Precipitación (meteorología)

En meteorología, la precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que cae bajo la atracción gravitatoria de las nubes. Las principales formas de precipitación incluyen llovizna, lluvia, aguanieve, nieve, gránulos de hielo, granizo y granizo. La precipitación se produce cuando una parte de la atmósfera se satura de vapor de agua (alcanzando el 100% de humedad relativa), de modo que el agua se condensa y "precipita" o cae. Así, la niebla y la neblina no son precipitación sino coloides, porque el vapor de agua no se condensa lo suficiente como para precipitar. Dos procesos, posiblemente actuando juntos, pueden hacer que el aire se sature: enfriar el aire o agregar vapor de agua al aire. La precipitación se forma a medida que las gotas más pequeñas se unen al chocar con otras gotas de lluvia o cristales de hielo dentro de una nube. Los períodos cortos e intensos de lluvia en lugares dispersos se denominan chubascos.

La humedad que se eleva o se fuerza a subir sobre una capa de aire bajo cero en la superficie puede condensarse en nubes y lluvia. Este proceso suele estar activo cuando se produce lluvia helada. Un frente estacionario a menudo está presente cerca del área de lluvia helada y sirve como foco para el aire forzado y ascendente. Siempre que haya un contenido de humedad atmosférica necesario y suficiente, la humedad del aire ascendente se condensará en nubes, a saber, nimboestratos y cumulonimbus si se trata de una precipitación significativa. Eventualmente, las gotas de las nubes crecerán lo suficiente como para formar gotas de lluvia y descenderán hacia la Tierra, donde se congelarán al entrar en contacto con los objetos expuestos. Donde hay cuerpos de agua relativamente cálidos, por ejemplo debido a la evaporación del agua de los lagos, Las nevadas con efecto de lago se convierten en una preocupación a sotavento de los lagos cálidos dentro del flujo ciclónico frío alrededor de la parte trasera de los ciclones extratropicales. Las nevadas con efecto lago pueden ser localmente intensas. Thundersnow es posible dentro de la cabeza de coma de un ciclón y dentro de las bandas de precipitación de efecto lago. En las zonas montañosas, es posible que se produzcan fuertes precipitaciones cuando el flujo de la pendiente ascendente se maximiza en los lados de barlovento del terreno en la elevación. En el lado de sotavento de las montañas, pueden existir climas desérticos debido al aire seco causado por el calentamiento por compresión. La mayoría de las precipitaciones ocurren dentro de los trópicos. Es posible que se produzcan fuertes precipitaciones cuando el flujo de la pendiente ascendente se maximiza en los lados de barlovento del terreno en la elevación. En el lado de sotavento de las montañas, pueden existir climas desérticos debido al aire seco causado por el calentamiento por compresión. La mayoría de las precipitaciones ocurren dentro de los trópicos. Es posible que se produzcan fuertes precipitaciones cuando el flujo de la pendiente ascendente se maximiza en los lados de barlovento del terreno en la elevación. En el lado de sotavento de las montañas, pueden existir climas desérticos debido al aire seco causado por el calentamiento por compresión. La mayoría de las precipitaciones ocurren dentro de los trópicos.y es causado por la convección. El movimiento de la vaguada del monzón, o zona de convergencia intertropical, trae temporadas de lluvias a las regiones de sabana.

La precipitación es un componente importante del ciclo del agua y es responsable de depositar agua dulce en el planeta. Aproximadamente 505 000 kilómetros cúbicos (121 000 millas cúbicas) de agua caen como precipitación cada año: 398 000 kilómetros cúbicos (95 000 millas cúbicas) sobre los océanos y 107 000 kilómetros cúbicos (26 000 millas cúbicas) sobre la tierra. Dada el área de la superficie de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promedio global es de 990 milímetros (39 pulgadas), pero sobre la tierra es de solo 715 milímetros (28,1 pulgadas). Los sistemas de clasificación climática, como el sistema de clasificación climática de Köppen, utilizan la precipitación anual promedio para ayudar a diferenciar entre diferentes regímenes climáticos. El calentamiento global ya está causando cambios en el clima, aumentando las precipitaciones en algunas geografías y reduciéndolas en otras, lo que resulta en un clima extremo adicional.

La precipitación puede ocurrir en otros cuerpos celestes. El satélite más grande de Saturno, Titán, alberga la precipitación de metano como una llovizna que cae lentamente, que se ha observado como charcos de lluvia en su ecuador y en las regiones polares.

Tipos

La precipitación es un componente importante del ciclo del agua y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce en el planeta. Aproximadamente 505 000 km (121 000 millas) de agua caen como precipitación cada año, 398 000 km (95 000 millas cúbicas) sobre los océanos. Dada el área de la superficie de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promedio mundial es de 990 milímetros (39 pulgadas).

Los mecanismos de producción de la precipitación incluyen lluvia convectiva, estratiforme y orográfica. Los procesos convectivos involucran fuertes movimientos verticales que pueden provocar el vuelco de la atmósfera en ese lugar en una hora y causar fuertes precipitaciones, mientras que los procesos estratiformes involucran movimientos ascendentes más débiles y precipitaciones menos intensas. La precipitación se puede dividir en tres categorías, en función de si cae como agua líquida, agua líquida que se congela al contacto con la superficie o hielo. Las mezclas de diferentes tipos de precipitación, incluidos tipos de diferentes categorías, pueden caer simultáneamente. Las formas líquidas de precipitación incluyen lluvia y llovizna. La lluvia o llovizna que se congela al contacto dentro de una masa de aire bajo cero se denomina "lluvia helada" o "llovizna helada". Las formas congeladas de precipitación incluyen nieve, agujas de hielo, gránulos de hielo, granizo y granizo.

