Fundamentos de la convección atmosférica 1/3 (IV)

EL GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA AMBIENTAL

Aquellos que hayan participado en competiciones de vuelo libre les será familiar los diagramas de temperaturas que son mostrados cada día en una pizarra (ver Fig.1). Esto se usa para predecir el techo al cual las térmicas llegarán ese día y las probabilidades que habrá de buen tiempo para el vuelo. Dos líneas aparecen en esos diagramas altura-temperatura. Una es una línea recta representando el GVTAS desde la temperatura máxima prevista para ese día. La otra es una línea sinuosa representando las lecturas de temperaturas del aire a distintas alturas tomadas en un vuelo a primera hora de la mañana en una aeronave remolcada. A esta línea se la conoce como el Gradiente Vertical de Temperatura Ambiental, GVTAm (En inglés, Environmental Lapse Rate, ELR).

En estos diagramas, el GVTAm se dibuja conforme a la temperatura del aire actualizada por encima del campo de vuelo en el momento del vuelo de toma de muestras (Temp.-flight). Si otros vuelos se hiciesen a la vez en otros puntos de los alrededores del campo de vuelo, debería producir los mismos diagramas básicamente, excepto donde haya factores modificadores tales como una gran extensión de agua o el paso de un frente meteorológico. La línea temporal, o GVTAm, por lo tanto es una representación de la estructura vertical de temperaturas del nivel más bajo de la atmósfera en ese momento del día en las inmediaciones de la zona en general.

Figura 1.- Un diagrama típico de la temperatura del aire 

en varias alturas usado en competiciones de vuelo libre 

para predecir la altura máxima de las térmicas cada día. 

La línea continua gruesa es el perfil de las 

lecturas de temperatura a primera hora de la mañana 

sobre el campo de vuelo a unos 6500 pies.

PREDICCIÓN DEL TECHO DE LAS TÉRMICAS

Armados con estos conceptos, que posiblemente son los más poderosos en meteorología aplicada al vuelo libre, ya nos es posible estudiar el crecimiento diurno y la descomposición de la capa límite convectiva. En vuelo libre, la aplicación de estos conceptos se limita normalmente a la predicción de la altura máxima de las térmicas esperada para un día concreto, pero esto deja sin respuesta a un número de preguntas que son centrales en el tema de los procesos convectivos. A saber, cómo el GVTAm varía a lo largo de un periodo de 24 horas, porqué las térmicas siguen existiendo después del momento de máxima temperatura superficial (1) y porqué las térmicas con frecuencia llegan más alto avanzado el día. Revisaremos grosso modo el significado de predicción del techo de térmica y después continuaremos abordando en más profundidad los procesos de convección. 

Para la predicción del techo de las térmicas se requiere de una lectura de primera hora de la mañana del GVTAm a unos 6500 pies. Se puede obtener bien por un avión a motor o bien por una radiosonda enviada por el Servicio Nacional de Meteorología. La línea gruesa en la Fig.1 es un ejemplo típico de la ya citada línea temporal. Sus características principales se explicarán en el próximo artículo de esta serie. El único requerimiento es la temperatura máxima estimada para el día, que se puede obtener del departamento de meteorología, de las previsiones de la radio o de su propia experiencia personal. (NdT: En 1980 no existía internet).

Las térmicas empezarán justo después de que salga el Sol aunque no será hasta algunas horas después que no tendrán la altura o la duración suficiente para ser usadas para el vuelo libre. El aire ascendente se enfriará de forma seca y adiabática; empieza con la temperatura superficial, en el momento en que el aire deja la capa superficial continuará creciendo y enfriándose hasta que entre en un entorno relativamente más cálido. Esto será el techo de la térmica en ese momento porque si pudiese ir más alto sería más fría y por tanto menos flotante que su entorno y volvería a un nivel más bajo. Ejemplos de aire termal ascendente se representan en la Fig.1 con la línea discontinua que tiene una pendiente del GVTAS (3ºC por cada 1000 pies) y muestra diferentes temperaturas de superficie de inicio. A estas líneas se las conoce como “adiabáticas secas”.

