Cirrus ( símbolo de clasificación de nubes : Ci ) es un género de nubes altas formadas por cristales de hielo . Las nubes cirros suelen aparecer delicadas y tenues con hebras blancas. Los cirros generalmente se forman cuando se eleva aire cálido y seco, lo que provoca la deposición de vapor de agua sobre partículas de polvo rocosas o metálicas a gran altura. A nivel mundial, se forman entre 4.000 y 20.000 metros (13.000 y 66.000 pies) sobre el nivel del mar , con las elevaciones más altas generalmente en los trópicos y las elevaciones más bajas en regiones más polares .
Los cirros pueden formarse a partir de las cimas de tormentas eléctricas y ciclones tropicales y, en ocasiones, predicen la llegada de lluvia o tormentas. Aunque son una señal de que se avecinan lluvias y tal vez tormentas, los cirros en sí no dejan caer más que rayas de cristales de hielo. Estos cristales se disipan, se derriten y se evaporan a medida que caen a través de aire más cálido y seco y nunca llegan al suelo. Los cirros calientan la Tierra, contribuyendo potencialmente al cambio climático . Un calentamiento de la Tierra probablemente producirá más nubes cirros, lo que podría dar como resultado un bucle que se refuerza a sí mismo .
Los fenómenos ópticos , como los perros solares y los halos , pueden producirse mediante la interacción de la luz con los cristales de hielo en los cirros. Hay otras dos nubes parecidas a cirros de alto nivel llamadas cirroestratos y cirrocúmulos . Los cirroestratos parecen una capa de nubes, mientras que los cirrocúmulos parecen un patrón de pequeños penachos de nubes. A diferencia de los cirros y cirroestratos, las nubes cirrocúmulos contienen gotas de agua sobreenfriada (por debajo del punto de congelación ).
Los cirros se forman en las atmósferas de Marte , Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno ; y en Titán , una de las lunas más grandes de Saturno. Algunas de estas nubes cirros extraterrestres están hechas de amoníaco o hielo de metano , muy parecido al hielo de agua en los cirros de la Tierra. Algunas nubes interestelares , formadas por granos de polvo de tamaño inferior a una milésima de milímetro, también reciben el nombre de cirros .
Los cirros son nubes tenues hechas de largas hebras de cristales de hielo que se describen como plumosas, [1] con apariencia de pelos o en capas. [2] Definidos científicamente por primera vez por Luke Howard en un artículo de 1803, [3] su nombre se deriva de la palabra latina cirrus , que significa "rizo" o "franja". [4] Son transparentes , lo que significa que a través de ellos se puede ver el sol. Los cristales de hielo en las nubes hacen que generalmente parezcan blancas, pero el sol naciente o poniente puede colorearlas en varios tonos de amarillo o rojo. [2] [5] Al anochecer , pueden aparecer grises. [5]
Cirrus viene en cinco especies visualmente distintas: castellanus , fibratus , floccus , spissatus y uncinus : [2]
Cada especie se divide en hasta cuatro variedades: intortus , vertebratus , radiatus y duplicatus : [10]
Los cirros suelen producir filamentos parecidos a pelos llamados rayas de caída , hechos de cristales de hielo más pesados que caen de la nube. Son similares a la virga producida en las nubes de agua líquida. Los tamaños y formas de las rayas de caída están determinados por la cizalladura del viento. [13]
La cobertura de nubes cirros varía durante el día . Durante el día, la cobertura de nubes cirros disminuye y durante la noche aumenta. [14] Según los datos del satélite CALIPSO , los cirros cubren un promedio del 31% al 32% de la superficie de la Tierra. [15] La cobertura de nubes cirros varía enormemente según la ubicación, y algunas partes de los trópicos alcanzan hasta un 70% de cobertura de nubes cirros. Las regiones polares, por otro lado, tienen una cobertura de nubes cirros significativamente menor, y algunas áreas tienen una cobertura promedio anual de solo alrededor del 10%. [14] Estos porcentajes tratan los días y noches despejados, así como los días y noches con otros tipos de nubes, como falta de cobertura de nubes cirros. [dieciséis]
