En meteorología , precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que cae de las nubes por acción de la gravedad. [2] Las principales formas de precipitación incluyen llovizna , lluvia , aguanieve , nieve , granizo de hielo , graupel y granizo . La precipitación se produce cuando una porción de la atmósfera se satura con vapor de agua (llegando al 100% de humedad relativa ), de modo que el agua se condensa y "precipita" o cae. Así, la niebla y la bruma no son precipitación sino coloides , porque el vapor de agua no se condensa lo suficiente como para precipitar. Dos procesos, posiblemente actuando juntos, pueden llevar a que el aire se sature: enfriar el aire o agregar vapor de agua al aire. La precipitación se forma cuando gotas más pequeñas se fusionan mediante la colisión 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 . [3]
La humedad que se eleva o se fuerza a elevarse 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. A menudo hay un frente estacionario cerca del área de lluvia helada y sirve como foco para forzar y elevar el aire. Siempre que exista un contenido de humedad atmosférico necesario y suficiente, la humedad del aire ascendente se condensará en nubes, concretamente nimboestratos y cumulonimbos , si se trata de precipitaciones importantes. Con el tiempo, 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. Cuando hay masas de agua relativamente cálidas, por ejemplo debido a la evaporación del agua de los lagos, las nevadas con efecto de lago se convierten en una preocupación a favor del viento de los lagos cálidos dentro del flujo ciclónico frío alrededor de la parte trasera de los ciclones extratropicales . Las nevadas con efecto de lago pueden ser localmente intensas. Es posible que haya tormentas de nieve dentro de la cabecera de coma de un ciclón y dentro de las bandas de precipitación con efecto de lago. En áreas montañosas, es posible que haya fuertes precipitaciones cuando el flujo ascendente se maximiza dentro de los lados del terreno a barlovento en elevación. En el lado de sotavento de las montañas, pueden existir climas desérticos debido al aire seco causado por el calentamiento por compresión. La mayor parte de la precipitación ocurre dentro de los trópicos [4] y es causada por convección . El movimiento de la vaguada monzónica , o zona de convergencia intertropical , trae estaciones 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. [5] Dada la superficie de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promedio a nivel mundial es de 990 milímetros (39 pulgadas), pero sobre la tierra es de sólo 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 provocando cambios en el clima, aumentando las precipitaciones en algunas geografías y reduciéndolas en otras, lo que resulta en condiciones climáticas extremas adicionales . [6]
Pueden producirse precipitaciones en otros cuerpos celestes. El satélite más grande de Saturno , Titán , alberga precipitación de metano en forma de llovizna que cae lentamente , [7] que se ha observado como charcos de lluvia en su ecuador [8] y en las regiones polares. [9] [10]
La precipitación es un componente importante del ciclo del agua y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce del planeta. Aproximadamente 505.000 km 3 (121.000 millas cúbicas) de agua caen en forma de precipitación cada año, 398.000 km 3 (95.000 millas cúbicas) sobre los océanos. [5] Dada la superficie de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promedio a nivel mundial es de 990 milímetros (39 pulgadas).