La línea temporal es una representación de la estructura vertical de la temperatura de los niveles más bajos de la atmósfera sobre el área alrededor del campo de vuelo en el momento de la toma de lecturas. Como muy poca de la radiación solar es absorbida por la atmósfera, no provocará una alteración significativa de las temperaturas de las capas que nos interesan. En vez de eso, la radiación solar es absorbida (si no se refleja) por la superficie terrestre y por el mayor elemento de calentamiento de la atmósfera baja a lo largo del día que es el calor transportado hacia arriba por las térmicas. Por lo tanto, por encima de la capa en la que las térmicas están penetrando (la capa convectiva) las temperaturas del aire quedarán más o menos iguales a cuando fueron medidas esa mañana. 

Las térmicas se pueden representar en la Fig.1 mediante el trazado de adiabáticas secas desde la temperatura superficial en un momento determinado. Si consideramos una térmica que se dispara justo después de que la línea temporal en la Fig.1 fuese dibujada, es probable que la temperatura superficial se dibujará justo a la derecha de la línea temporal de temperatura de superficie y la térmica ascenderá hasta que la línea adiabática seca corte a la línea temporal. En todos los niveles bajo la altura de esta intersección, la adiabática seca estará a la derecha de la línea temporal y el aire de las térmicas es así más cálido que el de su entorno. En la intersección de las dos líneas, la temperatura del aire de la térmica es el mismo que el de su nuevo entorno y la térmica ya no puede crecer más alto porque nunca subiría en un aire más cálido. El corte entre la adiabática seca y el Gradiente Vertical de Temperatura Ambiental señala el techo de las térmicas en ese momento.

Al progresar el día, la temperatura superficial subirá hasta mediados de la sobremesa. Como la capa de convección crece, las térmicas transportan calor más arriba, calentando la capa y modificando el Gradiente Vertical de Temperatura Ambiental hasta lo más alto de la capa. La línea temporal de primera hora de la mañana, por lo consiguiente, sigue siendo correcta por encima de la capa de convección, pero no dentro de ella. La forma en que el GVTAm se modifica dentro de la capa de convección será explicada en las próximas dos secciones del artículo.

Al hacerse el día más caluroso, las térmicas dejan la capa superficial con temperaturas más altas y la adiabática seca que la representa debe ser dibujada cada vez más hacia la derecha como en la Fig.1. La intersección entre la adiabática seca y el Gradiente Vertical de Temperatura Ambiental se desplaza hacia arriba representando un incremento en el techo de las térmicas. En el momento de las máximas temperaturas del día la adiabática seca trazada para esas temperaturas cortará a la línea temporal en un punto más alto que todos los previos, dando la altura máxima de las térmicas del día.

Entendiendo este comportamiento, es algo sencillo hacer una predicción del techo de térmicas cada mañana antes de que la prueba de la competición sea asignada. Habiendo dibujado la línea temporal, simplemente se dibuja una adiabática seca desde la temperatura máxima estimada y donde se corten dará el techo para ese día. Como la temperatura máxima suele tener lugar tres o cuatro horas después del mediodía local, las térmicas se aproximarán a su máxima altura (y fortaleza) a esa hora. 

Esta técnica de predicción del techo de las térmicas es tan simple como fiable. Si no es que pareciese menospreciar la altura máxima de las térmicas por unos 500 o 1000 pies. Todo depende, por supuesto, de la precisión de su estimación de la temperatura máxima. Con experiencia, y utilizando las previsiones de la agencia de meteorología como base, es posible obtener un resultado bastante certero teniendo en cuenta el conocimiento local, la tendencias de las temperaturas máximas en los días previos y el movimiento de los sistemas meteorológicos a gran escala.
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NOTA (1).- El término “temperatura de superficie” o “temperatura superficial” se refiere a la temperatura del aire en contacto con la superficie terrestre y no a la temperatura del terreno.

(Serie Fundamentos de la convección atmosférica de Robert Dorning: 1 2 3 4 5 6 7)