Los cúmulos son nubes que tienen bases planas y a menudo se describen como hinchadas, algodonosas o esponjosas. Su nombre deriva del latín cumulus , que significa "montón" o "pila". [1] Los cúmulos son nubes de bajo nivel, generalmente de menos de 2000 m (6600 pies) de altitud, a menos que sean de la forma más vertical de cúmulos congestus . Los cúmulos pueden aparecer solos, en líneas o en grupos.
Los cúmulos son a menudo precursores de otros tipos de nubes, como los cumulonimbos , cuando se ven influidos por factores meteorológicos como la inestabilidad , la humedad y el gradiente de temperatura . Normalmente, los cúmulos producen poca o ninguna precipitación, pero pueden convertirse en nubes congestivas o cumulonimbos portadoras de precipitación. Los cúmulos pueden formarse a partir de vapor de agua , gotitas de agua superenfriadas o cristales de hielo , dependiendo de la temperatura ambiente . Vienen en muchas subformas distintas y generalmente enfrían la tierra al reflejar la radiación solar entrante .
Las nubes cúmulos forman parte de una categoría más amplia de nubes cumuliformes de convección libre, que incluyen las nubes cumulonimbos. Este último tipo de género a veces se clasifica por separado como cumulonimbos debido a su estructura más compleja, que a menudo incluye una cima cirriforme o en yunque . [2] También hay nubes cumuliformes de convección limitada que comprenden estratocúmulos (de baja altura), altocúmulos (de media altura) y cirrocúmulos (de alta altura). [3] Estos tres últimos tipos de género a veces se clasifican por separado como estratocúmulos. [2]
Los cúmulos se forman por convección atmosférica a medida que el aire calentado por la superficie comienza a ascender. A medida que el aire asciende, la temperatura desciende (siguiendo el gradiente térmico ), lo que hace que la humedad relativa (HR) aumente. Si la convección alcanza un cierto nivel, la HR alcanza el cien por ciento y comienza la fase "adiabática húmeda". En este punto se produce una retroalimentación positiva: dado que la HR está por encima del 100 %, el vapor de agua se condensa, liberando calor latente , calentando el aire y estimulando una mayor convección.
En esta fase, el vapor de agua se condensa en varios núcleos presentes en el aire, formando la nube cúmulo. Esto crea la forma característica de fondo plano e hinchado asociada con las nubes cúmulos. [4] [5] La altura de la nube (desde su base hasta su cima) depende del perfil de temperatura de la atmósfera y de la presencia de cualquier inversión térmica . [6] Durante la convección, el aire circundante es arrastrado (mezclado) con el aire térmico y la masa total del aire ascendente aumenta. [7] La lluvia se forma en una nube cúmulo a través de un proceso que involucra dos etapas no discretas. La primera etapa ocurre después de que las gotas se fusionen en los diversos núcleos. Langmuir escribe que la tensión superficial en las gotas de agua proporciona una presión ligeramente más alta en la gota, lo que aumenta la presión de vapor en una pequeña cantidad. La presión aumentada da como resultado que esas gotas se evaporen y el vapor de agua resultante se condense en las gotas más grandes. Debido al tamaño extremadamente pequeño de las gotas de agua que se evaporan, este proceso pierde en gran medida su sentido después de que las gotas más grandes hayan crecido hasta alrededor de 20 a 30 micrómetros , y la segunda etapa toma el control. [7] En la fase de acreción, la gota de lluvia comienza a caer y otras gotas chocan y se combinan con ella para aumentar el tamaño de la gota de lluvia. Langmuir pudo desarrollar una fórmula [nota 1] que predijo que el radio de la gota crecería ilimitadamente dentro de un período de tiempo discreto. [8]
Se ha descubierto que la densidad del agua líquida dentro de un cúmulo de nubes cambia con la altura sobre la base de la nube en lugar de permanecer aproximadamente constante en toda la nube. En un estudio en particular, se descubrió que la concentración era cero en la base de la nube. A medida que aumentaba la altitud, la concentración aumentaba rápidamente hasta alcanzar la concentración máxima cerca del centro de la nube. Se descubrió que la concentración máxima era de hasta 1,25 gramos de agua por kilogramo de aire. La concentración descendía lentamente a medida que aumentaba la altitud hasta la altura de la parte superior de la nube, donde inmediatamente descendía a cero de nuevo. [9]