Los mecanismos de producción de precipitación incluyen lluvia convectiva, estratiforme , [11] y orográfica . [12] Los procesos convectivos implican fuertes movimientos verticales que pueden provocar el vuelco de la atmósfera en ese lugar en una hora y provocar fuertes precipitaciones, [13] mientras que los procesos estratiformes implican movimientos ascendentes más débiles y precipitaciones menos intensas. [14] La precipitación se puede dividir en tres categorías, según si cae como agua líquida, agua líquida que se congela al contacto con la superficie o hielo. 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 entrar en 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 graupel . [15]
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 se produzca una sobresaturación) se condensa en agua. [18] El vapor de agua normalmente comienza a condensarse en núcleos de condensación como polvo, hielo y sal para formar nubes. La concentración de los núcleos de condensación de las nubes determinará la microfísica de las nubes. [19] Una porción elevada de una zona frontal fuerza amplias áreas de elevación, que forman capas de nubes como altoestratos o cirroestratos . Stratus es una capa de nubes estable que tiende a formarse cuando una masa de aire frío y estable queda atrapada debajo de una masa de aire caliente. También puede formarse debido al levantamiento de la niebla de advección durante condiciones de brisa. [20]
Hay cuatro mecanismos principales para enfriar el aire hasta su punto de rocío: enfriamiento adiabático, enfriamiento conductivo, enfriamiento por radiación y enfriamiento evaporativo. El enfriamiento adiabático ocurre cuando el aire sube y se expande. [21] El aire puede ascender debido a convección , movimientos atmosféricos a gran escala o una barrera física como una montaña ( elevación orográfica ). El enfriamiento conductivo ocurre cuando el aire entra en contacto con una superficie más fría, [22] generalmente al ser soplado de una superficie a otra, por ejemplo, desde una superficie de agua líquida a una tierra más fría. El enfriamiento radiativo se produce debido a la emisión de radiación infrarroja , ya sea por el aire o por la superficie que se encuentra debajo. [23] El enfriamiento evaporativo ocurre cuando se agrega humedad al aire a través de la evaporación, lo que obliga a la temperatura del aire a enfriarse hasta su temperatura de bulbo húmedo , o hasta que alcance la saturación. [24]
Las principales formas en que se agrega vapor de agua al aire son: convergencia del viento en áreas de movimiento ascendente, [13] precipitación o virga que cae desde arriba, [25] calentamiento diurno que evapora el agua de la superficie de los océanos, cuerpos de agua o tierras húmedas, [ 26] transpiración de las plantas, [27] aire frío o seco que se mueve sobre agua más cálida, [28] y elevación del aire sobre las montañas. [29]
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 sólo ocurrirá cuando estos se fusionen en gotas más grandes. Las gotas de diferente tamaño tendrán una velocidad terminal diferente, lo que provocará la colisión de las gotas y producirá gotas más grandes. La turbulencia mejorará el proceso de colisión. [30] 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 superar la resistencia del aire y caer en forma de lluvia. [31]
Las gotas de lluvia tienen tamaños que oscilan entre 5,1 y 20 milímetros (0,20 a 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 una gota de lluvia aumenta de tamaño, su forma se vuelve más achatada , con su sección transversal más grande orientada hacia el flujo de aire que se aproxima. A diferencia de los dibujos animados de gotas de lluvia, su forma no se parece a una lágrima. [32] La intensidad y la duración de las precipitaciones 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 tener una duración larga. [33] [34] Las gotas de lluvia asociadas con el derretimiento del granizo tienden a ser más grandes que otras gotas de lluvia. [35] El código METAR para lluvia es RA, mientras que la codificación para chubascos es SHRA. [36]
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 el granizo. [37] A menudo rebotan cuando golpean el suelo y, por lo general, no se congelan hasta formar una masa sólida a menos que se mezclen con lluvia helada . El código METAR para hielo granulado es PL . [36]
Los gránulos de hielo se forman cuando existe una capa de aire por encima del punto de congelación con aire bajo cero tanto arriba como abajo. 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 bajo cero más cercana a la superficie, se vuelven a congelar en bolitas 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, [38] pero ocasionalmente se puede encontrar detrás de un frente frío que pasa .
