatoriales.Comoallelaireasciendeyalhacerloseenfra,el vapordeaguaquecontienesecondensaformandonubesde tormenta,llamadasCmulonimbosyseobservanintensos chaparrones y tormentas. Esta zona, llamada Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) tiene un desplazamiento hacia el hemisferio en el que es verano.b.A ambos lados soplan los vientos alisios, del noreste en el hemisferio NorteydelsudesteenelhemisferioSur.Abarcanunazonade aproximadamente 30.c.A medida que nos alejamos del Ecuador, cerca de los 30 de latitud surynorte,encontramoslascalmasdeRoss,zonasocupadaspor los grandes anticiclones subtropicales semipermanentes. Aqu el aire escalentadoysecadoporlacompresindelosmovimientos descendentes.Estodeterminalaausenciatotaldeprecipitaciones porloqueenestazonaencontramoslosgrandesdesiertosdel mundo. d.Entre los 30 y 60 de latitud norte y sur soplan los vientos del oeste. Estazonasecaracterizaporlavariabilidaddeltiempo.Aquelaire calientetiendeaponersedebajodelairefroaumentandocadavez ms el contraste meridional de temperatura y la inestabilidad del flujo atmosfrico.Estecontrastetrmicollevaaenfrentarmasasdeaire muydistintasformndoselosfrentesysusfenmenosasociados (lluvias, tormentas, rfagas de viento y hasta tornados). e.De 60 hacia los Polos predominan nuevamente los vientos del este. Enlos 60la presin esmnima, poresaraznporalltransitanlos grandesciclonessubpolares(queoriginantemporalesintensosy fuertesnevadas).HacialosPolosvuelveasubirlapresinyel tiempo se hace ms apacible aunque, naturalmente muy fro. Figura 1.4 Circulacin general de la atmsfera debida al efecto coriolis Fuente: Biblioteca Salvatde Grandes Temas 1.4.1.3Radiacin solar y terrestre La radiacin que proviene del sol viene siendo la fuente de energa de la superficieterrestre,porsuefectosobrelavidaorgnicadenuestro planetayporsuimportanciaenlacomprensindeotrosfenmenos meteorolgicos es el elemento del tiempo y del clima que debe estudiarse bajo el enfoque de causa - efecto. Sinlaradiacinnopodranexistirlasdiferenciastrmicas,la evaporacin, ni las variaciones en la diversidad del aire, que a su vez son causantesdediversosmovimientosdentrodelaatmsfera.Elsistema atmsfera-tierrarecibeunadeterminadacantidadderadiacinsolar variable segn: 1. La hora solar (rotacin de la tierra). 2. La latitud (distancia de un lugar al ecuador determinada por el arco del meridiano que va desde dicho punto al ecuador). 3. La declinacin (ngulo que forma el norte geogrfico con el norte magntico y que vara con los aos).De la insolacin recibida por la atmsfera un porcentaje importante (40%) esreflejadoalespacioexterior.Delapartenoreflejadaunapequea parteesabsorbidaporlaatmsferayelrestollegaalasuperficie terrestre, calentando la tierra. Debido a este calentamiento, la Tierra emite unacontra-radiacinregidaporlaLeydeStefan-Boltzman:W=aT4, dondeWeslaenergaradiada,Tlatemperaturaabsolutayauna constante.Medianteexperimentossehacomprobadoquelaradiacin directa del sol es de 2 cal/ cm2min. Estaenergaesemitidaendistintaslongitudesdeonda,distinguindose por orden creciente de longitud de onda: radiacin ultravioleta, luzvisible yluzinfrarroja(cuantamenorlong.deonda,mayorpeligrosidad).Estas radiacionessonabsorbidasengranmedidaporlaatmsfera(polvoy vapordeagua)produciendosucalentamiento.Eseldenominadoefecto invernadero.Esdenotarqueenreasconfaltadehumedad(zonas desrticas)estefenmenoesmenosintensoporloquelasvariaciones trmicas da-noche son muy fuertes. Hayquetenerencuentaquesilatierraestuviesedesprovistade atmsfera su temperatura media estara en el orden de -40 C. Por ltimo elcalentamientosuperficialdelatierratienedistintoscomportamientos segn sea zona terrestre o el ocano. La capacidad calorfica del agua es mucho mayor que la del aire por lo que las masas de agua actan