Nube cirro
Cirrus (símbolo de clasificación de nubes: Ci) es un género de nubes altas hechas de cristales de hielo. Las nubes cirros suelen aparecer delicadas y tenues con hilos blancos. Los cirros generalmente se forman cuando el aire cálido y seco se eleva, causando la deposición de vapor de agua sobre partículas de polvo metálico o rocoso a grandes alturas. A nivel mundial, se forman en cualquier lugar entre 4000 y 20 000 metros (13 000 y 66 000 pies) sobre el nivel del mar, con las elevaciones más altas generalmente en los trópicos y las elevaciones más bajas en las regiones más polares.
Los cirros se pueden formar en la parte superior de las tormentas eléctricas y los ciclones tropicales y, a veces, predicen la llegada de lluvia o tormentas. Aunque son una señal de que la lluvia y tal vez las tormentas están en camino, los cirros en sí mismos no son más que gotas de cristales de hielo que caen. Estos cristales se disipan, se derriten y se evaporan a medida que caen a través del aire más cálido y seco y nunca llegan al suelo. Los cirros calientan la tierra y contribuyen potencialmente al cambio climático. Una tierra que se calienta probablemente producirá más cirros, lo que podría dar como resultado un ciclo de auto-reforzamiento.
Los fenómenos ópticos, como los perros solares y los halos, pueden ser producidos por la interacción de la luz con los cristales de hielo en las nubes cirros. Hay otras dos nubes similares a los cirros de alto nivel llamadas cirroestratos y cirrocúmulos. Cirrostratus parece una capa de nubes, mientras que cirrocumulus parece un patrón de pequeños mechones de nubes. A diferencia de los cirros y los cirrostratos, los cirrocúmulos contienen gotitas de agua superenfriada (por debajo del punto de congelación).
Los cirros se forman en las atmósferas de Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno; y en Titán, una de las lunas más grandes de Saturno. Algunas de estas nubes cirros extraterrestres están hechas de hielo de amoníaco o metano, muy parecido al hielo de agua en los cirros de la Tierra. Algunas nubes interestelares, formadas por granos de polvo de menos de una milésima de milímetro, también se denominan cirros.
Descripción
Los cirros son nubes tenues hechas de largas hebras de cristales de hielo que se describen como plumosas, parecidas a pelos o en capas. Definido científicamente por primera vez por Luke Howard en un artículo de 1803, su nombre se deriva de la palabra latina cirrus, que significa 'curl' o 'franja'. Son transparentes, lo que significa que el Sol se puede ver a través de ellos. Los cristales de hielo en las nubes hacen que generalmente se vean blancas, pero el Sol naciente o poniente puede colorearlas en varios tonos de amarillo o rojo. Al anochecer, pueden aparecer grises.
Cirrus viene en cinco especies visualmente distintas: castellanus, fibratus, floccus, spissatus y uncinus:
- Cirrus castellanus tiene tapas cumuliformes causadas por la convección de alta altitud que se levanta del cuerpo principal de la nube;
- Cirrus fibratus se ve estriado y es la especie cirrus más común;
- Cirrus floccus especie parece una serie de tufts;
- Cirrus spissatus es una forma particularmente densa de cirrus que a menudo forma de tormentas.
- Las nubes de cirrus uncinus están enganchadas y son la forma que generalmente se llama la cola de la mare.
Cada especie se divide en hasta cuatro variedades: intortus, vertebratus, radiatus y duplicatus:
- La variedad Intortus tiene una forma extremadamente contorsionada, con ondas Kelvin-Helmholtz siendo una forma de intorto de cirrus que se ha retorcido en bucles por capas de viento soplando a diferentes velocidades, llamada mara de viento;
- La variedad Radiatus tiene grandes bandas radiales de nubes de cirrus que se extienden a través del cielo;
- La variedad Vertebratus ocurre cuando las nubes de cirrus se arreglan lado a lado como costillas;
- La variedad Duplicatus ocurre cuando las nubes de cirro se arreglan sobre las otras en capas.