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 núcleos de condensación , como el polvo o la suciedad. La corriente ascendente de la tormenta arrastra el granizo a la parte superior de la nube. La corriente ascendente se disipa y el granizo cae, regresa a la corriente ascendente y se levanta nuevamente. El granizo tiene un diámetro de 5 milímetros (0,20 pulgadas) o más. [39] Dentro del código METAR, GR se utiliza 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 el código GS, que es la abreviatura de la palabra francesa grésil. [36] Las piedras un poco más grandes que el tamaño de una pelota de golf son uno de los tamaños de granizo reportados con mayor frecuencia. [40] El granizo puede crecer hasta 15 centímetros (6 pulgadas) y pesar más de 500 gramos (1 libra). [41] En los granizos grandes, el calor latente liberado por una mayor congelación puede derretir la capa exterior del granizo. El granizo puede entonces sufrir un "crecimiento húmedo", donde la capa exterior líquida acumula otros granizos más pequeños. [42] El granizo gana una capa de hielo y crece cada vez más con cada ascenso. Una vez que el granizo se vuelve demasiado pesado para ser sostenido por la corriente ascendente de la tormenta, cae de la nube. [43]
Los cristales de nieve se forman cuando pequeñas gotas de nubes sobreenfriadas (de aproximadamente 10 μm de diámetro) se congelan. Una vez que una gota se ha congelado, crece en un ambiente sobresaturado . Debido a que las gotas de agua son más numerosas que los cristales de hielo, los cristales pueden crecer hasta alcanzar cientos de micrómetros de tamaño a expensas de las gotas de agua. Este proceso se conoce como proceso de Wegener-Bergeron-Findeisen . El correspondiente agotamiento 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 grandes cristales son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa y pueden chocar y pegarse en racimos o agregados. Estos agregados son copos de nieve, y suelen ser el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. [44] 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. [45] 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 a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por las pequeñas partículas de hielo. [46] La forma del copo de nieve está determinada en términos generales por la temperatura y la humedad a las que se forma. [44] En raras ocasiones, a una temperatura de alrededor de -2 °C (28 °F), los copos de nieve se pueden formar en triple simetría: copos de nieve triangulares. [47] 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 [48] , ya que crecen a diferentes ritmos y con diferentes patrones dependiendo de los cambios de temperatura y humedad dentro de la atmósfera a través de la cual caen en su camino hacia el suelo. [49] El código METAR para la nieve es SN, mientras que los chubascos de nieve se codifican SHSN. [36]
El polvo de diamante, también conocido como agujas de hielo o cristales de hielo, se forma a temperaturas cercanas a -40 °C (-40 °F) debido a que el aire con una humedad ligeramente mayor procedente de lo alto se mezcla con aire más frío de la superficie. [50] Están hechos de cristales de hielo simples, de forma hexagonal. [51] El identificador METAR para el polvo de diamante en los informes meteorológicos horarios internacionales es IC. [36]
La deposición oculta ocurre cuando la niebla o el aire altamente saturado con vapor de agua interactúa con las hojas de los árboles o arbustos sobre los que pasa. [52]
La precipitación estratiforme o dinámica se produce como consecuencia del lento ascenso del aire en sistemas sinópticos (del orden de cm/s), como los frentes fríos sobre la superficie y por encima 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 en forma de coma alrededor de los ciclones de latitudes medias . [53] A lo largo de un frente ocluido se puede encontrar una amplia variedad de condiciones climáticas, con posibles tormentas, pero normalmente 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. [54] Las precipitaciones pueden ocurrir en cuerpos celestes distintos de la Tierra. Cuando hace frío, Marte tiene precipitaciones que probablemente toman la forma de agujas de hielo, en lugar de lluvia o nieve. [55]
La lluvia convectiva , o precipitación tipo chubasco, se produce a partir de nubes convectivas, por ejemplo, cumulonimbus o cumulus congestus . Cae en forma de aguaceros 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 las precipitaciones en los trópicos parecen ser convectivas; sin embargo, se ha sugerido que también se produce precipitación estratiforme. [34] [53] Graupel y granizo indican convección. [56] 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. [57] Las precipitaciones convectivas consisten principalmente en sistemas convectivos de mesoescala y producen lluvias torrenciales con tormentas eléctricas, daños por viento y otras formas de fenómenos meteorológicos severos.
La precipitación orográfica ocurre en el lado de barlovento (contra el viento) de las montañas y es causada por el movimiento 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 zonas montañosas del mundo sometidas a vientos relativamente constantes (por ejemplo, los vientos alisios ), suele prevalecer 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 mediante 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 . [29]
En Hawái , el monte Waiʻaleʻale , en la isla de Kauai, destaca por sus precipitaciones extremas, ya que tiene la segunda precipitación media anual más alta de la Tierra, con 12.000 milímetros (460 pulgadas). [58] Los sistemas tormentosos 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 de este a noreste a los vientos alisios y reciben mucha más lluvia; Los lados de sotavento son más secos y soleados, con menos lluvia y menos nubes. [59]
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 justo a favor del viento en el oeste de Argentina. [60] La cordillera de Sierra Nevada crea el mismo efecto en América del Norte formando la Gran Cuenca y los desiertos de Mojave . [61] [62] De manera similar, en Asia, las montañas del Himalaya crean un obstáculo para los monzones, lo que conduce a precipitaciones extremadamente altas en el lado sur y niveles de precipitación más bajos en el lado norte.