como acumuladoresdecalor.Lacapacidaddeconduccindelaguaydelaire es del orden de 7 frente a la del aire y del suelo que es del 0,14 por lo que lasvariacionestrmicasenlatierrasernmuchomsfuertesqueenel agua. 1.4.2TEMPERATURA Latemperaturadeuncuerpoindicaenqudireccinsedesplazarel calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas,yaquestepasasiempredelcuerpocuyatemperaturaes superioralque tienelatemperatura msbaja;elprocesocontinahasta que las temperaturas de ambos se igualan. La temperatura es la medida del contenido de calor de un cuerpo y este a su vez equivale a la energa calorfica que contiene dicho cuerpo. Esdegranimportanciaparaelestudiodelahidrologaelconocimiento deltransportedeenerga,momentoymasaparalosprocesos fundamentalesdeconduccin,conveccinyradiacin.Laradiacines importante porque es por ese proceso que la energa solar activa el ciclo hidrolgico.Laspropiedadesfsicasdelatierratransformanlaradiacin solar en calor sensible, y redistribuyen la energa entre la atmsfera y las sustanciassuperficiales(laenergaemitidaporelsolenformade radiacindeondascortasesmuypocoabsorbidaporlaatmsfera).La atmsfera escalentadaenlosestratosinferioresgraciasala emisinde radiacinporpartedelasuperficieterrestre,lacualsellevaacabopor mediodeondaslargasylaredistribucindeenergaenlaatmsferase procesaprincipalmentepormediodelosfenmenosdeconducciny conveccin. Elaireinicialmenteescalentadoporconduccin;dichofenmenose define como el flujo de energa calorfica a travs de la materia por medio deactividadmolecularinterna.Laenergaemitidaporlatierraes absorbidaprincipalmenteporelvapordeaguayporeldixidode carbono. Los otros gases, en contacto con los anteriores, son calentados porconduccin.Unavezelairesehacalentado,decrecesudensidad; en otras palabras, el aire que est en contacto con la superficie y que es calentado por conduccin tiende a tornarse ms leve. El calor ganado de la radiacin incidente (radiacin sol) debe ser igual al calor perdido mediante la radiacin terrestre; de otra forma la tierra se ira tornando,progresivamente,mscalienteomsfra.Sinembargo,este balance se establece en promedio y como la superficie de la tierra no es homognea se producen situaciones de desbalance cuyas consecuencias son las variaciones de temperatura. Surgen, entonces, fuerzas ascendentes que elevan el aire ms caliente, y por consiguiente ms liviano, a travs del aire vecino ms fro y denso. El airecalientealascenderseexpande,puesamedidaqueseeleva encuentra presiones atmosfricas menores, y como consecuencia de esto se enfra. Cuando el aire en ascensin y expansin pierde bastante calor, deformatalquesudensidadesigualaladelmedioambiente,su elevacincesa. Elairecalienteal elevarse essubstituido poraire frode lasvecindades.Todoelprocesoesconocidocomoconveccino transporte de calor por movimiento de materia. 1.4.2.1Medicin de la Temperatura Para efectuar la medicin de la temperatura se utilizan otras propiedades del calor, como la dilatacin, cuyos efectos son susceptibles. La dilatacin es,porconsiguiente, unaprimerapropiedadtrmica deloscuerpos,que permitellegaralanocindelatemperatura.Lasegundamagnitud fundamentaleslacantidaddecalorquesesuponerecibenocedenlos cuerpos al calentarse o al enfriarse, respectivamente. La cantidad de calor que hay que proporcionar a un cuerpo para que su temperatura aumente enunnmerodeunidadesdeterminadoestantomayorcuantoms elevadaeslamasadedichocuerpoyesproporcionalaloquese denominacalorespecficodelasustanciadequeestconstituido. Cuando se calienta un cuerpo en uno de sus puntos, el calor se propaga a losquesonprximosyladiferenciadetemperaturaentreelpunto calentadodirectamenteyotrosituadoaciertadistanciaestantomenor cuandomejorconductodelcaloresdichocuerpo.Silaconductibilidad trmicadeuncuerpoespequea,latransmisindelcalorsemanifiesta