Los cirros a menudo producen filamentos similares a cabellos llamados rayas de caída, hechos de cristales de hielo más pesados que caen de la nube. Estos son similares a la virga producida en las nubes de agua líquida. Los tamaños y formas de las rayas de otoño están determinados por la cizalladura del viento.
La cobertura de cirros varía durante el día. Durante el día, la cubierta de cirros desciende y durante la noche aumenta. Según los datos del satélite CALIPSO, los cirros cubren una media del 31 % al 32 % de la superficie terrestre. La cobertura de cirros varía mucho según la ubicación, y algunas partes de los trópicos alcanzan hasta un 70 % de cobertura de cirros. Las regiones polares, por otro lado, tienen una cobertura de cirros significativamente menor, y algunas áreas tienen un promedio anual de solo alrededor del 10 % de cobertura. Estos porcentajes tratan los días y noches despejados, así como los días y noches con otros tipos de nubes, como falta de cobertura de cirros.
Formación
Los cirros generalmente se forman cuando el aire cálido y seco se eleva, lo que hace que el vapor de agua se deposite en partículas de polvo metálico o rocoso a gran altura. La altitud media de los cirros aumenta a medida que disminuye la latitud, pero la altitud siempre está limitada por la tropopausa. Estas condiciones comúnmente ocurren en el borde de ataque de un frente cálido. Debido a que la humedad absoluta es baja en altitudes tan altas, este género tiende a ser bastante transparente. Los cirros también pueden formarse dentro de los agujeros de las rachas de caída (también llamados "cavum").
En latitudes de 65° N o S, cerca de las regiones polares, los cirros se forman, en promedio, a solo 7000 m (23 000 pies) sobre el nivel del mar. En las regiones templadas, aproximadamente a 45° N o S, su altitud promedio aumenta a 9500 m (31 200 pies) sobre el nivel del mar. En las regiones tropicales, aproximadamente a 5° N o S, las nubes cirros se forman a 13 500 m (44 300 pies) sobre el nivel del mar en promedio. En todo el mundo, los cirros se pueden formar entre 4000 y 20 000 m (13 000 a 66 000 pies) sobre el nivel del mar. Las nubes cirros se forman con una amplia gama de espesores. Pueden tener tan solo 100 m (330 ft) de arriba a abajo hasta un grosor de 8000 m (26 000 ft). El grosor de los cirros suele estar entre esos dos extremos, con un grosor medio de 1500 m (4900 pies).
La corriente en chorro, una banda de viento de alto nivel, puede estirar los cirros lo suficiente como para cruzar continentes. Las rayas en chorro, bandas de aire que se mueven más rápido en la corriente en chorro, pueden crear arcos de nubes cirros de cientos de kilómetros de largo.
La formación de nubes cirro puede verse afectada por aerosoles orgánicos (partículas producidas por plantas) que actúan como puntos de nucleación adicionales para la formación de cristales de hielo. Sin embargo, la investigación sugiere que los cirros se forman más comúnmente en partículas rocosas o metálicas que en partículas orgánicas.
Ciclones tropicales
Las capas de cirros comúnmente se abren en abanico desde las paredes del ojo de los ciclones tropicales. (La pared del ojo es el anillo de nubes de tormenta que rodea el ojo de un ciclón tropical). Un gran escudo de cirros y cirroestratos suele acompañar a los vientos salientes de gran altitud de los ciclones tropicales, y estos pueden hacer que las bandas subyacentes de lluvia, y a veces incluso el ojo—difícil de detectar en fotografías satelitales.
Tormentas eléctricas
Las tormentas eléctricas pueden formar cirros densos en la parte superior. A medida que la nube cumulonimbus en una tormenta eléctrica crece verticalmente, las gotas de agua líquida se congelan cuando la temperatura del aire alcanza el punto de congelación. La nube de yunque toma su forma porque la inversión de temperatura en la tropopausa evita que el aire cálido y húmedo que forma la tormenta se eleve más, creando así la parte superior plana. En los trópicos, estas tormentas ocasionalmente producen grandes cantidades de cirros de sus yunques. Los vientos de gran altitud comúnmente empujan esta densa estera en forma de yunque que se extiende a favor del viento hasta varios kilómetros.