Los ciclones extratropicales pueden provocar condiciones frías y peligrosas con fuertes lluvias y nieve con vientos superiores a 119 km/h (74 mph), [63] (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, [64] que es ancha y estratiforme , es decir. cayendo de las nubes nimboestratos . [65] Cuando el aire húmedo intenta desalojar una masa de aire ártico, se puede producir nieve dentro del lado polar 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 transporta aire frío a través de masas de agua relativamente cálidas puede generar estrechas bandas de nieve con efecto de lago . Esas bandas traen fuertes nevadas localizadas que pueden entenderse de la siguiente manera: grandes masas de agua, como los lagos, almacenan calor de manera eficiente, lo que resulta en diferencias de temperatura significativas (superiores a 13 °C o 23 °F) entre la superficie del agua y el aire de arriba. [66] Debido a esta diferencia de temperatura, el calor y la humedad se transportan hacia arriba, condensándose en nubes orientadas verticalmente (ver imagen de satélite) que producen lluvias de nieve. La disminución de la temperatura con la altura y la profundidad de las nubes se ve directamente afectada 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. [67]
En las zonas montañosas, las fuertes nevadas se acumulan cuando el aire se ve obligado a ascender por las montañas y expulsar las precipitaciones a lo largo de sus laderas de barlovento, que en condiciones de frío caen en forma de nieve. Debido a lo accidentado del terreno, pronosticar la ubicación de fuertes nevadas sigue siendo un desafío importante. [68]
La estación húmeda o lluviosa es la época del año, que abarca uno o más meses, en la que cae la mayor parte de la precipitación media anual en una región. [69] Las autoridades turísticas también utilizan a veces el término temporada verde como eufemismo. [70] Las áreas con estaciones húmedas se encuentran dispersas en partes de los trópicos y subtrópicos. [71] Los climas de sabana y las áreas con regímenes monzónicos tienen veranos húmedos e inviernos secos. Técnicamente, los bosques tropicales no tienen estaciones secas ni húmedas, ya que las precipitaciones se distribuyen equitativamente a lo largo del año. [72] Algunas áreas con estaciones de lluvias pronunciadas verán una interrupción en las precipitaciones a mitad de 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. [33] 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 una época en la que mejora la calidad del aire, [73] mejora la calidad del agua dulce, [74] [75] y la vegetación crece significativamente. Los nutrientes del suelo disminuyen y la erosión aumenta. [33] Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos durante la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. Los países en desarrollo han observado que sus poblaciones muestran fluctuaciones estacionales de peso debido a la escasez de alimentos que se observa antes de la primera cosecha, que ocurre al final de la temporada de lluvias. [76]
Los ciclones tropicales, una fuente de lluvias muy intensas, consisten en grandes masas de aire de varios cientos de kilómetros 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 el sentido contrario a las agujas del reloj (hemisferio norte). [77] Aunque los ciclones pueden cobrar un enorme costo en vidas y propiedades personales, pueden ser factores importantes en los regímenes de precipitación de los lugares que impactan, ya que pueden traer precipitaciones muy necesarias a regiones que de otro modo serían secas. [78] Las áreas en su trayectoria pueden recibir la cantidad de lluvia de un año debido al paso de un ciclón tropical. [79]
A gran escala, las mayores cantidades de precipitación fuera de la topografía caen en los trópicos, estrechamente vinculados a la Zona de Convergencia Intertropical , en sí misma la rama ascendente de la célula de Hadley . Las zonas montañosas cercanas al ecuador de Colombia se encuentran entre los lugares más húmedos de la Tierra. [80] Al norte y al sur de esto hay regiones de aire descendente que forman crestas subtropicales donde las precipitaciones son bajas; [81] la superficie terrestre debajo de estas crestas suele ser árida, y estas regiones constituyen la mayoría de los desiertos de la Tierra. [82] Una excepción a esta regla es Hawaii, donde el flujo ascendente debido a los vientos alisios conduce a uno de los lugares más húmedos de la Tierra. [83] De lo contrario, el flujo de los vientos del oeste hacia las Montañas Rocosas conduce a los lugares más húmedos y, en las elevaciones, más nevados, [84] dentro de América del Norte. En Asia, durante la estación húmeda, el flujo de aire húmedo hacia el Himalaya provoca algunas de las mayores cantidades de lluvia medidas en la Tierra en el noreste de la India.