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Las nubes cúmulos pueden formarse en líneas que se extienden a lo largo de 480 kilómetros (300 millas) llamadas calles de nubes. Estas calles de nubes cubren vastas áreas y pueden ser interrumpidas o continuas. Se forman cuando la cizalladura del viento provoca una circulación horizontal en la atmósfera, produciendo las calles de nubes largas y tubulares. [10] Generalmente se forman durante sistemas de alta presión , como después de un frente frío. [11]
La altura a la que se forman las nubes depende de la cantidad de humedad en la corriente térmica que las forma. El aire húmedo generalmente dará como resultado una base de nubes más baja. En las zonas templadas , la base de las nubes cúmulos suele estar por debajo de los 550 metros (1.800 pies) sobre el nivel del suelo, pero puede alcanzar hasta los 2.400 metros (7.900 pies) de altitud. En las zonas áridas y montañosas, la base de las nubes puede superar los 6.100 metros (20.000 pies). [12]
Las nubes cúmulos pueden estar compuestas de cristales de hielo , gotitas de agua, gotitas de agua superenfriada o una mezcla de ellos. [1] Las gotitas de agua se forman cuando el vapor de agua se condensa en los núcleos y luego pueden fusionarse en gotitas cada vez más grandes.
Un estudio descubrió que en las regiones templadas, las bases de las nubes estudiadas oscilaban entre 500 y 1.500 metros (1.600 a 4.900 pies) sobre el nivel del suelo. Estas nubes estaban normalmente por encima de los 25 °C (77 °F), y la concentración de gotitas oscilaba entre 23 y 1.300 gotitas por centímetro cúbico (380 a 21.300 por pulgada cúbica). Estos datos se tomaron de nubes cúmulos en crecimiento aisladas que no estaban precipitando. [13] Las gotitas eran muy pequeñas, de hasta alrededor de 5 micrómetros de diámetro. Aunque puede haber gotitas más pequeñas, las mediciones no fueron lo suficientemente sensibles para detectarlas. [14] Las gotitas más pequeñas se encontraron en las partes inferiores de las nubes, y el porcentaje de gotitas grandes (alrededor de 20 a 30 micrómetros) aumentó drásticamente en las regiones superiores de la nube. La distribución del tamaño de las gotas fue ligeramente bimodal por naturaleza, con picos en los tamaños de gotas pequeñas y grandes y un ligero valle en el rango de tamaño intermedio. La desviación fue aproximadamente neutra. [15] Además, el tamaño de las gotas grandes es aproximadamente inversamente proporcional a la concentración de gotas por unidad de volumen de aire. [16]
En algunos lugares, los cúmulos pueden tener "agujeros" donde no hay gotitas de agua. Esto puede ocurrir cuando los vientos rasgan la nube e incorporan el aire ambiental o cuando fuertes corrientes descendentes evaporan el agua. [17] [18]
Los cúmulos se presentan en cuatro especies distintas: cumulus humilis , mediocris , congestus y fractus . Estas especies pueden agruparse en la variedad cumulus radiatus y pueden estar acompañadas por hasta siete características complementarias: cumulus pileus , velum , virga , praecipitatio , arcus , pannus y tuba . [19] [20]
La especie Cumulus fractus tiene un aspecto irregular y puede formarse en el aire claro como precursora de los cumulus humilis y especies de cúmulos más grandes; o puede formarse en la precipitación como la característica complementaria pannus (también llamada scud ) que también puede incluir stratus fractus del mal tiempo. [21] [22] Las nubes Cumulus humilis tienen formas hinchadas y aplanadas. Las nubes Cumulus mediocris tienen un aspecto similar, excepto que tienen un cierto desarrollo vertical. Las nubes Cumulus congestus tienen una estructura similar a la de una coliflor y se elevan en la atmósfera, de ahí su nombre alternativo "cúmulos imponentes". [23] La variedad Cumulus radiatus se forma en bandas radiales llamadas calles de nubes y puede comprender cualquiera de las cuatro especies de cúmulos. [24]