Las formaciones de cirros individuales pueden ser los restos de nubes de yunque formadas por tormentas eléctricas. En la etapa de disipación de una nube cumulonimbus, cuando la columna normal que se eleva hacia el yunque se ha evaporado o disipado, todo lo que queda es la estera de cirros en el yunque.
Estelas
Las estelas son un tipo artificial de nube cirro que se forma cuando el vapor de agua del escape de un motor a reacción se condensa en partículas, que provienen del aire circundante o del propio escape, y se congela, dejando un rastro visible. El escape puede desencadenar la formación de cirros al proporcionar núcleos de hielo cuando hay un suministro natural insuficiente en la atmósfera. Uno de los impactos ambientales de la aviación es que las estelas persistentes pueden formar grandes capas de cirros, y se ha implicado al aumento del tráfico aéreo como una posible causa del aumento de la frecuencia y la cantidad de cirros en la atmósfera terrestre.
Uso en la previsión
Los cirros aleatorios y aislados no tienen ningún significado particular. Una gran cantidad de cirros puede ser una señal de un sistema frontal que se aproxima o de una perturbación del aire superior. La aparición de cirros indica un cambio en el clima, generalmente más tormentoso, en un futuro cercano. Si la nube es un cirrus castellanus, podría haber inestabilidad en el nivel de gran altitud. Cuando las nubes se profundizan y se dispersan, especialmente cuando son de la variedad cirrus radiatus o de la especie cirrus fibratus, esto suele indicar que se acerca un frente meteorológico. Si se trata de un frente cálido, las nubes cirros se esparcen en cirroestratos, que luego se espesan y descienden en altocúmulos y altoestratos. El siguiente conjunto de nubes son las nubes nimboestratos portadoras de lluvia. Cuando los cirros preceden a un frente frío, una línea de turbonada o una tormenta multicelular, es porque se los lleva el yunque, y los siguientes en llegar son los cumulonimbos. Las ondas de Kelvin-Helmholtz indican una cizalladura extrema del viento en niveles altos. Cuando una racha en chorro crea un gran arco de cirros, las condiciones climáticas pueden ser adecuadas para el desarrollo de tormentas de invierno.
Dentro de los trópicos, 36 horas antes del paso central de un ciclón tropical, un velo de cirros blancos se aproxima desde la dirección del ciclón. A mediados y finales del siglo XIX, los meteorólogos utilizaron estos velos de cirros para predecir la llegada de los huracanes. A principios de la década de 1870, el presidente del Colegio Belén de La Habana, el padre Benito Viñes, desarrolló el primer sistema de pronóstico de huracanes; utilizó principalmente el movimiento de estas nubes para formular sus predicciones. Observaría las nubes cada hora desde las 4:00 am hasta las 10:00 pm. Después de acumular suficiente información, Viñes comenzó a predecir con precisión las trayectorias de los huracanes; resumió sus observaciones en su libro Apuntes Relativos a los Huracanes de las Antillas, publicado en inglés como Practical Hints in Regard to West Indian Hurricanes.
Efectos sobre el clima
Los cirros cubren hasta el 25 % de la Tierra (hasta el 70 % en los trópicos por la noche) y tienen un efecto de calentamiento neto. Cuando son delgadas y translúcidas, las nubes absorben eficientemente la radiación infrarroja saliente mientras que solo reflejan marginalmente la luz solar entrante. Cuando los cirros tienen 100 m (330 pies) de espesor, reflejan solo alrededor del 9 % de la luz solar entrante, pero evitan que se escape casi el 50 % de la radiación infrarroja saliente, lo que aumenta la temperatura de la atmósfera debajo de las nubes en un promedio de 10 °C (18 °F), un proceso conocido como efecto invernadero. Como promedio mundial, la formación de nubes da como resultado una pérdida de temperatura de 5 °C (9 °F) en la superficie de la tierra, principalmente como resultado de las nubes estratocúmulos.