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 (3,9 pulgadas) y de metal de 200 mm (7,9 pulgadas). [85] El cilindro interior se llena con 25 mm (0,98 pulgadas) de lluvia, y el rebose fluye hacia el cilindro exterior. Los medidores de plástico tienen marcas en el cilindro interior con una resolución de hasta 0,25 mm (0,0098 pulgadas), mientras que los medidores de metal requieren el uso de una varilla diseñada con las marcas apropiadas de 0,25 mm (0,0098 pulgadas). Después de llenar 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, sumando al total total hasta que el cilindro exterior esté vacío. Estos medidores se utilizan en 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 medidor para no tener que derretir la nieve o el hielo que cae dentro del medidor. [86] Una vez que la nieve/hielo termina de acumularse, o cuando se acercan los 300 mm (12 pulgadas), se puede llevarla 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, realizando un seguimiento del líquido caliente agregado, que posteriormente se resta del total general una vez que se derrite todo el hielo o la nieve. [87]
Otros tipos de pluviómetros incluyen el popular pluviómetro de cuña (el pluviómetro más barato y más frágil), el pluviómetro de cubo basculante y el pluviómetro de pesaje . [88] Los medidores de cuña y de cuchara basculante 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 sublimar si el medidor se mantiene muy por encima del punto de congelación. Los medidores de peso con anticongelante deberían funcionar bien con la nieve, pero nuevamente, es necesario retirar el embudo antes de que comience el evento. Para aquellos que buscan medir la lluvia de la forma más económica, una lata cilíndrica con lados rectos actuará como pluviómetro si se deja al aire libre, pero su precisión dependerá de la regla que se utilice para medir la lluvia. Cualquiera de los pluviómetros anteriores se puede fabricar en casa, con los conocimientos suficientes. [89]
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 . [90] [91] Si no hay una red disponible en el área donde uno vive, la oficina meteorológica local más cercana probablemente estará interesada en la medición. [92]
Un concepto utilizado en la medición de la precipitación es el de hidrometeoro. Cualquier partícula de agua líquida o sólida en la atmósfera se conoce como hidrometeoros. Las formaciones debidas a la condensación, como las nubes, la calina , la niebla y la neblina, están compuestas por hidrometeoros. Todos los tipos de precipitación están formados por hidrometeoros por definición, incluida la virga , que es 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 la espuma del mar, también son hidrometeoros , al igual que el granizo y la nieve . [93]
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 los medidores. Como resultado, el registro global moderno de precipitaciones depende en gran medida de las observaciones satelitales. [94]
Los sensores satelitales funcionan detectando remotamente las precipitaciones, registrando varias partes del espectro electromagnético que, según la teoría y la práctica, están relacionadas con la ocurrencia y la intensidad de las precipitaciones. Los sensores son casi exclusivamente pasivos y registran lo que ven, de forma similar a una cámara, a diferencia de los sensores activos ( radar , lidar ) que envían una señal y detectan su impacto en el área observada.
Los sensores satelitales que actualmente se utilizan en la práctica para medir las precipitaciones se dividen en dos categorías. Los sensores de infrarrojos térmicos (IR) registran un canal de aproximadamente 11 micras de longitud de onda y principalmente brindan 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 la altura 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 cimas lisas. Varios esquemas matemáticos o algoritmos utilizan estas y otras propiedades para estimar la precipitación a partir de los datos IR. [95]
La segunda categoría de canales de sensores se encuentra en la parte de microondas del espectro electromagnético. Las frecuencias utilizadas oscilan entre unos 10 gigahercios y unos cientos de GHz. Los canales hasta aproximadamente 37 GHz proporcionan principalmente información sobre los hidrometeoros líquidos (lluvia y llovizna) en las partes inferiores de las nubes, y mayores cantidades de líquido emiten mayores cantidades 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 Lluvias Tropicales (TRMM) y la misión de Medición de Precipitaciones Globales (GPM) emplean sensores de microondas para formar estimaciones de precipitación.