Las nubes cirros generalmente se forman a medida que se eleva aire cálido y seco, [2] lo que provoca que el vapor de agua se deposite sobre partículas de polvo rocosas o metálicas [17] a grandes altitudes. La altitud promedio de los cirros aumenta a medida que la latitud disminuye, pero la altitud siempre está limitada por la tropopausa . [18] Estas condiciones ocurren comúnmente en el borde de ataque de un frente cálido . [19] Debido a que la humedad absoluta es baja en altitudes tan elevadas, este género tiende a ser bastante transparente. [20] Las nubes cirros también se pueden formar dentro de los agujeros de caída (también llamados "cavum"). [21]
En latitudes de 65° N o S , cerca de las regiones polares , los cirros se forman, en promedio, a sólo 7.000 m (23.000 pies) sobre el nivel del mar. En las regiones templadas, aproximadamente a 45° N o S , su altitud promedio aumenta a 9.500 m (31.200 pies) sobre el nivel del mar. En las regiones tropicales , aproximadamente a 5° N o S , los cirros se forman a 13.500 m (44.300 pies) sobre el nivel del mar en promedio. En todo el mundo, los cirros pueden formarse entre 4.000 y 20.000 m (13.000 a 66.000 pies) sobre el nivel del mar. [18] Los cirros se forman con una amplia gama de espesores. Pueden tener desde 100 m (330 pies) de arriba a abajo hasta un espesor de 8.000 m (26.000 pies). El espesor de las nubes cirros suele estar entre esos dos extremos, con un espesor promedio de 1.500 m (4.900 pies). [22]
La corriente en chorro , una banda de viento de alto nivel, puede estirar los cirros el tiempo suficiente para cruzar continentes. [23] Las rayas en chorro, bandas de aire que se mueven más rápido en la corriente en chorro, pueden crear arcos de nubes cirros de cientos de kilómetros de largo. [24]
La formación de nubes cirros puede deberse a aerosoles orgánicos (partículas producidas por plantas) que actúan como puntos de nucleación adicionales para la formación de cristales de hielo. [25] [26] Sin embargo, la investigación sugiere que los cirros se forman más comúnmente sobre partículas rocosas o metálicas que sobre partículas orgánicas. [17]
Las capas de cirros comúnmente se abren en abanico desde las paredes del ojo de los ciclones tropicales. [27] (La pared del ojo es el anillo de nubes de tormenta que rodea el ojo de un ciclón tropical. [28] ) Un gran escudo de cirros y cirroestratos suele acompañar a los vientos de gran altitud de los ciclones tropicales, [27] y estos pueden hacer que las bandas subyacentes de lluvia —y a veces incluso el ojo— son difíciles de detectar en fotografías de satélite. [29]
Las tormentas pueden formar densos cirros en sus cimas. A medida que la nube cumulonimbus en una tormenta crece verticalmente, las gotas de agua líquida se congelan cuando la temperatura del aire alcanza el punto de congelación . [30] La nube yunque toma su forma porque la inversión de temperatura en la tropopausa evita que el aire cálido y húmedo que forma la tormenta se eleve más, creando así la parte superior plana. [31] En los trópicos, estas tormentas ocasionalmente producen grandes cantidades de cirros en sus yunques. [32] Los vientos de gran altitud comúnmente empujan esta densa capa hacia una forma de yunque que se extiende a favor del viento hasta varios kilómetros. [31]
Las formaciones de nubes cirros individuales pueden ser restos de nubes yunque formadas por tormentas eléctricas. En la etapa de disipación de una nube cumulonimbus, cuando la columna normal que se eleva hasta el yunque se ha evaporado o disipado, todo lo que queda es la capa de cirros en el yunque. [33]