Es probable que los cirros sean cada vez más comunes debido al cambio climático. Como su efecto invernadero es más fuerte que su reflejo de la luz solar, esto actuaría como una retroalimentación que se refuerza a sí misma. Las partículas metálicas de fuentes humanas actúan como semillas de nucleación adicionales, aumentando potencialmente la cobertura de cirros y contribuyendo así aún más al cambio climático. Las aeronaves en la troposfera superior pueden crear nubes cirros de estela si las condiciones climáticas locales son adecuadas. Estas estelas contribuyen al cambio climático.
El adelgazamiento de los cirros se ha propuesto como un posible enfoque de geoingeniería para reducir el daño climático debido al dióxido de carbono. El adelgazamiento de cirros implicaría inyectar partículas en la troposfera superior para reducir la cantidad de cirros. El Informe de evaluación del IPCC de 2021 expresó poca confianza en el efecto de enfriamiento del adelgazamiento de los cirros, debido a la comprensión limitada.
Propiedades de la nube
Los científicos han estudiado las propiedades de los cirros utilizando varios métodos diferentes. Lidar (radar basado en láser) brinda información muy precisa sobre la altitud, la longitud y el ancho de la nube. Los higrómetros transportados por globos miden la humedad de la nube cirro, pero no son lo suficientemente precisos para medir la profundidad de la nube. Las unidades de radar brindan información sobre las altitudes y el espesor de las nubes cirros. Otra fuente de datos son las mediciones satelitales del programa Experimento de gases y aerosoles estratosféricos. Estos satélites miden dónde se absorbe la radiación infrarroja en la atmósfera y, si se absorbe a altitudes de cirros, se supone que hay cirros en esa ubicación. El espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada de la NASA brinda información sobre la cubierta de cirros midiendo la radiación infrarroja reflejada de varias frecuencias específicas durante el día. Durante la noche, determina la cobertura de cirros detectando las emisiones infrarrojas de la Tierra. La nube refleja esta radiación de regreso al suelo, lo que permite que los satélites vean la 'sombra'. se lanza al espacio. Las observaciones visuales desde aeronaves o desde tierra brindan información adicional sobre las nubes cirros. El análisis de partículas por espectrometría de masas láser (PALMS) se utiliza para identificar el tipo de semillas de nucleación que generaron los cristales de hielo en una nube cirro.
Los cirros tienen una concentración promedio de cristales de hielo de 300 000 cristales de hielo por 10 metros cúbicos (270 000 cristales de hielo por 10 yardas cúbicas). La concentración varía desde 1 cristal de hielo por 10 metros cúbicos hasta 100 millones de cristales de hielo por 10 metros cúbicos (poco menos de 1 cristal de hielo por 10 yardas cúbicas a 77 millones de cristales de hielo por 10 yardas cúbicas), una diferencia de ocho órdenes de magnitud. El tamaño de cada cristal de hielo suele ser de 0,25 milímetros, pero van desde tan solo 0,01 milímetros hasta varios milímetros. Los cristales de hielo en las estelas pueden ser mucho más pequeños que los de los cirros naturales, con una longitud de alrededor de 0,001 milímetros a 0,1 milímetros.
Además de formarse en diferentes tamaños, los cristales de hielo en los cirros pueden cristalizar en diferentes formas: columnas sólidas, columnas huecas, placas, rosetas y conglomerados de varios otros tipos. La forma de los cristales de hielo está determinada por la temperatura del aire, la presión atmosférica y la sobresaturación del hielo (la cantidad en la que la humedad relativa supera el 100 %). Los cirros en las regiones templadas suelen tener varias formas de cristales de hielo separadas por tipo. Las columnas y placas se concentran cerca de la parte superior de la nube, mientras que las rosetas y conglomerados se concentran cerca de la base. En la región norte del Ártico, los cirros tienden a estar compuestos solo por columnas, placas y conglomerados, y estos cristales tienden a ser al menos cuatro veces más grandes que el tamaño mínimo. En la Antártida, los cirros suelen estar compuestos únicamente por columnas que son mucho más largas de lo normal.