Medición

Precipitación líquidaLas precipitaciones (incluidas la llovizna y la lluvia) generalmente se miden con un pluviómetro y se expresan en unidades de milímetros (mm) de altura o profundidad. De manera equivalente, puede expresarse como una cantidad física con dimensión de volumen de agua por área de captación, en unidades de litros por metro cuadrado (L/m); como 1L=1dm =1mm·m, las unidades de área (m) se anulan, dando como resultado simplemente "mm". Esto también corresponde a una densidad de área expresada en kg/m, si se supone que 1 litro de agua tiene una masa de 1 kg (densidad del agua), que es aceptable para la mayoría de los propósitos prácticos. La unidad inglesa correspondiente utilizada suele ser pulgadas. En Australia, antes de la métrica, la lluvia se medía en "puntos" que se definían como una centésima de pulgada.Precipitación sólidaPor lo general, se usa un medidor de nieve para medir la cantidad de precipitación sólida. Las nevadas generalmente se miden en centímetros dejando caer la nieve en un recipiente y luego midiendo la altura. Luego, la nieve se puede derretir opcionalmente para obtener una medida equivalente de agua en milímetros como para la precipitación líquida. La relación entre la altura de la nieve y el equivalente en agua depende del contenido de agua de la nieve; por lo tanto, el equivalente en agua solo puede proporcionar una estimación aproximada de la profundidad de la nieve. Otras formas de precipitación sólida, como gránulos de nieve y granizo o incluso aguanieve (lluvia y nieve mezcladas), también pueden derretirse y medirse como agua equivalente, generalmente expresada en milímetros como para la precipitación líquida.

Historia

La evidencia mineralógica de los circones muestra que se creía que el agua líquida y la atmósfera existieron hace 4.404 millones de años, poco después de que se formara la Tierra. Fue hace 3.800 millones de años que era un ambiente completamente inhóspito con la superficie cubierta principalmente con lava fundida. La Tierra finalmente se enfrió lo suficiente como para que se formara su corteza. Entonces podrían existir masas de tierra y, cuando estaba lo suficientemente frío como para llover, los océanos comenzaron a formarse. La precipitación tiene su importancia a lo largo de la historia de la Tierra. La tectónica de placas ha desplazado los continentes, levantado montañas y movido el fondo del océano, mientras que procesos que no se comprenden completamente han alterado el clima. El cambio constante ha caracterizado a la Tierra desde sus inicios hace unos 4.500 millones de años. Desde el principio, el calor y la gravedad dieron forma a la evolución del planeta. Tierra' El clima de s ha cambiado dramáticamente muchas veces desde que se formó el planeta hace 4.500 millones de años. Estos cambios han sido desencadenados por la configuración cambiante de continentes y océanos, cambios en la intensidad del Sol, variaciones en la órbita de la Tierra y erupciones volcánicas.

Cómo se satura el aire

Refrigeración del aire hasta su punto de rocío.

El punto de rocío es la temperatura a la que se debe enfriar una porción de aire para que se sature y (a menos que ocurra una sobresaturación) se condense en agua. El vapor de agua normalmente comienza a condensarse en núcleos de condensación como polvo, hielo y sal para formar nubes. La concentración de núcleos de condensación de la nube determinará la microfísica de la nube. Una porción elevada de una zona frontal fuerza amplias áreas de sustentación, que forman cubiertas de nubes como altostratos o cirroestratos. Stratus es una cubierta de nubes estable que tiende a formarse cuando una masa de aire estable y fría queda atrapada debajo de una masa de aire caliente. También se puede formar debido al levantamiento de la niebla de advección durante condiciones de brisa.

Hay cuatro mecanismos principales para enfriar el aire hasta su punto de rocío: enfriamiento adiabático, enfriamiento conductivo, enfriamiento por radiación y enfriamiento por evaporación. El enfriamiento adiabático ocurre cuando el aire sube y se expande. El aire puede ascender debido a la convección, los movimientos atmosféricos a gran escala o una barrera física como una montaña (ascensor orográfico). El enfriamiento conductivo se produce cuando el aire entra en contacto con una superficie más fría, generalmente al ser llevado de una superficie a otra, por ejemplo, de una superficie de agua líquida a una tierra más fría. El enfriamiento por radiación ocurre debido a la emisión de radiación infrarroja, ya sea por el aire o por la superficie debajo. El enfriamiento por evaporación ocurre cuando se agrega humedad al aire a través de la evaporación, lo que obliga a que la temperatura del aire se enfríe a su temperatura de bulbo húmedo, o hasta que alcance la saturación.

Agregando humedad al aire

Las principales formas en que el vapor de agua se agrega al aire son: convergencia del viento en áreas de movimiento ascendente, precipitación o virga que cae desde arriba, calentamiento diurno, evaporación del agua de la superficie de los océanos, cuerpos de agua o tierra húmeda, transpiración de las plantas, frías o secas. aire moviéndose sobre aguas más cálidas y levantando aire sobre montañas.

Formas de precipitación

Gotas de lluvia

La coalescencia ocurre cuando las gotas de agua se fusionan para crear gotas de agua más grandes, o cuando las gotas de agua se congelan en un cristal de hielo, lo que se conoce como proceso de Bergeron. La tasa de caída de gotas muy pequeñas es insignificante, por lo que las nubes no caen del cielo; la precipitación solo ocurrirá cuando estos se fusionen en gotas más grandes. las gotas con diferentes tamaños tendrán una velocidad terminal diferente que causará la colisión de las gotas y producirá gotas más grandes, la turbulencia mejorará el proceso de colisión. A medida que estas gotas de agua más grandes descienden, la coalescencia continúa, de modo que las gotas se vuelven lo suficientemente pesadas como para vencer la resistencia del aire y caer como lluvia.

