¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

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Daneel
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¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor Daneel » Sab Mar 31, 2012 11:12 pm

En Meteorología General estamos viendo la estrucutura vertical de la atmósfera. A parte de la clasificación según el gradiente de temperatura vimos la clasificación según su composición. Así la atmósfera se divide en la homósfera y la heterósfera. En ésta última los gases se encuentran estratificados en capas y hay poca mezcla mientras que la primera tiene una composición homogénea (de ahí el nombre :P) debido a la mezcla convectiva y turbulenta.

Ahora....

Yo entiendo bien por qué la tropósfera está bien mezclada. El gradiente de temperatura negativo significa que la convección es muy eficiente y la geometría del suelo genera turbulencia. Pero la homósfera se extiende hasta la mesósfera y no entiendo cómo se produce la mezcla convectiva en la estrasófera. Me cuesta ver cómo el gradiente de temperatura positivo permite que haya convección; una burbuja de aire caliente al ascender se encuentra enseguida con una capa de la misma temperatura y no puede seguir ascendiendo. Esto se ve claramente en la forma de incus de los cumulus nimbus que no pueden subir más allá de la tropopausa por este motivo.

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Pregunté en clase pero Moira no supo responderme y me quedé con la duda. ¿Alguien sabe la respuesta a esto?
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marcos82
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor marcos82 » Dom Abr 01, 2012 1:00 am

Si bien no tengo la respuesta a esa pregunta, dado que nunca me la planteé, pienso que tal vez se deba a que después de la estratósfera, el gradiente de temperatura se vuelve otra vez negativo. O sea, después de la tropopausa en que la temperatura se mantiene casi constante (o con muy pequeñas variaciones en la vertical), la temperatura aumenta en la estratósfera por la absorción de los UV por parte del ozono. Ahora, cuando se supera la estratopausa (es decir por encima de la estratósfera, más o menos a unos 40 km de altura), la temperatura nuevamente comienza a descender con la altura hasta llegar a la ionosfera. Supongo que ahí debe haber nuevamente una zona propicia para que la convección actúe mezclando el aire, por más que la densidad del aire en esa zona sea extremadamente baja.

En las zonas donde el gradiente es muy estable, claramente los intercambios de aire no son tan efectivos, y en general los intercambios se dan en zonas muy reducidas de la atmósfera. Generalmente es en los overshootings de los Cb más potentes en donde aire troposférico logra meterse en la tropopausa y eventualmente en la estratosfera, y a la inversa se da en los ciclones de altura, que generalmente en sus zonas de descenso se comprueba la existencia de aire de origen estratosferico en zonas troposfericas. También otra zona donde aire estratosferico se puede meter en la troposfera según creo recordar es en las zonas polares durante los meses de verano, ya que en esas zonas el calentamiento es el mayor del planeta en el nivel de la estratosfera, y eso genera una alta en esa capa, la cual por mecanismo dinámico tiende a generar descenso de aire hacia niveles más bajos.

En fin, eso es todo lo que sé al respecto.
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Nube
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor Nube » Dom Abr 01, 2012 12:18 pm

Un paseo de trasnoche por gustfront y encuentro una pregunta de las que me gustan! Una de esas cosas que aceptamos sin pensar en la primera clase y después olvidamos alegremente por el resto de nuestra vida...jeje

Para los meteorólogos, la estratosfera es como una tapa que a veces puede ser agujereada un poco...y casi nada más (sin ánimo de ofender/nos). Pero, ¡hay vida más allá de la tropopausa!...aunque no haya convección.
En la estratosfera existe la circulación de Brewer-Dobson, algo así como dos celdas de Hadley muy asimétricas (mucho mayor la del hemisferio de verano). Con ascenso en zonas ecuatoriales (muy lento, del orden de cm/mes) y descenso en zonas polares. Aprox 10% (si recuerdo bien) de la masa de la estratosfera (muchísimo menor que la de la troposfera) se va renovando cada año con aire bien mezcladito de la troposfera.
Además, como las ondas se propagan verticalmente y se amplifican al disminuir la densidad, muchas ondas que se generan en la atmósfera baja se "rompen" en la estratosfera o en la mesosfera (creo que las ondas de montaña rompen en la mesosfera), lo que también genera mezcla (como las olas rompiendo en la playa).
Por supuesto estamos hablando de la conservación de la relación O2, N2, Ar, CO2. Los compuestos traza varían, como en la troposfera. Incluso pueden tener diferente origen, el H20 estratosférica (que es muy poca) proviene principalmente de la oxidación del CH4 y no de la evaporación en superficie.
Más allá de los 100-120 km de altura, como hay poco choque entre moléculas, las más livianas son menos afectadas por la gravedad terrestre, se aceleran más, pueden alejarse más y por eso se produce la estratificación por composición, con las más livianitas como el H2 escapando totalmente de la atmósfera terrestre hacia el espacio.