Se ha demostrado que productos y canales de sensores adicionales proporcionan 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 que se utilizan actualmente no emplean estas fuentes de datos. [96]
Las estimaciones IR tienen poca habilidad en escalas temporales y espaciales cortas, pero están disponibles con mucha frecuencia (15 minutos o más) desde satélites en órbita terrestre geosincrónica . La IR funciona mejor en casos de convección profunda y vigorosa (como en 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 da a las estimaciones de microondas una mayor habilidad en escalas temporales y espaciales cortas que las de IR. Sin embargo, los sensores de microondas vuelan sólo en satélites de órbita terrestre baja, y son tan pocos que el tiempo medio entre observaciones supera las tres horas. Este intervalo de varias horas es insuficiente para documentar adecuadamente la precipitación debido a la naturaleza transitoria de la mayoría de los sistemas de precipitación, así como a la incapacidad de un solo satélite para capturar adecuadamente el ciclo diario típico de precipitación en un lugar determinado.
Desde finales 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 tiempo/espacio uniforme, generalmente para la mayor parte posible del mundo. 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 método del Producto de Precipitación de Alta Resolución. En cualquier caso, por supuesto, el objetivo menos destacado 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 endémicos de las estimaciones satelitales. Las dificultades al utilizar datos de calibre son que 1) su disponibilidad es limitada, como se señaló anteriormente, y 2) los mejores análisis de datos de calibre toman dos meses o más después del tiempo de observación para someterse a la transmisión, ensamblaje, procesamiento y control de calidad necesarios. Por lo tanto, las estimaciones de precipitación que incluyen datos pluvimétricos tienden a producirse más tarde del tiempo de observación que las estimaciones sin pluviómetros. Como resultado, si bien las estimaciones que incluyen datos de medición pueden proporcionar una descripción más precisa de la precipitación "verdadera", generalmente no son adecuadas para aplicaciones en tiempo real o casi real.
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. [97] En muchos casos, uno de los conjuntos de datos multisatélite modernos es la mejor opción para uso general.
La probabilidad de que ocurra un evento con una intensidad y duración específicas se llama período o frecuencia de retorno . [98] 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. [99] El término tormenta 1 cada 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. Las precipitaciones serán mayores y las inundaciones serán peores que la peor tormenta esperada en un año determinado. El término tormenta de 1 cada 100 años describe un evento de lluvia que es extremadamente raro y que ocurrirá con una probabilidad de sólo una vez en un siglo, por lo que tiene una probabilidad del 1 por ciento en un año determinado. Las precipitaciones serán extremas y las inundaciones serán peores que un evento que ocurre cada 10 años. Como ocurre con todos los eventos de probabilidad, es posible, aunque poco probable, que se produzcan dos "tormentas de 1 en 100 años" en un solo año. [100]
Una porción significativa de la precipitación anual en cualquier lugar en particular (no se consideraron estaciones meteorológicas en África o América del Sur) cae solo en unos pocos días, típicamente alrededor del 50% durante los 12 días con mayor precipitación. [101]
La clasificación de Köppen depende de los valores medios mensuales de temperatura y precipitación. La forma más comúnmente 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, suave latitud media; D, latitud media fría; y E, polar. Las cinco clasificaciones primarias 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 .