Las gotas de lluvia tienen tamaños que van desde 5,1 milímetros (0,20 pulgadas) a 20 milímetros (0,79 pulgadas) de diámetro medio, por encima del cual tienden a romperse. Las gotas más pequeñas se llaman gotas de nube y su forma es esférica. A medida que aumenta el tamaño de una gota de lluvia, su forma se vuelve más achatada, con su sección transversal más grande mirando hacia el flujo de aire que se aproxima. Al contrario de las imágenes de dibujos animados de las gotas de lluvia, su forma no se parece a una lágrima. La intensidad y la duración de las lluvias suelen estar inversamente relacionadas, es decir, es probable que las tormentas de alta intensidad sean de corta duración y las tormentas de baja intensidad pueden ser de larga duración. Las gotas de lluvia asociadas con el derretimiento del granizo tienden a ser más grandes que otras gotas de lluvia. El código METAR para lluvia es RA, mientras que el código para chubascos es SHRA.

Gránulos de hielo

Los gránulos de hielo o aguanieve son una forma de precipitación que consiste en pequeñas bolas de hielo translúcidas. Los gránulos de hielo suelen ser (pero no siempre) más pequeños que las piedras de granizo. A menudo rebotan cuando golpean el suelo y, por lo general, no se congelan en una masa sólida a menos que se mezclen con lluvia helada. El código METAR para gránulos de hielo es PL.

Los gránulos de hielo se forman cuando existe una capa de aire por encima del punto de congelación con aire por debajo del punto de congelación tanto por encima como por debajo. Esto provoca el derretimiento parcial o total de los copos de nieve que caen a través de la capa cálida. A medida que vuelven a caer en la capa inferior a la congelación más cerca de la superficie, se vuelven a congelar en gránulos de hielo. Sin embargo, si la capa bajo cero debajo de la capa cálida es demasiado pequeña, la precipitación no tendrá tiempo de volver a congelarse y el resultado será una lluvia helada en la superficie. Es más probable que se encuentre un perfil de temperatura que muestre una capa cálida sobre el suelo antes de un frente cálido durante la estación fría, pero ocasionalmente se puede encontrar detrás de un frente frío pasajero.

Granizo

Al igual que otras precipitaciones, el granizo se forma en las nubes de tormenta cuando las gotas de agua sobreenfriada se congelan al entrar en contacto con los núcleos de condensación, como el polvo o la suciedad. La corriente ascendente de la tormenta lleva los granizos a la parte superior de la nube. La corriente ascendente se disipa y las piedras de granizo caen, regresan a la corriente ascendente y se levantan nuevamente. El granizo tiene un diámetro de 5 milímetros (0,20 pulgadas) o más. Dentro del código METAR, GR se usa para indicar granizo más grande, de un diámetro de al menos 6,4 milímetros (0,25 pulgadas). GR se deriva de la palabra francesa grêle. El granizo de menor tamaño, así como los gránulos de nieve, utilizan la codificación GS, que es la abreviatura de la palabra francesa grésil. Las piedras apenas más grandes que una pelota de golf son uno de los tamaños de granizo más frecuentes. Los granizos pueden crecer hasta 15 centímetros (6 pulgadas) y pesar más de 500 gramos (1 libra). En piedras de granizo grandes, el calor latente liberado por congelación adicional puede derretir la capa exterior de la piedra de granizo. Luego, el granizo puede sufrir un "crecimiento húmedo", donde la capa exterior líquida recoge otros granizos más pequeños. El granizo gana una capa de hielo y crece cada vez más con cada ascenso. Una vez que una piedra de granizo se vuelve demasiado pesada para ser sostenida por la corriente ascendente de la tormenta, cae de la nube.

Copos de nieve

Los cristales de nieve se forman cuando se congelan pequeñas gotas de nubes superenfriadas (de unos 10 μm de diámetro). Una vez que una gota se ha congelado, crece en el ambiente sobresaturado. Debido a que las gotas de agua son más numerosas que los cristales de hielo, los cristales pueden crecer hasta cientos de micrómetros de tamaño a expensas de las gotas de agua. Este proceso se conoce como el proceso de Wegener-Bergeron-Findeisen. El agotamiento correspondiente del vapor de agua hace que las gotas se evaporen, lo que significa que los cristales de hielo crecen a expensas de las gotas. Estos cristales grandes son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa y pueden chocar y unirse en racimos o agregados. Estos agregados son copos de nieve y suelen ser el tipo de partículas de hielo que caen al suelo. Guinness World Records enumera los copos de nieve más grandes del mundo como los de enero de 1887 en Fort Keogh, Montana; supuestamente uno medía 38 cm (15 pulgadas) de ancho. Los detalles exactos del mecanismo de adherencia siguen siendo objeto de investigación.