Las características suplementarias de los cúmulos se observan con mayor frecuencia en la especie congestus. Los cúmulos virga son nubes cúmulos que producen virga (precipitación que se evapora mientras están en el aire), y los cúmulos praecipitatio producen precipitación que alcanza la superficie de la Tierra. [ 25] Los cúmulos pannus comprenden nubes fragmentadas que normalmente aparecen debajo de la nube cúmulo original durante la precipitación. Las nubes cúmulos arcus tienen un frente de ráfagas , [26] y las nubes cúmulos tuba tienen nubes en forma de embudo o tornados . [27] Las nubes cúmulos pileus se refieren a nubes cúmulos que han crecido tan rápidamente como para forzar la formación de pileus sobre la parte superior de la nube. [28] Las nubes cúmulos velum tienen un velo de cristales de hielo sobre la parte superior creciente de la nube. [19] También hay cúmulos cataractagenitus, que se forman por cascadas. [29]
Las nubes Cumulus humilis suelen indicar buen tiempo. [23] Las nubes Cumulus mediocris son similares, excepto que tienen cierto desarrollo vertical, lo que implica que pueden convertirse en nubes Cumulus congestus o incluso cumulonimbus , que pueden producir fuertes lluvias, relámpagos, vientos severos, granizo e incluso tornados . [4] [23] [30] Las nubes Cumulus congestus , que aparecen como torres, a menudo se convertirán en nubes de tormenta Cumulonimbus . Pueden producir precipitaciones. [23] Los pilotos de planeadores a menudo prestan mucha atención a las nubes Cumulus, ya que pueden ser indicadores de corrientes de aire ascendentes o térmicas debajo que pueden succionar el avión hacia el cielo, un fenómeno conocido como succión de nubes . [31]
Debido a la reflectividad, las nubes enfrían la Tierra alrededor de 12 °C (22 °F), un efecto causado principalmente por las nubes estratocúmulos. Sin embargo, al mismo tiempo, calientan la Tierra alrededor de 7 °C (13 °F) al reflejar la radiación emitida, un efecto causado principalmente por las nubes cirros . Esto da como resultado una pérdida neta promedio de 5 °C (9,0 °F). [32] Las nubes cúmulos, por otro lado, tienen un efecto variable en el calentamiento de la superficie de la Tierra. [33] Las especies más verticales de nubes cúmulos congestus y el género cumulonimbus crecen en la atmósfera, llevando humedad con ellas, lo que puede conducir a la formación de nubes cirros. Los investigadores especularon que esto podría incluso producir una retroalimentación positiva, donde la creciente humedad atmosférica superior calienta aún más la Tierra, lo que resulta en un número creciente de nubes cúmulos congestus que transportan más humedad a la atmósfera superior. [34]
Los cúmulos son un género de nubes bajas de convección libre, junto con las nubes relacionadas de convección limitada, los estratocúmulos. Estas nubes se forman desde el nivel del suelo hasta los 2000 metros (6600 pies) en todas las latitudes. Las nubes estratos también son de nivel bajo. En el nivel medio se encuentran las nubes alto, que consisten en las nubes estratocumuliformes de convección limitada, los altocúmulos, y las nubes estratiformes, los altoestratos. Las nubes de nivel medio se forman desde los 2000 metros (6600 pies) hasta los 7000 metros (23 000 pies) en áreas polares, 7000 metros (23 000 pies) en áreas templadas y 7600 metros (24 900 pies) en áreas tropicales. La nube de nivel alto, cirrocúmulo, es una nube estratocumuliforme de convección limitada. Las otras nubes en este nivel son los cirros y los cirroestratos. Las nubes altas se forman a alturas de entre 3.000 y 7.600 metros (9.800 y 24.900 pies) en latitudes altas, de entre 5.000 y 12.000 metros (16.000 y 39.000 pies) en latitudes templadas y de entre 6.100 y 18.000 metros (20.000 y 59.100 pies) en latitudes bajas y tropicales. [12] Las nubes cumulonimbus, como los cumulus congestus, se extienden verticalmente en lugar de permanecer confinadas en un nivel. [35]
