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Articulo de referencia

Precipitación

Precipitación total anual media durante 30 años (1991-2020) según los datos de reanálisis ERA5. En meteorología , la precipitación es cualquier producto de la condensación del v...

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Precipitación total anual media durante 30 años (1991-2020) según los datos de reanálisis ERA5.

En meteorología , la precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que cae de las nubes debido a la atracción gravitatoria. [ 1 ] Las principales formas de precipitación incluyen llovizna , lluvia , lluvia y nieve mezcladas ("aguanieve" en el uso común), nieve , granizo , granizo blando y granizo . La precipitación ocurre cuando las partículas de las nubes se vuelven lo suficientemente pesadas como para que los movimientos atmosféricos sean insuficientes para mantenerlas en el aire, de modo que "precipitan" o caen. Por lo tanto, la niebla y la bruma no son precipitación; su vapor de agua no se condensa lo suficiente como para precipitar, por lo que la niebla y la bruma no caen. (Tal combinación no precipitante es un coloide ). Dos procesos, posiblemente actuando juntos, pueden llevar a que el aire se sature de vapor de agua: enfriar el aire o agregar vapor de agua al aire. La precipitación se forma cuando gotas más pequeñas se unen por colisión con otras gotas de lluvia o cristales de hielo dentro de una nube. Los períodos cortos e intensos de lluvia en lugares dispersos se llaman chubascos . [ 2 ]

La humedad que asciende o se ve obligada a subir sobre una capa de aire bajo cero en la superficie puede condensarse debido a la baja temperatura, formando nubes y lluvia. Este proceso suele estar activo cuando se produce lluvia helada. A menudo, un frente estacionario se encuentra cerca de la zona de lluvia helada y actúa como foco para forzar el ascenso del aire húmedo. Siempre que haya suficiente humedad atmosférica, esta se condensará en nubes, concretamente nimboestratos y cumulonimbos si hay precipitaciones significativas. Finalmente, las gotitas de las nubes crecerán lo suficiente como para formar gotas de lluvia y descenderán hacia la Tierra, donde se congelarán al contacto con objetos expuestos. En presencia de masas de agua relativamente cálidas, por ejemplo, debido a la evaporación del agua de los lagos, la nieve de efecto lacustre se convierte en un problema a sotavento de los lagos cálidos dentro del flujo ciclónico frío que rodea la parte posterior de los ciclones extratropicales . La nieve de efecto lacustre puede ser localmente intensa. Es posible que se produzca nieve con truenos dentro de la cabeza en forma de coma de un ciclón y dentro de las bandas de precipitación de efecto lacustre. En las zonas montañosas, es posible que se produzcan fuertes precipitaciones donde el flujo ascendente se maximiza en las laderas de barlovento del terreno a mayor altitud. En la ladera de sotavento de las montañas, pueden existir climas desérticos debido al aire seco causado por el calentamiento por compresión. La mayor parte de las precipitaciones se producen en los trópicos y son causadas por convección . [ 3 ]

La precipitación es un componente principal del ciclo del agua y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce del planeta. Aproximadamente 505 000 kilómetros cúbicos (121 000 mi³ ) de agua caen como precipitación cada año: 398 000 kilómetros cúbicos (95 000 mi³ ) sobre los océanos y 107 000 kilómetros cúbicos (26 000 mi³ ) sobre la tierra. [ 4 ] Dada la superficie terrestre, esto significa que la precipitación anual promedio global es de 990 milímetros (39 pulgadas ) , pero sobre la tierra es de solo 715 milímetros (28,1 pulgadas) . Los sistemas de clasificación climática, como el sistema de clasificación climática de Köppen, utilizan la precipitación anual promedio para ayudar a diferenciar entre distintos regímenes climáticos. El calentamiento global ya está provocando cambios en el clima, aumentando la precipitación en algunas zonas geográficas y reduciéndola en otras, lo que resulta en un mayor número de fenómenos meteorológicos extremos . [ 5 ]     