Aunque el hielo es transparente, la dispersión de la luz por las facetas del cristal y los huecos/imperfecciones significan que los cristales a menudo aparecen de color blanco debido al reflejo difuso de todo el espectro de luz por las pequeñas partículas de hielo. La forma del copo de nieve está determinada en términos generales por la temperatura y la humedad a la que se forma. En raras ocasiones, a una temperatura de alrededor de -2 ° C (28 ° F), los copos de nieve pueden formarse en simetría triple: copos de nieve triangulares. Las partículas de nieve más comunes son visiblemente irregulares, aunque los copos de nieve casi perfectos pueden ser más comunes en las imágenes porque son más atractivos visualmente. No hay dos copos de nieve iguales,a medida que crecen a diferentes ritmos y en diferentes patrones dependiendo de la temperatura y la humedad cambiantes dentro de la atmósfera a través de la cual caen en su camino hacia el suelo. El código METAR para nieve es SN, mientras que los chubascos de nieve se codifican SHSN.

Polvo de diamante

El polvo de diamante, también conocido como agujas de hielo o cristales de hielo, se forma a temperaturas cercanas a los -40 °C (-40 °F) debido a que el aire con una humedad ligeramente más alta se mezcla con el aire más frío de la superficie. Están hechos de simples cristales de hielo, de forma hexagonal. El identificador METAR para polvo de diamante dentro de los informes meteorológicos horarios internacionales es IC.

Deposición oculta

La deposición oculta ocurre cuando la niebla o el aire que está altamente saturado con vapor de agua interactúa con las hojas de los árboles o arbustos sobre los que pasa.

Causas

Actividad frontal

La precipitación estratiforme o dinámica ocurre como consecuencia del lento ascenso del aire en los sistemas sinópticos (del orden de cm/s), como sobre los frentes fríos superficiales y sobre y delante de los frentes cálidos. Se observa un ascenso similar alrededor de los ciclones tropicales fuera de la pared del ojo y en los patrones de precipitación de cabeza de coma alrededor de los ciclones de latitudes medias. A lo largo de un frente ocluido se puede encontrar una gran variedad de climas, con posibles tormentas eléctricas, pero generalmente su paso está asociado con un secado de la masa de aire. Los frentes ocluidos generalmente se forman alrededor de áreas maduras de baja presión. La precipitación puede ocurrir en cuerpos celestes que no sean la Tierra. Cuando hace frío, Marte tiene precipitaciones que muy probablemente toman la forma de agujas de hielo, en lugar de lluvia o nieve.

Convección

La lluvia convectiva, o precipitación en forma de chubasco, se produce a partir de nubes convectivas, por ejemplo, cumulonimbus o cumulus congestus. Cae como lluvias con intensidad que cambia rápidamente. La precipitación convectiva cae sobre un área determinada durante un tiempo relativamente corto, ya que las nubes convectivas tienen una extensión horizontal limitada. La mayor parte de la precipitación en los trópicos parece ser convectiva; sin embargo, se ha sugerido que también ocurre precipitación estratiforme. Graupel y granizo indican convección. En latitudes medias, la precipitación convectiva es intermitente y, a menudo, se asocia con límites baroclínicos, como frentes fríos, líneas de turbonada y frentes cálidos.

Efectos orográficos

La precipitación orográfica ocurre en el lado de barlovento (contra el viento) de las montañas y es causada por el movimiento de aire ascendente de un flujo de aire húmedo a gran escala a través de la cresta de la montaña, lo que resulta en enfriamiento y condensación adiabáticos. En las partes montañosas del mundo sujetas a vientos relativamente constantes (por ejemplo, los vientos alisios), generalmente prevalece un clima más húmedo en el lado de barlovento de una montaña que en el lado de sotavento o a favor del viento. La humedad se elimina por elevación orográfica, dejando aire más seco (ver viento catabático) en el lado de sotavento descendente y generalmente cálido, donde se observa una sombra de lluvia.

En Hawái, el monte Waiʻaleʻale, en la isla de Kauai, se destaca por sus precipitaciones extremas, ya que tiene la segunda precipitación anual promedio más alta de la Tierra, con 12 000 milímetros (460 pulgadas). Los sistemas de tormentas afectan al estado con fuertes lluvias entre octubre y marzo. Los climas locales varían considerablemente en cada isla debido a su topografía, divisible en regiones de barlovento (Koʻolau) y sotavento (Kona) según la ubicación en relación con las montañas más altas. Los lados de barlovento miran hacia los vientos alisios del este al noreste y reciben mucha más lluvia; los lados de sotavento son más secos y soleados, con menos lluvia y menos nubosidad.

En América del Sur, la cordillera de los Andes bloquea la humedad del Pacífico que llega a ese continente, lo que da como resultado un clima desértico a favor del viento en el oeste de Argentina. La cordillera de Sierra Nevada crea el mismo efecto en América del Norte formando la Gran Cuenca y los desiertos de Mojave. De manera similar, en Asia, las montañas del Himalaya crean un obstáculo para los monzones, lo que provoca precipitaciones extremadamente altas en el lado sur y niveles de precipitación más bajos en el lado norte.

Nieve

Los ciclones extratropicales pueden traer condiciones frías y peligrosas con fuertes lluvias y nieve con vientos que superan los 119 km/h (74 mph), (a veces denominados tormentas de viento en Europa). La banda de precipitación asociada con su frente cálido suele ser extensa, forzada por un débil movimiento vertical ascendente del aire sobre el límite frontal que se condensa a medida que se enfría y produce precipitación dentro de una banda alargada, que es ancha y estratiforme, lo que significa que cae fuera de nubes nimboestratos. Cuando el aire húmedo trata de desalojar una masa de aire del Ártico, la nieve acumulada puede resultar en el lado hacia el polo de la banda de precipitación alargada. En el hemisferio norte, hacia el polo es hacia el polo norte o norte. Dentro del hemisferio sur, hacia el polo es hacia el polo sur o sur.