Las nubes cirrocúmulos se forman en parches [36] y no pueden proyectar sombras. Por lo general, aparecen en patrones regulares y ondulados [37] o en filas de nubes con áreas despejadas entre ellas. [38] Los cirrocúmulos, al igual que otros miembros de las categorías cumuliformes y estratocumuliformes, se forman mediante procesos convectivos . [39] El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad a gran altitud y puede señalar la llegada de un clima más desfavorable. [40] [41] Los cristales de hielo en la parte inferior de las nubes cirrocúmulos tienden a tener la 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 tienen una tendencia a agruparse. [42] 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. Luego, la nube se disipa en cirros. [43] Las nubes cirrocúmulos se presentan en cuatro especies que son comunes a los tres tipos de género que tienen características de convección limitada o estratocumuliformes: stratiformis , lenticularis , castellanus y floccus . [40] Son iridiscentes cuando las gotas de agua superenfriada que las constituyen son todas aproximadamente del mismo tamaño. [41]
Las nubes altocúmulos son nubes de nivel medio que se forman desde los 2000 metros (6600 pies) de altura hasta los 4000 metros (13 000 pies) en áreas polares, 7000 metros (23 000 pies) en áreas templadas y 7600 metros (24 900 pies) en áreas tropicales. [12] Pueden tener precipitaciones y comúnmente están compuestas por una mezcla de cristales de hielo, gotas de agua superenfriada y gotas de agua en latitudes templadas. Sin embargo, la concentración de agua líquida fue casi siempre significativamente mayor que la concentración de cristales de hielo, y la concentración máxima de agua líquida tendió a estar en la parte superior de la nube mientras que el hielo se concentró en la parte inferior. [44] [45] Se encontró que los cristales de hielo en la base de las nubes altocúmulos y en la virga eran dendritas o conglomerados de dendritas, mientras que las agujas y las placas residían más hacia la parte superior. [45] Las nubes altocúmulos pueden formarse por convección o por elevación forzada causada por un frente cálido . [46]
Una nube estratocúmulo es otro tipo de nube estratocumuliforme. Al igual que los cúmulos, se forman en niveles bajos [38] y por convección. Sin embargo, a diferencia de los cúmulos, su crecimiento se ve casi completamente retardado por una fuerte inversión . Como resultado, se aplanan como nubes estratos, lo que les da una apariencia en capas. Estas nubes son extremadamente comunes y cubren en promedio alrededor del veintitrés por ciento de los océanos de la Tierra y el doce por ciento de los continentes de la Tierra. Son menos comunes en áreas tropicales y comúnmente se forman después de frentes fríos . Además, las nubes estratocúmulos reflejan una gran cantidad de la luz solar entrante, lo que produce un efecto de enfriamiento neto. [47] Las nubes estratocúmulos pueden producir llovizna , que estabiliza la nube calentándola y reduciendo la mezcla turbulenta. [48]
Las nubes cumulonimbus son la forma final de las nubes cúmulos en crecimiento. Se forman cuando las nubes cumulus congestus desarrollan una fuerte corriente ascendente que impulsa sus cimas cada vez más alto en la atmósfera hasta que alcanzan la tropopausa a 18.000 metros (59.000 pies) de altitud. Las nubes cumulonimbus, comúnmente llamadas nubarrones, pueden producir fuertes vientos, lluvias torrenciales, relámpagos, frentes de ráfagas, trombas marinas , nubes de embudo y tornados. Comúnmente tienen nubes de yunque . [23] [35] [49]
Una nube de herradura de corta duración puede formarse cuando un vórtice de herradura deforma una nube cúmulo. [50]
Se han descubierto algunas nubes cumuliformes y estratocumuliformes en la mayoría de los otros planetas del Sistema Solar . En Marte , la sonda Viking Orbiter detectó cirrocúmulos y estratocúmulos que se forman por convección principalmente cerca de los casquetes polares. [51] La sonda espacial Galileo detectó cumulonimbos masivos cerca de la Gran Mancha Roja en Júpiter . [52] También se han detectado nubes cumuliformes en Saturno . En 2008, la sonda espacial Cassini determinó que los cúmulos cerca del polo sur de Saturno eran parte de un ciclón de más de 4000 kilómetros (2500 mi) de diámetro. [53] El Observatorio Keck detectó cúmulos blanquecinos en Urano . [54] Al igual que Urano, Neptuno tiene cúmulos de metano. [55] Venus , sin embargo, no parece tener cúmulos. [56]