Dato pintoresco: el interes de Brewer en la estratosfera comenzó cuando volaba en vuelos nocturnos y helados en la 2da guerra mundial, investigando como se podían eliminar las estelas de los aviones para que pasaran desapercibidos a las baterías antiaéreas.

Un libro excelente (y accesible) sobre la estratosfera y el ozono:
http://www.ccpo.odu.edu/~lizsmith/SEES/ ... _class.htm

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Ernest
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor Ernest » Dom Abr 01, 2012 2:21 pm

Excelentes aportes Nube. A todo esto, bienvenido al foro! Sos meteorólogo o estás haciendo la carrera?
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Nube
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor Nube » Dom Abr 01, 2012 3:15 pm

Hola y gracias por la bienvenida!, pero soy unA nube.
Me considero más atmosferóloga (uy, nunca lo había puesto por escrito) que meteorológa, ya que me interesa más la química de la atmósfera que el tiempo de cada día. Así que les agradezco a todos todo lo que aportan con los pronósticos y análisis de situaciones!!!! Seguiré pasando por aquí...
Ah, según la Real Academia Española, la única sfera con tilde es la atmósfera...vaya uno a saber por qué

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marcos82
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor marcos82 » Dom Abr 01, 2012 4:28 pm

Bienvenida Nube. Si querés te podés presentar en Off Topic --> Bienvenidas y Cumpleaños.

Muy bueno tu aporte respecto de la circulación de la estratosfera (a propósito, yo siempre la acentúo porque le digo estratósfera en lugar de estratosfera, que es como se debería decir, cuestión de usos y costumbres nomás), y sobre todo con lo que tiene que ver con la propagación de ondas en la vertical. Ese es un tema en los modelos de pronóstico del tiempo, porque esas ondas existen en los modelos y como estos modelos suelen terminar en la mesosfera, hay todo un tratamiento numérico en el tope para que estas ondas no se reflejen y vuelvan a afectar a la troposfera.
Pero saliendo de ese tema particular, lo que decís de las ondas gravitatorias es muy importante por encima de la tropopausa.
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor Ernest » Dom Abr 01, 2012 5:04 pm

Jaaaa, mil disculpas Nube. Cuántos años tenés? :P (desvirtúa mal el chabón) :lol:
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Daneel
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor Daneel » Dom Abr 01, 2012 11:17 pm

Nube escribió:Un paseo de trasnoche por gustfront y encuentro una pregunta de las que me gustan! Una de esas cosas que aceptamos sin pensar en la primera clase y después olvidamos alegremente por el resto de nuestra vida...jeje

Para los meteorólogos, la estratosfera es como una tapa que a veces puede ser agujereada un poco...y casi nada más (sin ánimo de ofender/nos). Pero, ¡hay vida más allá de la tropopausa!...aunque no haya convección.
En la estratosfera existe la circulación de Brewer-Dobson, algo así como dos celdas de Hadley muy asimétricas (mucho mayor la del hemisferio de verano). Con ascenso en zonas ecuatoriales (muy lento, del orden de cm/mes) y descenso en zonas polares. Aprox 10% (si recuerdo bien) de la masa de la estratosfera (muchísimo menor que la de la troposfera) se va renovando cada año con aire bien mezcladito de la troposfera.
Además, como las ondas se propagan verticalmente y se amplifican al disminuir la densidad, muchas ondas que se generan en la atmósfera baja se "rompen" en la estratosfera o en la mesosfera (creo que las ondas de montaña rompen en la mesosfera), lo que también genera mezcla (como las olas rompiendo en la playa).
Por supuesto estamos hablando de la conservación de la relación O2, N2, Ar, CO2. Los compuestos traza varían, como en la troposfera. Incluso pueden tener diferente origen, el H20 estratosférica (que es muy poca) proviene principalmente de la oxidación del CH4 y no de la evaporación en superficie.
Más allá de los 100-120 km de altura, como hay poco choque entre moléculas, las más livianas son menos afectadas por la gravedad terrestre, se aceleran más, pueden alejarse más y por eso se produce la estratificación por composición, con las más livianitas como el H2 escapando totalmente de la atmósfera terrestre hacia el espacio.