Al suroeste de los ciclones extratropicales, el flujo ciclónico curvo que trae aire frío a través de los cuerpos de agua relativamente cálidos puede generar bandas de nieve estrechas con efecto de lago. Esas bandas traen fuertes nevadas localizadas que se pueden entender de la siguiente manera: grandes cuerpos de agua, como lagos, almacenan calor de manera eficiente, lo que resulta en diferencias de temperatura significativas (mayores a 13 °C o 23 °F) entre la superficie del agua y el aire de arriba.Debido a esta diferencia de temperatura, el calor y la humedad se transportan hacia arriba, condensándose en nubes orientadas verticalmente (ver imagen satelital) que producen lluvias de nieve. La disminución de la temperatura con la altura y la profundidad de las nubes se ven directamente afectadas tanto por la temperatura del agua como por el entorno a gran escala. Cuanto más fuerte es la disminución de la temperatura con la altura, más profundas se vuelven las nubes y mayor es la tasa de precipitación.

En las zonas montañosas, las fuertes nevadas se acumulan cuando el aire se ve obligado a ascender por las montañas y expulsar la precipitación a lo largo de sus laderas de barlovento, que en condiciones de frío cae en forma de nieve. Debido a lo accidentado del terreno, pronosticar la ubicación de fuertes nevadas sigue siendo un desafío importante.

Dentro de los trópicos

La estación húmeda o lluviosa es la época del año, que abarca uno o más meses, cuando cae la mayor parte del promedio anual de precipitaciones en una región. Las autoridades turísticas también utilizan a veces el término temporada verde como eufemismo. Las áreas con estaciones húmedas están dispersas en partes de los trópicos y subtrópicos. Los climas de sabana y las áreas con regímenes monzónicos tienen veranos húmedos e inviernos secos. Las selvas tropicales técnicamente no tienen estaciones secas o húmedas, ya que su lluvia se distribuye por igual a lo largo del año. Algunas áreas con estaciones lluviosas pronunciadas verán una interrupción en la lluvia a mitad de la temporada cuando la zona de convergencia intertropical o la vaguada del monzón se muevan hacia el polo de su ubicación durante la mitad de la estación cálida. Cuando la estación húmeda ocurre durante la estación cálida o verano, la lluvia cae principalmente durante las últimas horas de la tarde y las primeras horas de la noche. La temporada de lluvias es un momento en que la calidad del aire mejora, la calidad del agua dulce mejora y la vegetación crece significativamente. Los nutrientes del suelo disminuyen y la erosión aumenta. Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos en la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. Los países en desarrollo han notado que sus poblaciones muestran fluctuaciones de peso estacionales debido a la escasez de alimentos que se observa antes de la primera cosecha, que ocurre al final de la estación húmeda.

Los ciclones tropicales, una fuente de precipitaciones muy intensas, consisten en grandes masas de aire de varios cientos de millas de diámetro con baja presión en el centro y con vientos que soplan hacia el centro en el sentido de las agujas del reloj (hemisferio sur) o en sentido contrario a las agujas del reloj (hemisferio norte). Aunque los ciclones pueden cobrar un precio enorme en vidas y propiedades personales, pueden ser factores importantes en los regímenes de precipitación de los lugares donde impactan, ya que pueden traer precipitaciones muy necesarias a regiones secas. Las áreas en su camino pueden recibir el equivalente a un año de lluvia del paso de un ciclón tropical.

Distribución geográfica a gran escala

A gran escala, las cantidades de precipitación más altas fuera de la topografía caen en los trópicos, estrechamente ligadas a la Zona de Convergencia Intertropical, en sí misma la rama ascendente de la celda de Hadley. Los lugares montañosos cerca del ecuador en Colombia se encuentran entre los lugares más húmedos de la Tierra. Al norte y al sur de este hay regiones de aire descendente que forman cordilleras subtropicales donde la precipitación es baja; la superficie terrestre debajo de estas crestas suele ser árida, y estas regiones constituyen la mayor parte de los desiertos de la Tierra. Una excepción a esta regla es Hawai, donde el flujo ascendente debido a los vientos alisios conduce a uno de los lugares más húmedos de la Tierra. De lo contrario, el flujo de los vientos del oeste hacia las Montañas Rocosas conduce a los más húmedos y, en la elevación, a los más nevados, ubicaciones dentro de América del Norte. En Asia, durante la temporada de lluvias, el flujo de aire húmedo hacia el Himalaya conduce a algunas de las mayores cantidades de lluvia registradas en la Tierra en el noreste de la India.

Medición

La forma estándar de medir la lluvia o las nevadas es el pluviómetro estándar, que se puede encontrar en variedades de plástico de 100 mm (4 pulgadas) y de metal de 200 mm (8 pulgadas).El cilindro interior se llena con 25 mm (1 pulgada) de lluvia, y el desbordamiento fluye hacia el cilindro exterior. Los calibradores de plástico tienen marcas en el cilindro interior con una resolución de hasta 0,25 mm (0,01 pulgadas), mientras que los calibradores de metal requieren el uso de una vara diseñada con las marcas adecuadas de 0,25 mm (0,01 pulgadas). Una vez que se llena el cilindro interior, se desecha la cantidad del interior, luego se llena con la lluvia restante en el cilindro exterior hasta que se agote todo el líquido del cilindro exterior, sumándose al total general hasta que el cilindro exterior esté vacío. Estos indicadores se utilizan en el invierno quitando el embudo y el cilindro interior y permitiendo que la nieve y la lluvia helada se acumulen dentro del cilindro exterior. Algunos agregan anticongelante a su indicador para que no tengan que derretir la nieve o el hielo que cae en el indicador. Una vez que la nieve o el hielo terminan de acumularse, o cuando se acercan a los 300 mm (12 pulgadas), se puede llevar al interior para que se derrita o usar agua tibia para llenar el cilindro interior con el fin de derretir la precipitación congelada en el cilindro exterior., haciendo un seguimiento del fluido tibio agregado, que posteriormente se resta del total general una vez que se derrite todo el hielo/nieve.

