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IntroducciIntroduccióónn a la a la ConvecciConveccióónn AtmosfAtmosfééricarica
Material Material basadobasado en:en:ParametrizationParametrization of of diabaticdiabatic processes, 2007 (ECMWF). Peter processes, 2007 (ECMWF). Peter BechtoldBechtold and Christian and Christian JakobJakob. . Atmospheric moist convection, 2008 (ECMWF, lecture notes). Atmospheric moist convection, 2008 (ECMWF, lecture notes). Peter Peter BechtoldBechtoldThe representation of Cumulus Convection in numerical models.The representation of Cumulus Convection in numerical models.EditadoEditado porpor K. Emanuel y David Raymond. AMS K. Emanuel y David Raymond. AMS MeterologicalMeterological Monographs, 1993.Monographs, 1993.Cloud Dynamics, Robert Cloud Dynamics, Robert HouzeHouze Jr., Academic Press, 1993.Jr., Academic Press, 1993.
Celeste Celeste SauloSaulo –– CyMCyM, 2009, 2009
Las escalas Las escalas
Celeste Celeste SauloSaulo –– CyMCyM, 2009, 2009
QuQuéé es la conveccies la conveccióón?n?En tEn téérminos genrminos genééricos: es el movimiento de un ricos: es el movimiento de un fluido que resulta en el transporte y la mezcla fluido que resulta en el transporte y la mezcla de las propiedades del fluidode las propiedades del fluidoConvecciConveccióón hn húúmeda:meda:–– Se tienen en cuenta los cambios de fase del agua Se tienen en cuenta los cambios de fase del agua
que resultan de ascensos (/y descensos). que resultan de ascensos (/y descensos). ConvecciConveccióón secan seca–– Es un proceso que se da dentro de la capa lEs un proceso que se da dentro de la capa líímite mite
atmosfatmosféérica, tambirica, tambiéén implica el desplazamiento n implica el desplazamiento hacia arriba y hacia abajo de parcelas de aire, hacia arriba y hacia abajo de parcelas de aire, pero no se consideran los cambios de fasepero no se consideran los cambios de fase
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CCóómomo se se manifiestamanifiesta??
Celeste Celeste SauloSaulo –– CyMCyM, 2009, 2009
ClasificaciClasificacióón de las nubes segn de las nubes segúún la altura de la basen la altura de la base
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Del latDel latíínn……
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Ver el Atlas de Nubes de la OMM o ver las fotos de los concursos El aire es libre o la página web del DCAO!!!!
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Y la Y la precipitaciprecipitacióónn??EstratiformeEstratiforme–– flujosflujos verticalesverticales de de calorcalor
y y cantidadcantidad de de movimientomovimientorelativamenterelativamente suavessuaves
–– CubreCubre regionesregionesrelativamenterelativamente ampliasamplias
–– Los Los movimientosmovimientos son son mayormentemayormentehidrosthidrostááticosticos
ConvectivaConvectiva–– flujosflujos turbulentosturbulentos de de
calorcalor y y cantidadcantidad de de movimientomovimiento
–– CubrenCubren regionesregionesrelativamenterelativamente pequepequeññasas
–– Los Los movimientosmovimientos en en general son nogeneral son no--hidrosthidrostááticosticos
La física de la precipitación dependerá de la distribuciónde vapor de agua, de la velocidad vertical, del perfiltérmico, de la microfísica, de la cortante de vientohorizontal y vertical
Subsidenciacompensatoria
Ascendentesconvectivas
descendentesconvectivas
Escala típica de una celda convectiva1-5 km
Liberación de la inestabilidad mediante la redistribución de calor y
humedad (energía)
Qué hace la convección…
Precipitación
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Convective Available Potential Convective Available Potential Energy (CAPE)Energy (CAPE)
Definition: dzT
TTgCAPEtop
base env
envcld∫−
≈∫∫ =⋅=top
base
BdzldFCAPErr
El CAPE representa la cantidad de energía potencial disponible parauna parcela que se eleva desde el NLC hasta el NE. Esta energíapuede liberarse potencialmentecomo energía cinética de la convección.
TTg
dzdw
dzdww
dtdw ′
≈==2
21
CAPEdzTTgzw
z
⋅=′
= ∫ 22)(0
2
CAPEw ⋅= 2
pdTTRCAPEnen
nlc
p
papd ln)(∫ −−= ρρ
La convección en un diagrama termodinámico
Perfil Idealizado
NCA
NLC
NE
CIN
CAPE
Celeste Celeste SauloSaulo –– CyMCyM, 2009, 2009Líneas de I
La La convecciconveccióónn hhúúmedameda: un : un fenfenóómenomeno globalglobal
IR GOES METEOSAT 7/04/2003
SPCZ
ITCZen10ºN
Convección profunda y chataIntensa, profunda
Convecciónen Sc
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CCóómo influencian las nubes el mo influencian las nubes el sistema climsistema climáático?tico?
Acoplando los procesos dinAcoplando los procesos dináámicos e micos e hidrolhidrolóógicos en la atmgicos en la atmóósfera, a travsfera, a travéés s del calentamiento por condensacidel calentamiento por condensacióón n (/enfriamiento evaporativo) y de la (/enfriamiento evaporativo) y de la redistribuciredistribucióón de cantidad de n de cantidad de movimiento y calentamiento (sensible y movimiento y calentamiento (sensible y latente) latente) Acoplando los procesos dinAcoplando los procesos dináámicosmicos--hidrolhidrolóógicos y gicos y radiativosradiativos en la en la atmatmóósfera a travsfera a travéés de la reflexis de la reflexióón, la n, la absorciabsorcióón y la emisin y la emisióón de radiacin de radiacióón;n;Influenciando los procesos hidrolInfluenciando los procesos hidrolóógicos gicos a nivel del suelo a trava nivel del suelo a travéés de la s de la precipitaciprecipitacióón en eInfluenciando el acoplamiento entre la Influenciando el acoplamiento entre la atmatmóósfera y el ocsfera y el océéano (o el suelo) a ano (o el suelo) a travtravéés de modificaciones en la radiacis de modificaciones en la radiacióónny en los procesos de capa ly en los procesos de capa líímite.mite.
