La tropopausa es el límite atmosférico que delimita la troposfera de la estratosfera , que son las dos más bajas de las cinco capas de la atmósfera de la Tierra . La tropopausa es una capa de estratificación de gradiente termodinámico que marca el final de la troposfera y se encuentra aproximadamente a 17 kilómetros (11 millas) por encima de las regiones ecuatoriales y aproximadamente a 9 kilómetros (5,6 millas) por encima de las regiones polares .
La tropopausa, que se eleva desde la superficie planetaria de la Tierra, es el nivel atmosférico donde el aire deja de enfriarse con el aumento de la altitud y se vuelve seco, sin vapor de agua. La tropopausa es el límite que delimita la troposfera de abajo de la estratosfera de arriba, y es parte de la atmósfera donde ocurre un cambio abrupto en la tasa de caída ambiental (ELR) de temperatura, desde una tasa positiva (de disminución) en la troposfera a una tasa negativa en la estratosfera. La tropopausa se define como el nivel más bajo en el que la tasa de caída disminuye a 2°C/km o menos, siempre que la tasa de caída promedio, entre ese nivel y todos los demás niveles superiores dentro de 2,0 km no supere los 2°C/km. . [1] La tropopausa es una superficie de discontinuidad de primer orden , en la que la temperatura en función de la altura varía continuamente a través de la atmósfera, mientras que el gradiente de temperatura tiene una discontinuidad. [2]
La troposfera es la capa más baja de la atmósfera terrestre; comienza en la capa límite planetaria , y es la capa en la que ocurren la mayoría de los fenómenos meteorológicos . La troposfera contiene la capa límite y su altura varía desde un promedio de 9 km (5,6 millas; 30 000 pies) en los polos hasta 17 km (11 millas; 56 000 pies) en el ecuador . [3] [4] En ausencia de inversiones y sin considerar la humedad , la tasa de caída de temperatura para esta capa es de 6,5 °C por kilómetro, en promedio, según la atmósfera estándar de EE. UU . [5] Una medición de las tasas de caída troposférica y estratosférica ayuda a identificar la ubicación de la tropopausa, ya que la temperatura aumenta con la altura en la estratosfera y, por lo tanto, la tasa de caída se vuelve negativa. La ubicación de la tropopausa coincide con el punto más bajo en el que la tasa de caída es inferior a un umbral prescrito.
Dado que la tropopausa responde a la temperatura promedio de toda la capa que se encuentra debajo de ella, se encuentra en sus niveles máximos sobre el Ecuador, y alcanza alturas mínimas sobre los polos. Por esta razón, la capa más fría de la atmósfera se encuentra a unos 17 km sobre el ecuador. Debido a la variación en la altura inicial, los extremos de la tropopausa se denominan tropopausa ecuatorial y tropopausa polar.
Dado que la tasa de caída no es una cantidad conservadora cuando se considera la tropopausa para estudios de intercambios estratosfera-troposfera, existe una definición alternativa denominada tropopausa dinámica . [6] Se forma con la ayuda de la vorticidad potencial , que se define como el producto de la densidad isentrópica , es decir, la densidad que se puede medir utilizando la temperatura potencial como coordenada vertical, y la vorticidad absoluta , dado que esta cantidad alcanza bastante valores diferentes para la troposfera y la estratosfera. [7] En lugar de utilizar el gradiente de temperatura vertical como variable definitoria, la superficie dinámica de la tropopausa se expresa en unidades de vorticidad potencial (PVU, 1 PVU = 10 -6 K m 2 kg -1 s -1 [8] ). Dado que la vorticidad absoluta es positiva en el hemisferio norte y negativa en el hemisferio sur , el valor umbral debe considerarse positivo al norte del ecuador y negativo al sur del mismo. [9] Teóricamente, para definir una tropopausa global de esta manera, las dos superficies que surgen de los umbrales positivo y negativo deben coincidir cerca del ecuador utilizando otro tipo de superficie, como una superficie de temperatura potencial constante . Sin embargo, la tropopausa dinámica es inútil en latitudes ecuatoriales porque las isentropas son casi verticales. [8] Para la tropopausa extratropical en el hemisferio norte la OMM estableció un valor de 1,6 PVU, [8] : 152 pero tradicionalmente se han utilizado valores mayores que oscilan entre 2 y 3,5 PVU. [10]
También es posible definir la tropopausa en términos de composición química. [11] Por ejemplo, la estratosfera inferior tiene concentraciones de ozono mucho más altas que la troposfera superior, pero concentraciones de vapor de agua mucho más bajas , por lo que se puede definir un límite apropiado.
En 1949, Alan West Brewer propuso que el aire troposférico pasa a través de la tropopausa hacia la estratosfera cerca del ecuador, luego viaja a través de la estratosfera hacia las regiones templadas y polares, donde se hunde en la troposfera. [12] Esto ahora se conoce como circulación Brewer-Dobson . Debido a que los gases ingresan principalmente a la estratosfera pasando a través de la tropopausa en los trópicos donde la tropopausa es más fría, el vapor de agua se condensa a partir del aire que ingresa a la estratosfera. Esta teoría de la " trampa fría de la capa de tropopausa tropical " ha sido ampliamente aceptada. [13] Esta trampa fría limita el vapor de agua estratosférico a 3 a 4 partes por millón. [14] Investigadores de Harvard han sugerido que los efectos del calentamiento global en los patrones de circulación del aire debilitarán la trampa de frío de la capa de tropopausa tropical. [15]
El vapor de agua que logra atravesar la trampa fría eventualmente sube a la cima de la estratosfera, donde sufre una fotodisociación en oxígeno e hidrógeno o iones de hidróxido e hidrógeno. [16] [17] Este hidrógeno puede entonces escapar de la atmósfera. Así, en cierto sentido, la trampa fría de la capa de la tropopausa tropical es lo que impide que la Tierra pierda su agua en el espacio. James Kasting ha predicho que dentro de 1 a 2 mil millones de años , a medida que el Sol aumente su luminosidad, la temperatura de la Tierra aumentará lo suficiente como para que la trampa de frío ya no sea efectiva y, por lo tanto, la Tierra se secará. [18]
La tropopausa no es un límite fijo. Las tormentas fuertes , por ejemplo, particularmente las de origen tropical, sobrepasarán la estratosfera inferior y sufrirán una breve oscilación vertical de baja frecuencia (del orden de una hora o menos) . [19] Tal oscilación da como resultado una onda de gravedad atmosférica de baja frecuencia capaz de afectar tanto las corrientes atmosféricas como las oceánicas en la región. [ cita necesaria ]
La mayoría de los aviones comerciales vuelan en la estratosfera inferior, justo por encima de la tropopausa, durante la fase de crucero de sus vuelos; En esta región, las nubes y las perturbaciones climáticas significativas características de la troposfera suelen estar ausentes. [20]