Otros tipos de pluviómetros incluyen el popular pluviómetro de cuña (el pluviómetro más barato y más frágil), el pluviómetro de cubeta basculante y el pluviómetro de pesaje. Los medidores de cucharones y baldes basculantes tienen problemas con la nieve. Los intentos de compensar la nieve/hielo calentando el cubo basculante tienen un éxito limitado, ya que la nieve puede sublimarse si el indicador se mantiene muy por encima del punto de congelación. Los medidores de pesaje con anticongelante deberían funcionar bien con la nieve, pero nuevamente, se debe quitar el embudo antes de que comience el evento. Para aquellos que buscan medir la lluvia de la manera más económica, una lata cilíndrica con lados rectos actuará como un pluviómetro si se deja a la intemperie, pero su precisión dependerá de la regla que se use para medir la lluvia. Cualquiera de los pluviómetros anteriores se puede hacer en casa, con suficiente conocimiento.

Cuando se realiza una medición de precipitación, existen varias redes en los Estados Unidos y en otros lugares donde las mediciones de precipitación se pueden enviar a través de Internet, como CoCoRAHS o GLOBE. Si no hay una red disponible en el área donde uno vive, es probable que la oficina meteorológica local más cercana esté interesada en la medición.

Definición de hidrometeoro

Un concepto utilizado en la medición de la precipitación es el hidrometeoro. Cualquier partícula de agua líquida o sólida en la atmósfera se conoce como hidrometeoros. Las formaciones debidas a la condensación, como nubes, neblina, niebla y neblina, están compuestas de hidrometeoros. Todos los tipos de precipitación están formados por hidrometeoros por definición, incluida la virga, que es la precipitación que se evapora antes de llegar al suelo. Las partículas arrastradas desde la superficie de la Tierra por el viento, como la nieve y el rocío del mar, también son hidrometeoros, al igual que el granizo y la nieve.

Estimaciones satelitales

Aunque los pluviómetros de superficie se consideran el estándar para medir la precipitación, hay muchas áreas en las que su uso no es factible. Esto incluye las vastas extensiones de océano y áreas terrestres remotas. En otros casos, cuestiones sociales, técnicas o administrativas impiden la difusión de las observaciones de gálibo. Como resultado, el registro global moderno de precipitaciones depende en gran medida de las observaciones satelitales.

Los sensores satelitales funcionan mediante la detección remota de la precipitación, registrando varias partes del espectro electromagnético que, según muestran la teoría y la práctica, están relacionadas con la ocurrencia y la intensidad de la precipitación. Los sensores son casi exclusivamente pasivos, registrando lo que ven, similar a una cámara, en contraste con los sensores activos (radar, lidar) que envían una señal y detectan su impacto en el área que se observa.

Los sensores satelitales ahora en uso práctico para la precipitación se dividen en dos categorías. Los sensores infrarrojos térmicos (IR) registran un canal de alrededor de 11 micras de longitud de onda y brindan principalmente información sobre las cimas de las nubes. Debido a la estructura típica de la atmósfera, las temperaturas de las cimas de las nubes están aproximadamente inversamente relacionadas con las alturas de las cimas de las nubes, lo que significa que las nubes más frías casi siempre ocurren en altitudes más altas. Además, es probable que las cimas de las nubes con mucha variación a pequeña escala sean más vigorosas que las nubes con la cima lisa. Varios esquemas matemáticos, o algoritmos, usan estas y otras propiedades para estimar la precipitación a partir de los datos IR.

La segunda categoría de canales de sensores se encuentra en la parte de microondas del espectro electromagnético. Las frecuencias en uso van desde unos 10 gigahercios hasta unos pocos cientos de GHz. Los canales de hasta aproximadamente 37 GHz brindan principalmente información sobre los hidrometeoros líquidos (lluvia y llovizna) en las partes bajas de las nubes, con cantidades más grandes de líquido que emiten cantidades más altas de energía radiante de microondas. Los canales por encima de 37 GHz muestran señales de emisión, pero están dominados por la acción de hidrometeoros sólidos (nieve, graupel, etc.) para dispersar la energía radiante de microondas. Satélites como la Misión de Medición de Precipitaciones Tropicales (TRMM) y la misión de Medición de Precipitaciones Globales (GPM) emplean sensores de microondas para formar estimaciones de precipitación.

Se ha demostrado que los canales y productos de sensores adicionales brindan información útil adicional, incluidos canales visibles, canales IR adicionales, canales de vapor de agua y recuperaciones de sondeos atmosféricos. Sin embargo, la mayoría de los conjuntos de datos de precipitación en uso actual no emplean estas fuentes de datos.