Tomado de Arakawa (J ofClim, 2004)
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TasaTasa de de precipitaciprecipitacióónnsimuladasimulada porpor el el modelomodelo IFS IFS CY30R2 y CY30R2 y observacionesobservacionesdel GPCPdel GPCP
La La variacivariacióónn latitudinal de la latitudinal de la precipitaciprecipitacióónn
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DistribuciDistribucióónn global de la global de la convecciconveccióónnchatachata y y profundaprofunda
Proxy Proxy parapara la la distribucidistribucióónn de de laslasnubesnubes convectivasconvectivasprofundasprofundas y y chataschatas, , taltalcomocomo se se obtieneobtiene del del modelomodelo IFSIFS
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CCóómo opera la conveccimo opera la conveccióón en n en ttéérminos medios?rminos medios?
Transporta calor, vapor, cantidad de Transporta calor, vapor, cantidad de movimiento constituyentes qumovimiento constituyentes quíímicos hacia micos hacia arriba. El agua, con el ascenso, cambia de arriba. El agua, con el ascenso, cambia de fase y eso genera calentamiento y fase y eso genera calentamiento y secamiento. secamiento. La convecciLa conveccióón profunda (precipitante) n profunda (precipitante) estabiliza el entorno. Una visiestabiliza el entorno. Una visióón simplificada n simplificada es pensarla como la reaccies pensarla como la reaccióón a los n a los forzantesforzantesde gran escala (frentes, ondas) de gran escala (frentes, ondas) –– su reaccisu reaccióón n conduce a un cuasiconduce a un cuasi--equilibrioequilibrio--..La convecciLa conveccióón chata redistribuye los flujos de n chata redistribuye los flujos de superficiesuperficie
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CCóómomo contribuyecontribuye cadacada efectoefectoal al equilibrioequilibrio en latitudes en latitudes
tropicalestropicales??
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La atmLa atmóósfera tropical se encuentra en un sfera tropical se encuentra en un equilibrio equilibrio radiativoradiativo (enfriamiento)/(enfriamiento)/convectivoconvectivo(calentamiento): 2K/d(calentamiento): 2K/díía de enfriamiento en a de enfriamiento en los 15 los 15 kmkm mmáás bajos de la s bajos de la troptropóósferasferacorresponde a unos 5 corresponde a unos 5 mmmm/d/díía de a de precipitaciprecipitacióón.n.El efecto de la convecciEl efecto de la conveccióón (fuente de calor n (fuente de calor local) es fundamentalmente diferente en las local) es fundamentalmente diferente en las latitudes medias y en los Trlatitudes medias y en los Tróópicos. picos.
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La convecciLa conveccióón chata, dentro de n chata, dentro de la capa lla capa líímitemite
Emanuel, 1994
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Un Un tercertercer modomodo de de convecciconveccióónn
Estudios recientesindican que existe un tercer modo importantede convección en los trópicos, además de la chata y la profunda. El mismo consistebásicamente en Cu congestus queterminan cerca del nivel de derretimiento, alrededor de los 5 km.
Johnson et al., 1999, JCL
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La convecciLa conveccióón y la circulacin y la circulacióón generaln general
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La convecciLa conveccióón en latitudes mediasn en latitudes medias
Es la Es la queque resultaresulta del del ascensoascenso organizadoorganizado asociadoasociadoa a frentesfrentes, , orograforografííaa y/oy/o intensosintensos flujosflujos de de calorcalordesdedesde la la superficiesuperficieEn latitudes medias, En latitudes medias, solemossolemos buscarbuscar los los lugareslugaresfavorablesfavorables parapara queque se se ““disparedispare”” la la convecciconveccióónn, , esesdecirdecir laslas zonaszonas en en queque se se venven favorecidosfavorecidos los los movimientosmovimientos de de ascensoascenso
conv
conv
div
div
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SituaciSituacióón sinn sinóóptica idealizada, favorable para ptica idealizada, favorable para la formacila formacióón de conveccin de conveccióón organizadan organizada
200 km
Frente cálido
Cuña en altura
Vaguada en altura
Frente frío
B
Jet P
Jet SJet C B
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La convecciLa conveccióón en n en latitudes mediaslatitudes medias
Tomada de Zipser y otros, BAMS 2006
Cortesía de L. Vidal, SALLJEX 2003
Celeste Celeste SauloSaulo –– CyMCyM, 2009, 2009
El ciclo diurno de la convecciEl ciclo diurno de la conveccióónn
Tomada de Bechtold, 2007
Celeste Celeste SauloSaulo –– CyMCyM, 2009, 2009Tomada de Bechtold, 2007
VariabilidadVariabilidad en en mesoescalamesoescalaLa frecuencia de ocurrencia de acuerdo vs. las horas del día del estado maduro de los SCM durante el SALLJEX. En verde: del 15 de Noviembre al 31 de Diciembre, en negro , desde el 1 de Enero al 15 de Febrero (Zipser et al. 2004)
Sudamérica Subtropical tiene la mayor contribución proporcional de PFs en los MCSs a la lluvia que cualquier otra región del mundo entre los 36 N y 36 S (Cortesía de Nesbitt & Zipser)
05Z ~ 02 LST