La precipitación puede ocurrir en otros cuerpos celestes. Titán , el satélite más grande de Saturno , presenta precipitación de metano en forma de llovizna de caída lenta , [ 6 ] que se ha observado como charcos de lluvia en su ecuador [ 7 ] y regiones polares. [ 8 ] [ 9 ]

Tipos

Una tormenta eléctrica con fuertes lluvias

Los mecanismos de producción de precipitación incluyen lluvia convectiva, estratiforme [ 10 ] y orográfica [ 11 ] . Los procesos convectivos implican fuertes movimientos verticales que pueden causar la inversión de la atmósfera en esa ubicación en una hora y provocar fuertes precipitaciones [ 12 ] , mientras que los procesos estratiformes implican movimientos ascendentes más débiles y precipitaciones menos intensas [ 13 ] . La precipitación se puede dividir en tres categorías, según caiga como agua líquida, agua líquida que se congela al contacto con la superficie o hielo. Pueden caer simultáneamente mezclas de diferentes tipos de precipitación, incluyendo tipos de diferentes categorías. Las formas líquidas de precipitación incluyen lluvia y llovizna. La lluvia o llovizna que se congela al contacto dentro de una masa de aire bajo cero se llama "lluvia helada" o "llovizna helada". Las formas congeladas de precipitación incluyen nieve, agujas de hielo , gránulos de hielo , granizo y granizo blando [ 14 ] .

Medición

Precipitación líquida
La precipitación (incluida la llovizna y la lluvia) se suele medir con un pluviómetro y se expresa en milímetros ( mm) de altura o profundidad . De forma equivalente, se puede expresar como una magnitud física con dimensiones de volumen de agua por área de captación, en litros por metro cuadrado (L/m² ) ; como 1 L  =  1 dm³  =  1 mm·m² , las unidades de área (m² ) se cancelan , resultando simplemente en "mm". Esto también corresponde a una densidad de área expresada en kg/m² , si se supone que 1 litro de agua tiene una masa de 1 kg ( densidad del agua ), lo cual es aceptable para la mayoría de los fines prácticos. La unidad inglesa correspondiente que se suele utilizar son las pulgadas . En Australia, antes de la metrificación, la precipitación también se medía en "puntos", cada uno de los cuales se definía como una centésima de pulgada. [ 15 ] 
Precipitación sólida
Un pluviómetro se usa generalmente para medir la cantidad de precipitación sólida. La nevada se mide normalmente en centímetros dejando caer la nieve en un recipiente y luego midiendo la altura. Opcionalmente, la nieve se puede derretir para obtener una medida de equivalente de agua en milímetros, como en el caso de la precipitación líquida. La relación entre la altura de la nieve y el equivalente de agua depende del contenido de agua de la nieve; por lo tanto, el equivalente de agua solo proporciona una estimación aproximada de la profundidad de la nieve. Otras formas de precipitación sólida, como los gránulos de nieve y el granizo, o incluso la mezcla de lluvia y nieve ("aguanieve" en el uso común), también se pueden derretir y medir como sus respectivos equivalentes de agua, generalmente expresados ​​en milímetros como en el caso de la precipitación líquida. [ 16 ]

El aire se satura

Enfriar el aire hasta su punto de rocío

Tormenta de finales de verano en Dinamarca
Formación de nubes lenticulares debido a las montañas de Wyoming.

El punto de rocío es la temperatura a la que una parcela de aire debe enfriarse para saturarse y (a menos que ocurra sobresaturación) condensarse en agua. [ 17 ] El vapor de agua normalmente comienza a condensarse en núcleos de condensación como polvo, hielo y sal para formar nubes. La concentración de núcleos de condensación de nubes determinará la microfísica de las nubes. [ 18 ] Una porción elevada de una zona frontal fuerza amplias áreas de ascenso, que forman capas de nubes como altostratos o cirrostratos . Los estratos son capas de nubes estables que tienden a formarse cuando una masa de aire frío y estable queda atrapada debajo de una masa de aire cálido. También pueden formarse debido al ascenso de niebla de advección durante condiciones de viento. [ 19 ]