Los cirros suelen ser más fríos que −20 °C (−4 °F). A temperaturas superiores a -68 °C (-90 °F), la mayoría de los cirros tienen humedades relativas de aproximadamente el 100 % (es decir, están saturados). Los cirros pueden sobresaturarse, con humedades relativas sobre hielo que pueden exceder el 200%. Por debajo de -68 °C (-90 °F) hay más cirros tanto subsaturados como sobresaturados. Las nubes más sobresaturadas son probablemente cirros jóvenes.
Fenómenos ópticos
Los cirros pueden producir varios efectos ópticos, como halos alrededor del Sol y la Luna. Los halos son causados por la interacción de la luz con los cristales de hielo hexagonales presentes en las nubes que, según su forma y orientación, pueden dar lugar a una amplia variedad de anillos, arcos y manchas blancas y de colores en el cielo, incluidos los perros solares, los 46 ° halo, el halo de 22° y los arcos circunhorizontales. Los arcos circunhorizontales solo son visibles cuando el Sol se eleva a más de 58 ° sobre el horizonte, lo que impide que los observadores en latitudes más altas puedan verlos.
Más raramente, las nubes cirros son capaces de producir glorias, más comúnmente asociadas con nubes líquidas a base de agua como los estratos. Una gloria es un conjunto de anillos brillantes concéntricos de colores tenues que aparecen alrededor de la sombra del observador y se observan mejor desde un punto de vista alto o desde un plano. Las nubes cirros solo forman glorias cuando los cristales de hielo constituyentes son asféricos; Los investigadores sugieren que los cristales de hielo deben tener entre 0,009 milímetros y 0,015 milímetros de largo para que aparezca una gloria.
Relación con otras nubes
Los cirros son uno de los tres géneros diferentes de nubes de alto nivel, a las que se les da el prefijo "cirro-". Los otros dos géneros son cirrocumulus y cirrostratus. Las nubes de alto nivel generalmente se forman por encima de los 6100 m (20 000 pies). Los cirrocúmulos y los cirroestratos a veces se denominan informalmente nubes cirriformes debido a su frecuente asociación con los cirros.
En el rango intermedio, de 2000 a 6100 m (6500 a 20 000 pies), se encuentran las nubes de nivel medio, a las que se les da el prefijo "alto-". Comprenden dos géneros, altoestratos y altocúmulos. Estas nubes se forman a partir de cristales de hielo, gotas de agua sobreenfriada o gotas de agua líquida.
Las nubes bajas suelen formarse por debajo de los 2000 m (6500 pies) y no tienen prefijo. Los dos géneros que son estrictamente de bajo nivel son stratus y stratocumulus. Estas nubes están compuestas de gotitas de agua, excepto durante el invierno cuando están formadas por gotitas de agua sobreenfriada o cristales de hielo si la temperatura al nivel de las nubes está por debajo del punto de congelación. Tres géneros adicionales generalmente se forman en el rango de baja altitud, pero pueden basarse en niveles más altos en condiciones de muy baja humedad. Son los géneros cumulus, cumulonimbus y nimbostratus. Estas a veces se clasifican por separado como nubes de desarrollo vertical, especialmente cuando sus cimas son lo suficientemente altas como para estar compuestas de gotas de agua superenfriadas o cristales de hielo.