Conjuntos de datos satelitales

Las estimaciones de IR tienen una habilidad bastante baja en escalas de tiempo y espacio cortas, pero están disponibles con mucha frecuencia (15 minutos o más) desde satélites en órbita terrestre geosincrónica. IR funciona mejor en casos de convección profunda y vigorosa, como los trópicos, y se vuelve progresivamente menos útil en áreas donde domina la precipitación estratiforme (en capas), especialmente en regiones de latitudes medias y altas. La conexión física más directa entre los hidrometeoros y los canales de microondas le da a las estimaciones de microondas una mayor habilidad en escalas de tiempo y espacio cortas que en el IR. Sin embargo, los sensores de microondas vuelan solo en satélites de órbita terrestre baja, y hay suficientes como para que el tiempo promedio entre observaciones supere las tres horas.

Desde fines de la década de 1990, se han desarrollado varios algoritmos para combinar datos de precipitación de sensores de múltiples satélites, buscando enfatizar las fortalezas y minimizar las debilidades de los conjuntos de datos de entrada individuales. El objetivo es proporcionar las "mejores" estimaciones de precipitación en una cuadrícula de tiempo/espacio uniforme, generalmente para la mayor parte del mundo posible. En algunos casos se enfatiza la homogeneidad a largo plazo del conjunto de datos, que es el estándar de registro de datos climáticos.

En otros casos, el objetivo es producir la mejor estimación satelital instantánea, que es el enfoque del producto de precipitación de alta resolución. En cualquier caso, por supuesto, la meta menos enfatizada también se considera deseable. Un resultado clave de los estudios multisatélite es que incluir incluso una pequeña cantidad de datos de medición de superficie es muy útil para controlar los sesgos que son endémicos en las estimaciones satelitales. Las dificultades en el uso de datos de calibre son que 1) su disponibilidad es limitada, como se señaló anteriormente, y 2) los mejores análisis de datos de calibre tardan dos meses o más después del tiempo de observación para someterse a la transmisión, el ensamblaje, el procesamiento y el control de calidad necesarios. Por lo tanto, las estimaciones de precipitación que incluyen datos pluviométricos tienden a producirse más tarde del tiempo de observación que las estimaciones sin pluviómetros. Como resultado,

El trabajo descrito ha dado como resultado una variedad de conjuntos de datos que poseen diferentes formatos, cuadrículas de tiempo/espacio, períodos de registro y regiones de cobertura, conjuntos de datos de entrada y procedimientos de análisis, así como muchas formas diferentes de designadores de versiones de conjuntos de datos. En muchos casos, uno de los modernos conjuntos de datos multisatélite es la mejor opción para uso general.

Periodo de devolución

La verosimilitud o probabilidad de que ocurra un evento con una determinada intensidad y duración, se denomina periodo de retorno o frecuencia. La intensidad de una tormenta se puede predecir para cualquier período de retorno y duración de la tormenta, a partir de gráficos basados ​​en datos históricos de la ubicación. El término tormenta de 1 en 10 años describe un evento de lluvia que es poco común y es probable que solo ocurra una vez cada 10 años, por lo que tiene una probabilidad del 10 por ciento en un año determinado. La lluvia será mayor y las inundaciones serán peores que la peor tormenta esperada en un solo año. El término tormenta 1 en 100 añosdescribe un evento de lluvia que es extremadamente raro y que ocurrirá con una probabilidad de solo una vez en un siglo, por lo que tiene una probabilidad del 1 por ciento en un año determinado. La lluvia será extrema y las inundaciones serán peores que un evento de 1 en 10 años. Al igual que con todos los eventos de probabilidad, es posible, aunque poco probable, tener dos "tormentas de 1 en 100 años" en un solo año.

Patrón desigual de precipitación

Una porción significativa de la precipitación anual en cualquier lugar en particular (no se consideró ninguna estación meteorológica en África o América del Sur) cae en solo unos pocos días, generalmente alrededor del 50% durante los 12 días con la mayor precipitación.

Papel en la clasificación climática de Köppen

La clasificación de Köppen depende de los valores medios mensuales de temperatura y precipitación. La forma más utilizada de la clasificación de Köppen tiene cinco tipos primarios etiquetados de la A a la E. Específicamente, los tipos primarios son A, tropical; B, seco; C, latitud media templada; D, latitud media fría; y E, polares. Las cinco clasificaciones principales se pueden dividir en clasificaciones secundarias como selva tropical, monzón, sabana tropical, subtropical húmedo, continental húmedo, clima oceánico, clima mediterráneo, estepa, clima subártico, tundra, casquete polar y desierto.

Las selvas tropicales se caracterizan por una alta precipitación, con definiciones que establecen una precipitación mínima anual normal entre 1.750 y 2.000 mm (69 y 79 pulgadas). Una sabana tropical es un bioma de pastizal ubicado en regiones de clima semiárido a semihúmedo de latitudes subtropicales y tropicales, con precipitaciones entre 750 y 1270 mm (30 y 50 pulgadas) al año. Están muy extendidos en África y también se encuentran en la India, las partes del norte de América del Sur, Malasia y Australia. La zona de clima subtropical húmedo es donde las lluvias invernales (ya veces nevadas) se asocian con grandes tormentas que los vientos del oeste dirigen de oeste a este. La mayoría de las precipitaciones de verano se producen durante las tormentas eléctricas y los ciclones tropicales ocasionales. Los climas subtropicales húmedos se encuentran en los continentes del lado este, aproximadamente entre las latitudes 20° y 40° grados desde el ecuador.

Un clima oceánico (o marítimo) se encuentra típicamente a lo largo de las costas occidentales en las latitudes medias de todos los continentes del mundo, bordeando los océanos fríos, así como el sureste de Australia, y está acompañado de abundantes precipitaciones durante todo el año. El régimen climático mediterráneo se parece al clima de las tierras de la cuenca del Mediterráneo, partes del oeste de América del Norte, partes del oeste y sur de Australia, el suroeste de Sudáfrica y partes del centro de Chile. El clima se caracteriza por veranos calurosos y secos e inviernos frescos y húmedos. Una estepa es una pradera seca. Los climas subárticos son fríos con permafrost continuo y poca precipitación.