Hay cuatro mecanismos principales para enfriar el aire hasta su punto de rocío: enfriamiento adiabático, enfriamiento conductivo, enfriamiento radiativo y enfriamiento evaporativo. El enfriamiento adiabático ocurre cuando el aire asciende y se expande. [ 20 ] El aire puede ascender debido a la convección , movimientos atmosféricos a gran escala o una barrera física como una montaña ( elevación orográfica ). El enfriamiento conductivo ocurre cuando el aire entra en contacto con una superficie más fría, [ 21 ] generalmente al ser arrastrado de una superficie a otra, por ejemplo, de una superficie de agua líquida a tierra más fría. El enfriamiento radiativo ocurre debido a la emisión de radiación infrarroja , ya sea por el aire o por la superficie subyacente. [ 22 ] El enfriamiento evaporativo ocurre cuando se agrega humedad al aire a través de la evaporación, lo que fuerza la temperatura del aire a enfriarse hasta su temperatura de bulbo húmedo , o hasta que alcanza la saturación. [ 23 ]

Añadir humedad al aire

Las principales formas en que se agrega vapor de agua al aire son: convergencia del viento en áreas de movimiento ascendente, [ 12 ] precipitación o virga que cae desde arriba, [ 24 ] calentamiento diurno que evapora agua de la superficie de océanos, cuerpos de agua o tierras húmedas, [ 25 ] transpiración de las plantas, [ 26 ] aire frío o seco que se mueve sobre agua más cálida, [ 27 ] y elevación del aire sobre las montañas. [ 28 ]

Formas de precipitación

La condensación y la coalescencia son partes importantes del ciclo del agua .

gotas de lluvia

Charco en la lluvia

La coalescencia ocurre cuando las gotas de agua se fusionan para crear gotas de agua más grandes, o cuando las gotas de agua se congelan sobre un cristal de hielo, lo que se conoce como el proceso de Bergeron . La velocidad de caída de las gotas muy pequeñas es insignificante, por lo que las nubes no caen del cielo; la precipitación solo ocurrirá cuando estas se fusionen en gotas más grandes. Las gotas de diferentes tamaños tendrán diferentes velocidades terminales que provocan colisiones entre ellas y la producción de gotas más grandes. La turbulencia intensificará el proceso de colisión. [ 29 ] A medida que estas gotas de agua más grandes descienden, la coalescencia continúa, de modo que las gotas se vuelven lo suficientemente pesadas como para vencer la resistencia del aire y caer como lluvia. [ 30 ]

Las gotas de lluvia tienen tamaños que van desde 5,1 a 20 milímetros (0,20 a 0,79 pulgadas) de diámetro medio, por encima del cual tienden a romperse. Las gotas más pequeñas se llaman gotitas de nube y su forma es esférica. A medida que una gota de lluvia aumenta de tamaño, su forma se vuelve más achatada , con su sección transversal más grande orientada hacia el flujo de aire entrante. Contrariamente a las imágenes de dibujos animados de gotas de lluvia, su forma no se asemeja a una lágrima. [ 31 ] La intensidad y la duración de la lluvia generalmente están inversamente relacionadas, es decir, las tormentas de alta intensidad probablemente sean de corta duración y las tormentas de baja intensidad pueden tener una larga duración. [ 32 ] [ 33 ] Las gotas de lluvia asociadas con el derretimiento del granizo tienden a ser más grandes que otras gotas de lluvia. [ 34 ] El código METAR para la lluvia es RA, mientras que la codificación para los chubascos es SHRA. [ 35 ] 

Granos de hielo

Una acumulación de granizo

El granizo (o aguanieve, como se le llama en Estados Unidos) es una forma de precipitación que consiste en pequeñas bolas de hielo translúcidas. El granizo suele ser (aunque no siempre) más pequeño que el granizo común. [ 36 ] A menudo rebota al impactar contra el suelo y, por lo general, no se congela formando una masa sólida a menos que se mezcle con lluvia helada . El código METAR para el granizo es PL . [ 35 ]