Cirrocúmulos
Las nubes cirrocúmulos se forman en láminas o parches y no proyectan sombras. Suelen aparecer en patrones ondulados regulares o en filas de nubes con áreas claras entre ellas. Los cirrocúmulos, como otros miembros de la categoría cumuliforme, se forman a través de procesos convectivos. El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad a gran altitud y puede indicar la proximidad de un clima más adverso. Los cristales de hielo en el fondo de las nubes cirrocúmulos tienden a tener forma de cilindros hexagonales. No son sólidos, sino que tienden a tener embudos escalonados que salen de los extremos. Hacia la parte superior de la nube, estos cristales tienden a agruparse. Estas nubes no duran mucho y tienden a transformarse en cirros porque a medida que el vapor de agua continúa depositándose en los cristales de hielo, eventualmente comienzan a caer, destruyendo la convección ascendente. La nube luego se disipa en cirro. Las nubes cirrocúmulos vienen en cuatro especies: stratiformis, lenticularis, castellanus y floccus. Son iridiscentes cuando las gotas de agua superenfriadas constituyentes tienen aproximadamente el mismo tamaño.
Cirrostratos
Las nubes cirrostratos pueden aparecer como un brillo lechoso en el cielo o como una sábana estriada. A veces son similares a los altosestratos y se distinguen de estos últimos porque el Sol o la Luna siempre son claramente visibles a través de los cirroestratos transparentes, en contraste con los altosestratos que tienden a ser opacos o translúcidos. Cirrostratus vienen en dos especies, fibratus y nebulosus. Los cristales de hielo en estas nubes varían dependiendo de la altura de la nube. Hacia el fondo, a temperaturas de alrededor de -35 a -45 °C (-31 a -49 °F), los cristales tienden a ser largas columnas hexagonales sólidas. Hacia la parte superior de la nube, a temperaturas de alrededor de -47 a -52 °C (-53 a -62 °F), los tipos de cristal predominantes son placas hexagonales gruesas y columnas hexagonales cortas y sólidas. Estas nubes comúnmente producen halos y, a veces, el halo es la única indicación de que tales nubes están presentes. Están formados por aire cálido y húmedo que se eleva lentamente a una gran altura. Cuando se acerca un frente cálido, las nubes cirrostratos se vuelven más espesas y descienden formando nubes altoestratos, y la lluvia suele comenzar de 12 a 24 horas más tarde.
Otros planetas
Se han observado cirros en varios otros planetas. En 2008, el Martian Lander Phoenix tomó una fotografía de lapso de tiempo de un grupo de cirros moviéndose a través del cielo marciano usando lidar. Cerca del final de su misión, Phoenix Lander detectó más nubes delgadas cerca del polo norte de Marte. En el transcurso de varios días, se espesaron, bajaron y finalmente comenzaron a nevar. La precipitación total fue de solo unas pocas milésimas de milímetro. James Whiteway, de la Universidad de York, concluyó que "la precipitación es un componente del ciclo hidrológico [marciano]". Estas nubes se formaron durante la noche marciana en dos capas, una a unos 4000 m (13 000 ft) sobre el suelo y la otra a nivel de la superficie. Duraron hasta la madrugada antes de ser quemados por el sol. Los cristales de estas nubes se formaron a una temperatura de -65 °C (-85 °F) y tenían una forma aproximada de elipsoides de 0,127 milímetros de largo y 0,042 milímetros de ancho.
En Júpiter, los cirros están compuestos de amoníaco. Cuando desapareció el cinturón ecuatorial sur de Júpiter, una hipótesis presentada por Glenn Orten fue que se había formado una gran cantidad de cirros de amoníaco sobre él, ocultándolo de la vista. La sonda Cassini de la NASA detectó estas nubes en Saturno y cirros delgados de hielo de agua en la luna de Saturno, Titán. Las nubes cirros compuestas de hielo de metano existen en Urano. En Neptuno, se han detectado tenues nubes delgadas que posiblemente podrían ser cirros sobre la Gran Mancha Oscura. Como en Urano, estos son probablemente cristales de metano.
Los cirros interestelares están compuestos de diminutos granos de polvo de menos de un micrómetro y, por lo tanto, no son verdaderos cirros, que están compuestos de cristales congelados. Van desde unos pocos años luz hasta decenas de años luz de diámetro. Aunque técnicamente no son cirros, las nubes de polvo se denominan "cirros" por su similitud con las nubes de la Tierra. Emiten radiación infrarroja, similar a la forma en que los cirros en la Tierra reflejan el calor que se irradia hacia el espacio.
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