por un descenso rpido de la temperatura entre el punto calentado y otro prximo. As sucede con el vidrio, la porcelana, el caucho, etc. En el caso contrario,porejemploconmetalescomoelcobreylaplata,la conductibilidadtrmicaesmuygrandeyladisminucindetemperatura entreunpuntocalentadoyelotroprximoesmuyreducida.La temperatura,queseexpresaengrados,ylacantidaddecalor,quese expresa en caloras.Los cambios de temperatura tienen que medirse a partir de otros cambios en las propiedades de una sustancia. El instrumento utilizado para medir temperaturassellamatermmetro.Existenvariostiposdetermmetros, cuyaconstruccinvarasegnelusoaquesedestinanysumodode utilizacin. Todos los termmetros miden la temperatura y sus variaciones aprovechandoelefectoproducidoporelcalorsobreuncuerpo. Generalmenteseutilizaladilatacinqueacompaaaunincrementode calor.Ladilatacindelmercuriocontenidoenuntubocerradodevidrio, constituyeelfundamentodeltermmetrocientficomscomn.Algunas vecesseutilizaalcoholenlugardemercurio.Paratenerunamedida aproximada de la temperatura se puede tomar estade varias formas: 1.Temperaturaseca.SellamaTemperaturasecadelairedeun entorno, prescindiendo de la radiacin calorfica de los objetos que rodean eseambienteconcretoydelosefectosdelahumedadrelativaydela velocidad del aire. Se puede obtener con el termmetroconvencional de mercurio,cuyobulbo,reflectanteydecolorblancobrillante,sesupone razonablemente que no absorbe la radiacin. 2.Temperaturaradiante.Latemperaturaradiantetieneencuentael calor emitido por radiacin de los elementos del entorno. Se toma con un termmetro de bulbo, que tiene el depsito de mercurio encerrado en una esfera o bulbo metlico de color negro, para asemejarlo lo ms posible a uncuerponegro,paraqueabsorbalamximaradiacin.Paraanularlo msposibleelefectodelatemperaturadelaire,elbulbonegroseasla medianteotrobulboenelquesehahechoelvaco.Lasmedidasse puedentomarbajoelsoloalasombra.Enelprimercasotendren cuentalaradiacinsolarydarunatemperaturabastantemselevada. Tambin sirve para dar una idea de la sensacin trmica. La temperatura debulbonegrohaceunafuncinparecida,dandolacombinacindela temperatura radiante y la ambiental. 3.Temperaturahmedatemperaturadepuntoderoco(Td).Es temperatura a la cual el aire alcanza la saturacin, es decir se condensa. EstatemperaturaesmedidapormediodelPsicrmetro,Instrumento consistente en un termmetro de bulbo seco y uno de bulbo hmedo, que se utiliza para medir el contenido de vapor de agua en el aire. Por lo tanto, es una medida del contenido de humedad en la atmsfera. Mientras ms pequea(grande)sealadiferenciaentrelatemperaturarealTylaTd, mayor (menor) es la humedad de la atmsfera. Cuando T= Td, el aire se saturaycomienzalacondensacindelvapordeaguaenroco,nieblao nubes.Eltrminotemperaturaderocovienedelhechoquedurantela nochelosobjetoscercadelsueloseenfranpordebajodeTd, formndose la condensacin del vapor de agua en gotitas de agua sobre lassuperficiesdelosobjetos,loquesellamaroco.Laescarchanoes rococongelado.LaescarchaseformacuandoelpuntoderocoTddel aireesigualomenorque0C,transformndoseelvapordeagua directamenteengotitasdehieloslido,queenconjuntoformanla escarcha durante el proceso de deposicin. Enresumen,lasaturacinseproducecuandoseagregamsvaporde aguaalairequeloquepuedecontenerocuandoelaireseenfrahasta alcanzar la temperatura de roco, a la cual se produce la condensacin. 4.Temperaturamxima.Eslamayortemperaturaregistradaenun da, y que se presenta entre las 14:00 y las 16:00 horas. 