Los gránulos de hielo se forman cuando existe una capa de aire por encima del punto de congelación con aire por debajo y por encima de ella. Esto provoca la fusión parcial o total de los copos de nieve que caen a través de la capa cálida. Al caer de nuevo en la capa por debajo del punto de congelación, más cerca de la superficie, se vuelven a congelar formando gránulos de hielo. Sin embargo, si la capa por debajo del punto de congelación bajo la capa cálida es demasiado delgada, la precipitación no tendrá tiempo de volver a congelarse y se producirá lluvia helada en la superficie. Es más probable encontrar un perfil de temperatura que muestre una capa cálida sobre el suelo antes de un frente cálido durante la estación fría. [ 37 ]

Granizo

Un granizo grande, de unos 6 centímetros (2,4 pulgadas) de diámetro. 

Al igual que otras precipitaciones, el granizo se forma en las nubes de tormenta cuando las gotas de agua superenfriada se congelan al entrar en contacto con núcleos de condensación , como polvo o suciedad. La corriente ascendente de la tormenta impulsa los granizos hacia la parte superior de la nube. La corriente ascendente se disipa y los granizos caen, de vuelta a la corriente ascendente, y son elevados de nuevo. El granizo tiene un diámetro de 5 milímetros (0,20 pulg .) o más. [ 38 ] En el código METAR, GR se utiliza para indicar granizo más grande, de un diámetro de al menos 6,4 milímetros (0,25 pulg.) . GR deriva de la palabra francesa grêle. El granizo de menor tamaño, así como los gránulos de nieve, utilizan la codificación GS, que es la abreviatura de la palabra francesa grésil. [ 35 ] Las piedras un poco más grandes que una pelota de golf son uno de los tamaños de granizo que se informan con mayor frecuencia. [ 39 ] Los granizos pueden crecer hasta 15 centímetros (6 pulgadas) y pesar más de 500 gramos (1 libra) . [ 40 ] En los granizos grandes, el calor latente liberado por la congelación adicional puede derretir la capa exterior del granizo. El granizo entonces puede experimentar un "crecimiento húmedo", donde la capa exterior líquida recoge otros granizos más pequeños. [ 41 ] El granizo gana una capa de hielo y crece cada vez más con cada ascenso. Una vez que un granizo se vuelve demasiado pesado para ser sostenido por la corriente ascendente de la tormenta, cae de la nube. [ 42 ]    

copos de nieve

Copo de nieve visto en un microscopio óptico

Los cristales de nieve se forman cuando diminutas gotitas de nubes superenfriadas (de aproximadamente 10 μm de diámetro) se congelan. Una vez congelada, la gotita crece en el ambiente sobresaturado . Debido a que las gotitas de agua son más numerosas que los cristales de hielo, estos últimos pueden crecer hasta alcanzar cientos de micrómetros a expensas de las gotitas de agua. Este proceso se conoce como el proceso de Wegener-Bergeron-Findeisen . El consiguiente agotamiento del vapor de agua provoca la evaporación de las gotitas, lo que significa que los cristales de hielo crecen a expensas de las gotitas. Estos grandes cristales son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa y pueden colisionar y agruparse en cúmulos o agregados. Estos agregados son copos de nieve, que suelen ser el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. [ 43 ] El Libro Guinness de los Récords enumera los copos de nieve más grandes del mundo como los de enero de 1887 en Fort Keogh , Montana; supuestamente uno medía 38 cm (15 pulgadas) de ancho. [ 44 ]  

Aunque el hielo es transparente, la dispersión de la luz por las facetas y huecos/imperfecciones del cristal hace que los cristales a menudo parezcan blancos debido a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por las pequeñas partículas de hielo. [ 45 ] La forma del copo de nieve está determinada en gran medida por la temperatura y la humedad a la que se forma. [ 43 ] Raramente, a una temperatura de alrededor de −2 °C (28 °F) , los copos de nieve pueden formarse con simetría triple: copos de nieve triangulares. [ 46 ] Las partículas de nieve más comunes son visiblemente irregulares, aunque los copos de nieve casi perfectos pueden ser más comunes en las fotografías porque son más atractivos visualmente. No hay dos copos de nieve iguales, [ 47 ] ya que crecen a diferentes ritmos y en diferentes patrones dependiendo de los cambios de temperatura y humedad dentro de la atmósfera a través de la cual caen en su camino hacia el suelo. [ 48 ] El código METAR para la nieve es SN, mientras que las nevadas se codifican como SHSN. [ 35 ]  