Las estelas de vapor son un tipo artificial de nube cirro que se forma cuando el vapor de agua del escape de un motor a reacción se condensa en partículas, que provienen del aire circundante o del propio escape, y se congela, dejando un rastro visible. Los gases de escape pueden provocar la formación de cirros al proporcionar núcleos de hielo cuando no hay suficiente suministro natural en la atmósfera. [34] Uno de los impactos ambientales de la aviación es que las estelas persistentes pueden formar grandes mantos de cirros, [35] y el aumento del tráfico aéreo ha sido implicado como una posible causa del aumento de la frecuencia y cantidad de cirros en la atmósfera de la Tierra. [35] [36]
Los cirros aleatorios y aislados no tienen ningún significado particular. [19] Una gran cantidad de nubes cirros puede ser una señal de que se acerca un sistema frontal o una perturbación del aire en altura. La aparición de cirros indica un cambio en el tiempo (normalmente más tormentoso) en un futuro próximo. [37] Si la nube es un cirrus castellanus , podría haber inestabilidad en el nivel de gran altitud. [19] Cuando las nubes se profundizan y se extienden, especialmente cuando son de la variedad cirrus radiatus o especies de cirrus fibratus , esto generalmente indica que se acerca un frente climático. Si se trata de un frente cálido, los cirros se extienden en cirroestratos, que luego se espesan y descienden hasta convertirse en altocúmulos y altoestratos . El siguiente conjunto de nubes son las nubes nimboestratos portadoras de lluvia . [1] [19] [38] Cuando los cirros preceden a un frente frío , una línea de turbonada o una tormenta multicelular , es porque son expulsados del yunque, y las siguientes nubes en llegar son los cumulonimbus. [38] Las ondas de Kelvin-Helmholtz indican una cizalladura extrema del viento en niveles altos. [19] Cuando una racha en chorro crea un gran arco de cirros, las condiciones climáticas pueden ser adecuadas para el desarrollo de tormentas invernales . [24]
Dentro de los trópicos, 36 horas antes del paso central de un ciclón tropical, un velo de cirros blancos se acerca desde la dirección del ciclón. [39] A mediados y finales del siglo XIX, los meteorólogos utilizaban estos velos cirros para predecir la llegada de huracanes. A principios de la década de 1870 el presidente del Colegio Belén de La Habana , el padre Benito Viñes , desarrolló el primer sistema de predicción de huracanes; utilizó principalmente el movimiento de estas nubes para formular sus predicciones. [40] Observaría las nubes cada hora desde las 4:00 am hasta las 10:00 pm. Después de acumular suficiente información, Viñes comenzó a predecir con precisión la trayectoria de los huracanes; resumió sus observaciones en su libro Apuntes Relativos a los Huracanes de las Antillas , publicado en inglés como Practical Hints in Regard to West Indian Hurricanes . [41]
Los cirros cubren hasta el 25% de la Tierra (hasta el 70% en los trópicos durante la noche [42] ) y tienen un efecto de calentamiento neto. [43] Cuando son delgadas y translúcidas, las nubes absorben eficientemente la radiación infrarroja saliente mientras que solo reflejan marginalmente la luz solar entrante. [44] Cuando los cirros tienen 100 m (330 pies) de espesor, reflejan sólo alrededor del 9% de la luz solar entrante, pero evitan que escape casi el 50% de la radiación infrarroja saliente, elevando así la temperatura de la atmósfera debajo de las nubes. en un promedio de 10 °C (18 °F) [45] , un proceso conocido como efecto invernadero . [46] En promedio a nivel mundial, la formación de nubes da como resultado una pérdida de temperatura de 5 °C (9 °F) en la superficie terrestre, principalmente como resultado de las nubes estratocúmulos . [47]
Es probable que las nubes cirros se estén volviendo más comunes debido al cambio climático . Como su efecto invernadero es más fuerte que su reflejo de la luz solar, esto actuaría como una retroalimentación que se refuerza a sí misma . [48] Las partículas metálicas de origen humano actúan como semillas de nucleación adicionales, aumentando potencialmente la cobertura de nubes cirros y contribuyendo así aún más al cambio climático. [17] Las aeronaves en la troposfera superior pueden crear nubes cirros de estela si las condiciones climáticas locales son adecuadas. Estas estelas contribuyen al cambio climático. [49]