Dato pintoresco: el interes de Brewer en la estratosfera comenzó cuando volaba en vuelos nocturnos y helados en la 2da guerra mundial, investigando como se podían eliminar las estelas de los aviones para que pasaran desapercibidos a las baterías antiaéreas.

Un libro excelente (y accesible) sobre la estratosfera y el ozono:
http://www.ccpo.odu.edu/~lizsmith/SEES/ ... _class.htm

¡Hola, nube! Que bueno verte por estos lados :)

Dejame ver si entiendo bien lo que decís. En la estratosfera la mezcla se produce por esta circulación Brewer-Dobson que transportan aire desde latitudes bajas hacia los polos. ¿Estas vendrían a ser como celdas convectivas? El artículo de wiki sobre la circulación Brewer-Dobson no ayuda mucho y dice que es un modelo para explicar la presencia de O3 en los polos a pesar de que se produce cerca del ecuador. Ni siquiera dice si su existencia está probada :S
Viendo la imagen, tiene pinta de circulación convectiva... por lo que no termino de entender. Dado que la temperatura estratosférica aumenta con la altura, ¿cómo se produce la convección?

Creo entender el otro mecanismo. El movimiento vertical producido por la convección y la turbulencia de la troposfera (desde ahora sin tilde :P) se transmite a la estratosfera e incluso llega a la mesosfera. Pueden llegar tan alto a causa de la disminución de la densidad. No sabía que estos movimientos verticales producido por montañas y demás llegaran tan arriba, ¡pero tiene sentido si se piensa en la baja densidad y en la estabilidad de la estratosfera!

Ahora, dado que aún existiendo procesos de mezcla en la estratosfera está claro que estos son mucho menos eficientes que en la troposfera (bah, lo asumo), ¿la mezcla no tendría que ser menos homogénea?
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hernymet
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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor hernymet » Lun Abr 02, 2012 1:11 am

Colgué leyendo el libro ese, acá va lo que entendí:
Las ondas de Rossby estacionarias (de onda larga), que se propagan hacia el oeste (y arriba) y se amplifican en la estratósfera interactúan con el jet estratosférico (del oeste) que aparece en el límite ecuatorial del vórtice polar en el hemisferio de invierno, frenándolo, e incluso desviándolo de su posición original. Estos cambios en la posición del vórtice polar pueden llevar a cambios bruscos en la temperatura estratosférica por la intrusíon de aire de latitudes mas bajas, mas cálido, que rápidamente comienza a enfriarse (recordando que el enfriamiento radiativo es zarpado en el invierno polar), por lo que se hace mas denso y cae.
Luego, por una cuestión de continuidad, ese aire que desciende en las zonas polares tiene que ser reemplazado por aire proveniente de los trópicos, con lo que se explica la circulación de Brewer-Dobson.
Entonces no tendría tanto que ver con las diferencias radiativas ecuador-polo como pasa con la circulación de Hadley, sino con este mecanismo que acabo de (intentar) explicar.

En fin, releyendo todo la redacción es pésima jaja, mejor veanló del libro que puso Nube, Cap6 sec 3.4, muy bueno.

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Re: ¿Por qué la homósfera llega a los 100km?

Mensajepor meteociclón » Lun Abr 02, 2012 9:53 pm

Hola!
Bienvenida Nube! :)

El tema de la heterósfera tiene que ver con una estratificación de los gases componentes de acuerdo con sus pesos moleculares... eso ocurre solo en las porciones más altas de la atmósfera donde la densidad es practicamente nula. Alli hay muy pocas moleculas por unidad de volumen y la mismas por el movimiento Browniano térmico (las moléculas y átomos se mueven por estar a temperaturas mayores al cero absoluto) no se pueden mantener mezcladas y van "decantando" según sus pesos moleculares y se van estratificando. También se dan procesos de ionización por la radiación solar de alta energía que llega e impacta con los átomos y moléculas (ionósfera) En esa zona el concepto de temperatura pierde sentido, por la casi nula densidad... si la temperatura es en relidad una medida de la energía cinética media de las moléculas... si hay muy muy pocas moleculas... tiene poco sentido... por mas alta que sea la temperatura "no se sentiría". Esas son las ideas que yo tengo de la heterósfera.

Saludos!


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