polvo de diamante

El polvo de diamante, también conocido como agujas de hielo o cristales de hielo, se forma a temperaturas cercanas a los −40 °C (−40 °F) debido a la mezcla de aire con una humedad ligeramente mayor proveniente de las capas superiores con aire más frío de la superficie. [ 49 ] Están compuestos de cristales de hielo simples, de forma hexagonal. [ 50 ] El identificador METAR para el polvo de diamante en los informes meteorológicos internacionales por hora es IC. [ 35 ]  

Deposición oculta

La deposición oculta se produce cuando la niebla o el aire altamente saturado de vapor de agua interactúa con las hojas de los árboles o arbustos sobre los que pasa. [ 51 ]

Causas

Actividad frontal

La precipitación estratiforme o dinámica se produce como consecuencia del lento ascenso del aire en sistemas sinópticos (del orden de cm/s), como sobre frentes fríos superficiales y sobre y delante de frentes cálidos . Un ascenso similar se observa alrededor de ciclones tropicales fuera de la pared del ojo y en patrones de precipitación en forma de coma alrededor de ciclones de latitudes medias . [ 52 ] Se puede encontrar una amplia variedad de clima a lo largo de un frente ocluido, con la posibilidad de tormentas eléctricas, pero generalmente su paso está asociado con un secado de la masa de aire. Los frentes ocluidos generalmente se forman alrededor de áreas maduras de baja presión. [ 53 ] La precipitación puede ocurrir en cuerpos celestes distintos de la Tierra. Cuando hace frío, Marte tiene precipitaciones que probablemente toman la forma de agujas de hielo, en lugar de lluvia o nieve. [ 54 ]

Convección

Precipitación convectiva

La lluvia convectiva , o precipitación en forma de chubascos, se produce a partir de nubes convectivas, por ejemplo, cumulonimbos o cúmulos congestus . Cae en forma de chubascos con intensidad que cambia rápidamente. La precipitación convectiva cae sobre un área determinada durante un tiempo relativamente corto, ya que las nubes convectivas tienen una extensión horizontal limitada. La mayor parte de la precipitación en los trópicos parece ser convectiva; sin embargo, se ha sugerido que también se produce precipitación estratiforme. [ 33 ] [ 52 ] El granizo y el aguanieve indican convección. [ 55 ] En latitudes medias, la precipitación convectiva es intermitente y a menudo se asocia con límites baroclínicos como frentes fríos , líneas de turbonada y frentes cálidos. [ 56 ]

Efectos orográficos

Precipitación orográfica

La precipitación orográfica se produce en la ladera de barlovento (a barlovento) de las montañas y es causada por el movimiento ascendente del aire de un flujo de aire húmedo a gran escala a través de la cresta de la montaña, lo que resulta en enfriamiento adiabático y condensación. En las zonas montañosas del mundo sujetas a vientos relativamente constantes (por ejemplo, los vientos alisios ), generalmente prevalece un clima más húmedo en la ladera de barlovento de una montaña que en la ladera de sotavento o a sotavento. La humedad se elimina por elevación orográfica, dejando aire más seco (véase viento catabático ) en la ladera de sotavento descendente y generalmente más cálida, donde se observa una sombra de lluvia . [ 28 ]

En Hawái , el monte Waiʻaleʻale , en la isla de Kauai, destaca por sus precipitaciones extremas, ya que posee la segunda mayor precipitación media anual del planeta, con 12 000 milímetros (460 pulgadas) . [ 57 ] Los sistemas de tormentas afectan al estado con fuertes lluvias entre octubre y marzo. Los climas locales varían considerablemente en cada isla debido a su topografía, dividiéndose en regiones de barlovento ( Koʻolau ) y sotavento ( Kona ) según su ubicación con respecto a las montañas más altas. Las laderas de barlovento se enfrentan a los vientos alisios del este al noreste y reciben mucha más lluvia; las laderas de sotavento son más secas y soleadas, con menos lluvia y menos nubosidad. [ 58 ] 