El adelgazamiento de las nubes cirros se ha propuesto como posible enfoque de geoingeniería para reducir el daño climático debido al dióxido de carbono . El adelgazamiento de las nubes cirros implicaría inyectar partículas en la troposfera superior para reducir la cantidad de nubes cirros. El Informe de evaluación del IPCC de 2021 expresó poca confianza en el efecto de enfriamiento del adelgazamiento de las nubes cirros, debido a una comprensión limitada. [50]
Los científicos han estudiado las propiedades de los cirros utilizando varios métodos diferentes. Lidar ( radar basado en láser ) proporciona información muy precisa sobre la altitud, la longitud y el ancho de la nube. Los higrómetros transportados por globos [a] miden la humedad de los cirros, pero no son lo suficientemente precisos para medir la profundidad de la nube. Las unidades de radar brindan información sobre las altitudes y el espesor de los cirros. [51] Otra fuente de datos son las mediciones satelitales del programa Experimento de gases y aerosoles estratosféricos . Estos satélites miden dónde se absorbe la radiación infrarroja en la atmósfera y, si se absorbe en altitudes cirros, se supone que hay cirros en ese lugar. [52] El espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada de la NASA brinda información sobre la cobertura de nubes cirros midiendo la radiación infrarroja reflejada de varias frecuencias específicas durante el día. Durante la noche, determina la cobertura de los cirros detectando las emisiones infrarrojas de la Tierra. La nube refleja esta radiación hacia el suelo, lo que permite a los satélites ver la "sombra" que proyecta en el espacio. [27] Las observaciones visuales desde aviones o desde tierra proporcionan información adicional sobre las nubes cirros. [52] El análisis de partículas mediante espectrometría de masas láser (PALMS) [b] se utiliza para identificar el tipo de semillas de nucleación que generaron los cristales de hielo en una nube cirro. [17]
Las nubes cirros tienen una concentración promedio de cristales de hielo de 300.000 cristales de hielo por 10 metros cúbicos (270.000 cristales de hielo por 10 yardas cúbicas ). La concentración varía desde tan solo 1 cristal de hielo por 10 metros cúbicos hasta 100 millones de cristales de hielo por 10 metros cúbicos (poco menos de 1 cristal de hielo por 10 yardas cúbicas a 77 millones de cristales de hielo por 10 yardas cúbicas), una diferencia de ocho órdenes de magnitud . El tamaño de cada cristal de hielo suele ser de 0,25 milímetros, [22] pero varían desde tan solo 0,01 milímetros hasta varios milímetros. [55] Los cristales de hielo en las estelas de vapor pueden ser mucho más pequeños que los de los cirros naturales, midiendo entre 0,001 y 0,1 milímetros de longitud. [34]
Además de formarse en diferentes tamaños, los cristales de hielo en los cirros pueden cristalizar en diferentes formas: columnas sólidas, columnas huecas, placas, rosetas y conglomerados de otros tipos. La forma de los cristales de hielo está determinada por la temperatura del aire, la presión atmosférica y la sobresaturación del hielo (la cantidad en la que la humedad relativa supera el 100%). Los cirros en las regiones templadas suelen tener diversas formas de cristales de hielo separadas por tipo. Las columnas y placas se concentran cerca de la cima de la nube, mientras que las rosetas y conglomerados se concentran cerca de la base. En la región norte del Ártico , los cirros tienden a estar compuestos únicamente de columnas, placas y conglomerados, y estos cristales tienden a ser al menos cuatro veces más grandes que el tamaño mínimo. En la Antártida , los cirros suelen estar compuestos únicamente por columnas que son mucho más largas de lo normal. [55]