5.Temperaturamnima.Eslamenortemperaturaregistradaenun da, y se puede observar en entre las 06:00 y las 08:00 horas. Yaquela temperaturaes una medidarelativa,lasescalasquese basan en puntos de referencia deben ser usadas para medir la temperatura con precisin.Haytresescalascomnmenteusadasparamedirla temperatura(verfigura1.5):laescalaFahrenheit(F),laescalaCelsius (C),ylaescalaKelvin(K)oabsoluta.Cadaunadeestasescalasusa una serie de divisiones basadas en diferentes puntos de referencia.Unadelasprimerasescalasdetemperatura,todavaempleadaenlos pasesanglosajones,fuediseadaporelfsicoalemnGabrielDaniel Fahrenheit. Segnestaescala, ala presin atmosfrica normal, elpunto de solidificacin del agua y de fusin del hielo es de 32 F, y su punto de ebullicinesde212F.LaescalacentgradaoCelsius,ideadaporel astrnomo sueco Anders Celsius y utilizada en casi todo el mundo, asigna un valor de 0 C al punto de congelacin del agua yde 100 C a su punto de ebullicin. En ciencia, la escala ms empleada es la escala absoluta o Kelvin,inventadaporelmatemticoyfsicobritnicoWilliamThomson, lordKelvin.Enesta escala,elceroabsoluto,queestsituadoen -273,15C,correspondea0K,yunadiferenciadeu nkelvinequivalea una diferencia de un grado en la escala centgrada; es as que el punto de congelamientodelaguaes273.15Kelvins(lasgraduacionesson llamadas Kelvins en la escala y no usa ni el trmino grado ni el smbolo ) y 373.15 K es el punto de ebullicin del agua. LaescalaCelsiuseslamsdifundidaenelmundoyselaempleapara medicionesderutina,ensuperficieyenaltura.LaescalaFahrenheitse usaenalgunospasesconelmismofin,peroparatemperaturas relativamente bajas contina siendo de valores positivos. La escala Kelvin esusadacomnmenteenlasmedidascientficasparatemperaturas extremadamentebajas,puestoquenohaynmerosnegativosenesta escala porque tericamente nada puede ser ms fro que el cero absoluto. Figura 1.5 Comparacin de las escalas de temperatura Fuente: Biblioteca de consulta Encarta Aunqueparezcaconfuso,cadaunadelastresescalasdetemperatura discutidasnospermitemedirlaenergadelcalordeunamanera ligeramentediferente.Unamedidadelatemperaturaencualquierade estas escalas puede ser fcilmente convertida a otra escala aplicando las siguientesfrmulas: Dehacia Fahrenheithacia Celsiushacia Kelvin FF(F - 32)/1.8(F-32)*5/9+273.15 C(C * 1.8) + 32CC + 273.15 K(K-273.15)*9/5+32K - 273.15K 1.4.2.2Distribucin Vertical de la Temperatura En la troposfera el decrecimiento de temperatura en la atmsfera es de 0.65C por cada 100 m aproximadamente, mientras que en la estratosfera se presentan condiciones aproximadamente isotrmicas (ver figura 1.6). Figura 1.6 Distribucin vertical de la temperaturaFuente: www.climatologa.com Elgradienteverticaldetemperaturasedefinecomolatasadevariacin delatemperaturaconlaaltitud.Conestevalorsepuededeterminarla estabilidadolainestabilidaddelaatmsfera.Elvalordeestegradiente depende del contenido de vapor de agua en la atmsfera. Latemperaturaenlaatmsferademanerageneral,tieneungradiente adiabticotrmicoverticalnegativo,de1Cparalasmasasdeaireno saturadasyde0.5C paralas masasdeairesaturadas,porcada100 m dealtitud.Loscambiosdetemperaturasadiabticossonaquellosque sucedenenungas,oenelaire,sinlaintervencindeningunafuente externadefroocalor.Secalientacuandosecomprimeyseenfra cuandoseexpande.Dependiendodelcontenidodevapordeaguaenla atmsfera el gradiente adiabtico puede ser: 1.Gradientedetemperaturaadiabticaseca.Esaquelgradienteque resulta de una compresin o expansin de aire no saturado, cuando un volumen del mismo sube (disminuyendo la presin atmosfrica) o desciende(aumentandolapresinatmosfrica).Elprocesonoes estrictamenteadiabticopuessiempreocurretransferenciadecalor entre el volumen de aire y el medio ambiente. Sin embargo, el aire es tanpobreconductoryemisordecalorqueparapropsitos meteorolgicos el proceso puede ser considerado adiabtico. Elprocesoadiabticoesunprocesotermodinmicoenelcualno existeintercambiodecalorentreelsistemaquetrabajaysumedio ambiente.Cuandounamasadeaireenundeterminadoniveles forzada hacia un nivel