Efecto en la agricultura

La precipitación, especialmente la lluvia, tiene un efecto dramático en la agricultura. Todas las plantas necesitan al menos algo de agua para sobrevivir, por lo que la lluvia (siendo el medio de riego más efectivo) es importante para la agricultura. Si bien un patrón de lluvia regular suele ser vital para las plantas sanas, demasiada o muy poca lluvia puede ser dañina, incluso devastadora para los cultivos. La sequía puede matar los cultivos y aumentar la erosión, mientras que el clima demasiado húmedo puede causar el crecimiento de hongos dañinos. Las plantas necesitan cantidades variables de lluvia para sobrevivir. Por ejemplo, ciertos cactus requieren pequeñas cantidades de agua, mientras que las plantas tropicales pueden necesitar hasta cientos de pulgadas de lluvia por año para sobrevivir.

En áreas con estaciones húmedas y secas, los nutrientes del suelo disminuyen y la erosión aumenta durante la estación húmeda. Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos en la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. Los países en desarrollo han notado que sus poblaciones muestran fluctuaciones de peso estacionales debido a la escasez de alimentos que se observa antes de la primera cosecha, que ocurre al final de la estación húmeda.

Cambios debido al calentamiento global

El aumento de las temperaturas tiende a aumentar la evaporación, lo que conduce a más precipitaciones. La precipitación generalmente ha aumentado sobre la tierra al norte de 30°N desde 1900 hasta 2005, pero ha disminuido sobre los trópicos desde la década de 1970. A nivel mundial, no ha habido una tendencia general estadísticamente significativa en las precipitaciones durante el último siglo, aunque las tendencias han variado mucho según la región y el tiempo. En 2018, un estudio que evaluó los cambios en la precipitación a través de escalas espaciales utilizando un conjunto de datos de precipitación global de alta resolución de más de 33 años, concluyó que "Si bien existen tendencias regionales, no hay evidencia de un aumento en la precipitación a escala global en respuesta a el calentamiento global observado".

Cada región del mundo tendrá cambios en la precipitación debido a sus condiciones únicas. Las partes orientales de América del Norte y del Sur, el norte de Europa y el norte y centro de Asia se han vuelto más húmedos. El Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia se han vuelto más secos. Ha habido un aumento en la cantidad de eventos de precipitaciones intensas en muchas áreas durante el siglo pasado, así como un aumento desde la década de 1970 en la prevalencia de sequías, especialmente en los trópicos y subtrópicos. Los cambios en la precipitación y la evaporación sobre los océanos son sugeridos por la disminución de la salinidad de las aguas de latitudes medias y altas (lo que implica más precipitación), junto con el aumento de la salinidad en las latitudes más bajas (lo que implica menos precipitación, más evaporación o ambos). Sobre los Estados Unidos contiguos, la precipitación anual total aumentó a una tasa promedio de 6,1% por siglo desde 1900, con los mayores aumentos dentro de la región climática del Este Norte Central (11,6% por siglo) y el Sur (11,1%). Hawái fue la única región que mostró una disminución (-9,25%).

Cambios por isla de calor urbana

La isla de calor urbana calienta las ciudades entre 0,6 y 5,6 °C (1,1 y 10,1 °F) por encima de los suburbios y las zonas rurales circundantes. Este calor adicional conduce a un mayor movimiento ascendente, lo que puede inducir una actividad adicional de lluvias y tormentas eléctricas. Las tasas de lluvia a favor del viento de las ciudades aumentan entre un 48% y un 116%. En parte como resultado de este calentamiento, la precipitación mensual es aproximadamente un 28% mayor entre 32 y 64 kilómetros (20 a 40 millas) a favor del viento de las ciudades, en comparación con el viento en contra. Algunas ciudades inducen un aumento total de la precipitación del 51%.

Pronóstico

El Pronóstico Cuantitativo de Precipitación (QPF abreviado) es la cantidad esperada de precipitación líquida acumulada durante un período de tiempo específico en un área específica. Se especificará un QPF cuando se pronostique un tipo de precipitación medible que alcance un umbral mínimo para cualquier hora durante un período válido de QPF. Los pronósticos de precipitación tienden a estar sujetos a horas sinópticas como las 0000, 0600, 1200 y 1800 GMT. El terreno se considera en los QPF mediante el uso de la topografía o en función de los patrones climatológicos de precipitación a partir de observaciones con gran detalle. Desde mediados hasta fines de la década de 1990, los QPF se utilizaron dentro de los modelos de pronóstico hidrológico para simular el impacto en los ríos de los Estados Unidos. Los modelos de pronóstico muestran una sensibilidad significativa a los niveles de humedad dentro de la capa límite planetaria, o en los niveles más bajos de la atmósfera, que disminuye con la altura. El QPF se puede generar de forma cuantitativa, pronosticando cantidades, o cualitativa, pronosticando la probabilidad de una cantidad específica. Las técnicas de pronóstico de imágenes de radar muestran una mayor habilidad que los pronósticos de modelos dentro de las seis a siete horas posteriores a la hora de la imagen de radar. Los pronósticos se pueden verificar mediante el uso de mediciones de pluviómetros, estimaciones de radares meteorológicos o una combinación de ambos. Se pueden determinar varios puntajes de habilidad para medir el valor del pronóstico de lluvia.