Los bosques tropicales se caracterizan por una gran cantidad de precipitaciones, y las definiciones establecen la precipitación mínima normal anual entre 1.750 y 2.000 mm (69 y 79 pulgadas). [103] Una sabana tropical es un bioma de pastizales ubicado en regiones de clima semiárido a semihúmedo de latitudes tropicales y subtropicales, 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, el norte de América del Sur, Malasia y Australia. [104] La zona de clima subtropical húmedo es donde las lluvias invernales (y a veces nevadas) se asocian con grandes tormentas que los vientos del oeste dirigen de oeste a este. La mayor parte de las precipitaciones de verano se producen durante tormentas eléctricas y ciclones tropicales ocasionales. [105] Los climas subtropicales húmedos se encuentran en los continentes del lado este, aproximadamente entre las latitudes 20° y 40° grados desde el ecuador. [106]
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 océanos fríos, así como en el sureste de Australia, y va acompañado de abundantes precipitaciones durante todo el año. [107] El régimen climático mediterráneo se asemeja al clima de las tierras de la cuenca mediterránea, 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. [108] Una estepa es una pradera seca. [109] Los climas subárticos son fríos con permafrost continuo y poca precipitación. [110]
Las precipitaciones, especialmente la lluvia, tienen un efecto dramático en la agricultura. Todas las plantas necesitan al menos algo de agua para sobrevivir, por lo que la lluvia (que es el medio de riego más eficaz) 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 perjudicial e incluso devastadora para los cultivos. La sequía puede matar los cultivos y aumentar la erosión, [111] mientras que el clima demasiado húmedo puede provocar el crecimiento de hongos dañinos. [112] Las plantas necesitan cantidades variables de lluvia para sobrevivir. Por ejemplo, ciertos cactus requieren pequeñas cantidades de agua, [113] 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. [33] Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos durante la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. [114] Los países en desarrollo han observado que sus poblaciones muestran fluctuaciones estacionales de peso debido a la escasez de alimentos que se observa antes de la primera cosecha, que ocurre al final de la temporada de lluvias. [76]
El aumento de las temperaturas tiende a aumentar la evaporación, lo que conduce a más precipitaciones. En general, las precipitaciones han aumentado en las tierras al norte de 30°N entre 1900 y 2005, pero han disminuido en 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 ampliamente según la región y a lo largo del tiempo. En 2018, un estudio que evaluó los cambios en la precipitación en 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 de la precipitación a escala global en respuesta a el calentamiento global observado." [116]
Cada región del mundo tendrá cambios en las precipitaciones debido a sus condiciones únicas. Las zonas orientales de América del Norte y del Sur, el norte de Europa y el norte y centro de Asia se han vuelto más húmedas. El Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia se han vuelto más secos. Ha habido un aumento en el número 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 las precipitaciones 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 precipitaciones), junto con el aumento de la salinidad en latitudes más bajas (lo que implica menos precipitaciones, más evaporación o ambas). En los Estados Unidos contiguos, la precipitación total anual aumentó a una tasa promedio del 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%). Hawaii fue la única región que mostró una disminución (−9,25%). [117]
La isla de calor urbana calienta las ciudades entre 0,6 y 5,6 °C (1,1 a 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 actividad adicional de lluvias y tormentas eléctricas. Las tasas de precipitaciones a favor del viento de las ciudades aumentan entre un 48% y un 116%. En parte como resultado de este calentamiento, las precipitaciones mensuales son aproximadamente un 28% mayores entre 32 y 64 kilómetros (20 y 40 millas) a favor del viento de las ciudades, en comparación con contra el viento. [118] Algunas ciudades inducen un aumento total de las precipitaciones del 51%. [119]
El Pronóstico de Precipitación Cuantitativa (abreviado QPF) es la cantidad esperada de precipitación líquida acumulada durante un período de tiempo específico en un área específica. [120] Se especificará un QPF cuando se pronostique un tipo de precipitación mensurable que alcance un umbral mínimo para cualquier hora durante un período válido de QPF. Las previsiones de precipitaciones suelen estar limitadas por horas sinópticas como las 00.00, 06.00, 12.00 y 18.00 GMT . El terreno se considera en los QPF mediante el uso de topografía o en base a patrones de precipitación climatológica a partir de observaciones con gran detalle. [121] Desde mediados hasta finales de la década de 1990, los QPF se utilizaron dentro de los modelos de pronóstico hidrológico para simular el impacto en los ríos de todo Estados Unidos. [122] 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. [123] El QPF puede generarse sobre una base cuantitativa, pronosticando montos, o cualitativa, pronosticando la probabilidad de un monto específico . [124] 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 al momento de la imagen del 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. [125]
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)La mitad de la precipitación anual cae en los 12 días más húmedos de cada año en la mediana de las estaciones de observación de todo el mundo.