ms bajo, la presin ms alta del nivel inferior actaparadecrecerelvolumen.Eltrabajodecompresinse convierteenenergacalorficaysemanifiestaporaumentode temperatura;elprocesosedenominacalentamientodinmico.En casocontrario,uvolumendeairequeseeleva,seexpandeal quedarexpuestoapresionesmsbajas.Elvolumenenascensin realiza un trabajo sobre el medio ambiente. La fuente de energa de ese volumen para realizar ese trabajo es su propia energa interna; el proceso se denomina enfriamiento dinmico. Gradiente de temperatura adiabtica seca: la temperatura de aire no saturado elevada adiabticamente decrece 1C por cada 100 m. 2.Gradientedetemperaturaadiabticasaturada.Cuandoelaguase evapora,seremueveopierdecalordellquidoqueseevapora. Cuando el vapor de agua se condensa, se libera calor al sistema en el cual se condensa. Cuando un volumen de aire saturado con vapor deaguaseelevaadiabticamente,seexpandeyseenfra dinmicamente.Elenfriamientodevapordeaguacausa condensacin(cambiodelestadogaseosoalestadolquido)y resultaenunaliberacindeunacantidaddecalorigualalcalor latentedeevaporacin.Dichocalorsirveparareducirlatasade enfriamientodelvolumenascendente.Comoconclusin,sepuede afirmarqueelgradientedetemperaturaadiabticasaturadaes menorqueelgradientedetemperaturaadiabticaseca.Seexige, sinembargo,paraqueelprocesosearealmenteadiabtico,queel productodecondensacindelsistemapermanezcaenlalolargo desu ascensin, o sea que no haya precipitacin. Elgradientedetemperaturaadiabticasaturadadependedela temperatura as: a.Estratos bajos de la atmsfera: -En aire saturado a 20C es de 0.43C por cada 100m. -En aire saturado a 0C es de 0.65C por cada 100m. b.Grandes altitudes: Dicho valor tiende a 1C por cada 100 m. (debido a que la cantidad de vapor de agua en grandes altitudes es muy pequea). 3.Gradientedetemperaturapseudoadiabtica.Sienunmovimiento ascendentedeunvolumendeairesaturadoocurriereprecipitacin, la temperatura sufrira un enfriamiento pseudoadiabtico. El proceso no es estrictamente adiabtico porque alguna energa es retirada del sistemaporlaprecipitacin.Elgradientedetemperatura pseudoadiabticaessimilar,paralamayoradelosfenmenos meteorolgicos, al gradiente de temperatura adiabtica saturada. 4.Gradientedetemperaturadelambienteatmosfrico.Laestabilidad esunapropiedaddelairequedescribesutendenciaapermanecer ensuposicinoriginal,estable,oaelevarse,inestable.La estabilidaddelaatmsferaestreguladaporlatemperaturaen diferentesniveles,loquedeterminaelgradienteambientalde temperatura,quenoeslomismoqueloscambiosdetemperaturas adiabticosanteriores,sinoqueeselgradienterealoactualde temperatura de la atmsfera. Sedistinguentrestiposdeestabilidad,conocidascomoestabilidad absoluta, inestabilidad absoluta e inestabilidad condicional. Estabilidadabsoluta.Seproducecuandoelgradientede temperatura ambiental real es menor que el gradiente adiabtico hmedo y por lo tanto menor que el gradiente adiabtico seco. Inestabilidadabsoluta.Unaparceladeairetieneinestabilidad absolutacuandoelgradienteambientalrealdetemperaturaes mayor que el gradiente adiabtico seco. InestabilidadCondicional.Seproducecuandoelairehmedo tiene un gradiente ambiental de temperatura entre los gradientes adiabtico seco y hmedo (entre 5 y 10 C/km). En otras palabras sedicequelaatmsferaescondicionalmenteinestablecuando esestablerespectoaunaparceladeairenosaturada,pero inestable respecto a una parcela de aire saturada. La estabilidad de la atmsfera se favorece en las siguientes condiciones: a.Por enfriamientoen la noche. b.Por enfriamiento de una masa de aire desde abajo cuando pasa por una superficie fra. c.Por subsidencia de la columna de aire. La inestabilidad se favorece en las siguientes condiciones: a.Calentamiento solar intenso en superficie. b.Calentamiento de la masa de aire cuando