Las nubes cirros suelen estar a menos de -20 °C (-4 °F). [55] A temperaturas superiores a -68 °C (-90 °F), la mayoría de los cirros tienen humedades relativas de aproximadamente el 100% (es decir, están saturadas). [56] Los cirros pueden sobresaturarse, con humedades relativas sobre el hielo que pueden superar el 200%. [57] [56] Por debajo de -68 °C (-90 °F) hay más nubes cirros subsaturadas y sobresaturadas. [58] Las nubes más sobresaturadas son probablemente cirros jóvenes. [56]
Las nubes cirros pueden producir varios efectos ópticos como halos alrededor del Sol y la Luna. Los halos son causados por la interacción de la luz con cristales de hielo hexagonales presentes en las nubes que, dependiendo de su forma y orientación, pueden dar como resultado una amplia variedad de anillos, arcos y manchas blancas y de colores en el cielo, incluidos perros solares , [55 ] el halo de 46° , [59] el halo de 22° , [59] y arcos circunhorizontales . [60] [61] Los arcos circunhorizontales solo son visibles cuando el Sol se eleva a más de 58 ° sobre el horizonte, lo que impide que los observadores en latitudes más altas puedan verlos. [62]
Más raramente, los cirros son capaces de producir glorias , más comúnmente asociadas con nubes a base de agua líquida como los estratos . Una gloria es un conjunto de anillos brillantes concéntricos, de colores tenues, que aparecen alrededor de la sombra del observador y se observan mejor desde un punto de vista elevado o desde un avión. [63] Los cirros sólo forman glorias cuando los cristales de hielo que los constituyen son asféricos; Los investigadores sugieren que los cristales de hielo deben tener entre 0,009 milímetros y 0,015 milímetros de largo para que aparezca una gloria. [64]
Las nubes cirros son uno de los tres géneros diferentes de nubes de alto nivel, y a todas ellas se les asigna el prefijo "cirro-". Los otros dos géneros son cirrocumulus y cirrostratus. Las nubes de alto nivel suelen formarse por encima de los 6.100 m (20.000 pies). [1] [65] [66] Los cirrocúmulos y cirroestratos a veces se denominan informalmente nubes cirriformes debido a su frecuente asociación con cirros. [67]
En el rango intermedio, de 2000 a 6100 m (6500 a 20 000 pies), [1] [65] están las nubes de nivel medio, a las que se les da el prefijo "alto-". Comprenden dos géneros, altostratus y altocumulus . Estas nubes se forman a partir de cristales de hielo, gotas de agua sobreenfriada o gotas de agua líquida. [1]
Las nubes de bajo nivel suelen formarse por debajo de los 2000 m (6500 pies) y no tienen prefijo. [1] [65] Los dos géneros que son estrictamente de bajo nivel son estratos y estratocúmulos . Estas nubes están compuestas de gotas de agua, excepto durante el invierno, cuando están formadas por gotas de agua sobreenfriada o cristales de hielo si la temperatura al nivel de las nubes es inferior al punto de congelación. Por lo general, se forman tres géneros adicionales en el rango de baja altitud, pero pueden basarse en niveles más altos en condiciones de muy baja humedad. Son los géneros cumulus , cumulonimbus y nimbostratus . A veces se clasifican por separado como nubes de desarrollo vertical, especialmente cuando sus cimas son lo suficientemente altas como para estar compuestas por gotas de agua sobreenfriada o cristales de hielo. [68] [1]
Las nubes cirrocúmulos se forman en láminas o parches [69] y no proyectan sombras. Suelen aparecer en patrones ondulantes regulares [66] o en hileras de nubes con áreas claras entre ellas. [1] Los cirrocúmulos, al igual que otros miembros de la categoría cumuliforme, se forman mediante procesos convectivos . [70] El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad a gran altitud y puede indicar la aproximación de un clima más pobre. [71] [72] 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 cima de la nube, estos cristales tienden a agruparse. [73] Estas nubes no duran mucho y tienden a convertirse en cirros porque a medida que el vapor de agua continúa depositándose sobre los cristales de hielo, eventualmente comienzan a caer, destruyendo la convección ascendente. Luego, la nube se disipa formando cirros. [74] Las nubes cirrocúmulos se presentan en cuatro especies: estratiformes , lenticulares , castellanus y floccus . [71] Son iridiscentes cuando las gotas de agua sobreenfriada que las constituyen son todas aproximadamente del mismo tamaño. [72]
Las nubes cirroestratos pueden aparecer como un brillo lechoso en el cielo [71] o como una lámina estriada. [66] A veces son similares a los altoestratos y se distinguen de estos últimos porque el Sol o la Luna siempre son claramente visibles a través de cirroestratos transparentes, en contraste con los altoestratos que tienden a ser opacos o translúcidos. [75] Los cirrostratus vienen en dos especies, fibratus y nebulosus . [71] Los cristales de hielo en estas nubes varían dependiendo de la altura de la nube. Hacia el fondo, a temperaturas de alrededor de -35 a -45 °C (-31 a -49 °F), los cristales tienden a ser columnas hexagonales, largas y sólidas. Hacia la cima de la nube, a temperaturas de alrededor de -47 a -52 °C (-53 a -62 °F), los tipos de cristales predominantes son placas hexagonales gruesas y columnas hexagonales cortas y sólidas. [74] [76] Estas nubes comúnmente producen halos y, a veces, el halo es la única indicación de que dichas nubes están presentes. [77] Se forman cuando el aire cálido y húmedo se eleva lentamente a una altitud muy alta. [78] Cuando se acerca un frente cálido, las nubes cirroestratos se vuelven más espesas y descienden formando nubes altoestratos, [1] y la lluvia generalmente comienza entre 12 y 24 horas después. [77]
Se han observado nubes cirros en varios otros planetas. En 2008, el Martian Lander Phoenix tomó una fotografía a intervalos de un grupo de nubes cirros moviéndose por el cielo marciano utilizando lidar. [79] Cerca del final de su misión, el Phoenix Lander detectó más nubes delgadas cerca del polo norte de Marte. En el transcurso de varios días, se espesaron, descendieron y finalmente comenzaron a nevar. La precipitación total fue de sólo unas pocas milésimas de milímetro. James Whiteway de la Universidad de York concluyó que "la precipitación es un componente del ciclo hidrológico [marciano] ". [80] Estas nubes se formaron durante la noche marciana en dos capas, una a unos 4.000 m (13.000 pies) sobre el suelo y la otra a nivel de la superficie. Duraron hasta primera hora de la mañana antes de ser quemados por el sol. Los cristales de estas nubes se formaron a una temperatura de -65 °C (-85 °F) y tenían forma aproximada de elipsoides de 0,127 milímetros de largo y 0,042 milímetros de ancho. [81]
En Júpiter, los cirros están compuestos de amoníaco . Cuando el cinturón ecuatorial sur de Júpiter desapareció, una hipótesis propuesta por Glenn Orten fue que se había formado una gran cantidad de cirros de amoníaco sobre él, ocultándolo de la vista. [82] La sonda Cassini de la NASA detectó estas nubes en Saturno [83] y finos cirros de agua helada en Titán , la luna de Saturno . [84] En Urano existen nubes cirros compuestas de hielo de metano . [85] En Neptuno, se han detectado nubes delgadas y tenues que posiblemente podrían ser cirros sobre la Gran Mancha Oscura . Al igual que en Urano, probablemente se trate de cristales de metano. [86]
Los cirros interestelares están compuestos de pequeños granos de polvo de menos de un micrómetro y, por lo tanto, no son verdaderos cirros, que están compuestos de cristales congelados. [87] Varían desde unos pocos años luz hasta docenas de años luz de diámetro. Si bien técnicamente no son nubes cirros, las nubes de polvo se denominan "cirros" debido a su similitud con las nubes de la Tierra. Emiten radiación infrarroja, similar a la forma en que los cirros de la Tierra reflejan el calor que se irradia al espacio. [88]
Notas a pie de página
Bibliografía