pasa por una superficie caliente. c.Por movimiento vertical del aire producido por ascenso forzado. d.Enfriamiento en el tope de las nubes 1.4.2.3Distribucin Geogrficade la Temperatura. Elrepartohorizontaldelastemperaturassobreelgloboterrestre,viene determinadoprincipalmenteporlalatitudyporlaconfiguracin oreparto de las tierras y de los ocanos. La latitud determina la insolacin terrestre. La zona intertropical es la que recibemayorinsolacinporunidaddesuperficie,alincidir perpendicularmentesobreellalosrayossolares(verfigura1.7).Porotro lado, los das tienen casi la misma duracin que las noches, por lo que las variacionestrmicasestacionalessonmuysuaves.Almismotiempolas amplitudes trmicas se ven tambin moderadas por la existencia de gran cantidad de vapor en la atmsfera. Figura 1.7Distribucin geogrfica de la temperaturaFuente: www.climatologa.com AmedidaquenosalejamosdelEcuadorynosaproximamosalos Trpicos,sibienlastemperaturasmediassemantienenaltas,las amplitudestrmicas,tantodiurnacomoanual-diferenciaentrela temperaturamediadelmesmsclidoyladelmesmsfro-sevan marcandocadavezms.Yacomienzaadiferenciarseladesigualdad trmica entre los das y las noches. Ello supone que el rgimen trmico de estas zonas es menos regular que el ecuatorial. Ya en las latitudes medias, los rayos solares inciden con mayor oblicuidad sobrelasuperficieterrestre,loquedeterminatemperaturasmedias paulatinamente ms bajas. Al mismo tiempo por la inclinacin del eje de la Tierra,ladiferenciacinesneta,almenosendosestaciones,unade verano con una duracin mayor de los das respecto de las noches y, por tanto,conunbalancepositivoderadiacinyotrodeinviernoconlas nochesmslargasquelosdasy,porellounbalancetrmiconegativo. Ello conlleva un rgimen trmico con importantes variaciones peridicas y amplitudestrmicas,anualesydiurnas,bastantemarcadas.Lamayor amplitudtrmicayeldficitderadiacinsolarlleganasulmiteenlas zonaspolaresdondeseunentresfactores:latransparenciadeuna atmsferacon bajocontenidoenvapordeagua,lareducidacantidad de radiacinrecibidaalincidirlosrayossolaresmuyoblicuamentesobrela superficie, hasta el punto de que durante el invierno la insolacin es nula, y el alto albedo de los hielos polares.Segn lo descrito, la zona ecuatorial debera ser la ms clida y las zonas polares las ms fras. Pero si bien es cierto que el descenso latitudinal de la temperatura es una realidad, tambin lo es que se produce con grandes irregularidades,debidasalasdistorsionesproducidasporladistribucin deloscontinentesylosocanos.Lamayorinerciatrmicadelagua determinaquelosocanossecalientenyenfrendosvecesms lentamente que los continentes. Esto explica el efecto termorregulador de losocanosenlosclimascosteros,nuncatanextremadoscomolos continentales,alsuavizarelmarlastemperaturastantofrascomo clidas,disminuyendoasloscontrastestrmicos.Porotroladola amplitud aumentar con la continentalidad.Otravariacinimportanteenrelacinconlatemperaturasedaenlas distintas fachadas martimas de los continentes debido a la accin de las corrientesmarinas.Enlatitudesaltasymedias;lascorrientesmarinas frasoriginanundescensoenlastemperaturasenlaszonascosteras orientalesdelHemisferioNorte:Enlatitudestropicales,porelcontrario, lascorrientesmarinasfrasincidensobrelascostasoccidentales, refrescndolas.Deelloresultaunadobledisimetratrmicaentrelas regiones costeras de los continentes, lo que influye en la distribucin de la poblacinendichaszonas.Ejemploclarodeestonosloproporcionala fachada Este de Amrica del Norte y la Oeste de Europa. Entre el paralelo 45Ny60N, en Europaseencuentranciudadestanimportantescomo Burdeos,Londres,Dubln,Glasgow,Oslo,mientrasqueenAmricaslo encontramosdosrelativamenteimportantes,HalifaxySt.Johns.La razn estriba en que la fachada occidental europea se ve afectada por la cor