En Sudamérica, la cordillera de los Andes bloquea la humedad del Pacífico que llega a ese continente, lo que da como resultado un clima desértico justo a sotavento en el oeste de Argentina. [ 59 ] La sierra de Nevada crea el mismo efecto en Norteamérica, formando los desiertos de la Gran Cuenca y del Mojave . [ 60 ] [ 61 ]

Nieve

Bandas de nieve provocadas por el efecto lago cerca de la península coreana a principios de diciembre de 2008.

Los ciclones extratropicales pueden traer condiciones frías y peligrosas con fuertes lluvias y nevadas y vientos que superan los 119 km/h (74 mph) [ 62 ] ( a veces denominados tormentas de viento en Europa). La banda de precipitación asociada a su frente cálido suele ser extensa, forzada por un débil movimiento vertical ascendente del aire sobre el límite frontal, que se condensa al enfriarse y produce precipitación dentro de una banda alargada [ 63 ] , ancha y estratiforme , es decir, que cae de nubes nimboestratos [ 64 ] .  

Al suroeste de los ciclones extratropicales, el flujo ciclónico curvo que transporta aire frío a través de cuerpos de agua relativamente cálidos puede generar estrechas bandas de nieve de efecto lacustre . Estas bandas producen fuertes nevadas localizadas que pueden entenderse de la siguiente manera: Los grandes cuerpos de agua, como los lagos, almacenan calor de manera eficiente, lo que resulta en diferencias de temperatura significativas (superiores a 13  °C o 23  °F) entre la superficie del agua y el aire suprayacente. [ 65 ] Debido a esta diferencia de temperatura, el calor y la humedad se transportan hacia arriba, condensándose en nubes orientadas verticalmente (ver imagen satelital) que producen chubascos de nieve. La disminución de la temperatura con la altura y la profundidad de las nubes se ven directamente afectadas tanto por la temperatura del agua como por el entorno a gran escala. Cuanto mayor sea la disminución de la temperatura con la altura, más profundas serán las nubes y mayor será la tasa de precipitación. [ 66 ]

En las zonas montañosas, las fuertes nevadas se acumulan cuando el aire se ve forzado a ascender por las montañas y expulsa la precipitación a lo largo de sus laderas expuestas al viento, la cual, en condiciones de frío, cae en forma de nieve. Debido a la orografía accidentada, predecir la ubicación de las fuertes nevadas sigue siendo un desafío importante. [ 67 ]

Dentro de los trópicos

Distribución de las precipitaciones por mes en Cairns , que muestra la extensión de la temporada de lluvias en esa localidad.

La estación húmeda o lluviosa es la época del año, que abarca uno o más meses, en la que cae la mayor parte de la precipitación anual promedio en una región. [ 68 ] El término estación verde también se usa a veces como eufemismo por las autoridades turísticas. [ 69 ] Las áreas con estaciones húmedas se dispersan por partes de los trópicos y subtrópicos. [ 70 ] Los climas de sabana y las áreas con regímenes monzónicos tienen veranos húmedos e inviernos secos. Las selvas tropicales técnicamente no tienen estaciones secas o húmedas, ya que su precipitación se distribuye por igual a lo largo del año. [ 71 ] Algunas áreas con estaciones lluviosas pronunciadas experimentarán una pausa en las precipitaciones a mitad de temporada cuando la Zona de Convergencia Intertropical o la vaguada monzónica se mueve hacia el polo de su ubicación durante la mitad de la estación cálida. [ 32 ] Cuando la estación húmeda ocurre durante la estación cálida, o verano, la lluvia cae principalmente durante las últimas horas de la tarde y las primeras de la noche. La estación húmeda es un momento en que mejora la calidad del aire, [ 72 ] mejora la calidad del agua dulce, [ 73 ] [ 74 ] y la vegetación crece significativamente. Los nutrientes del suelo disminuyen y la erosión aumenta. [ 32 ] Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos en la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. Los países en desarrollo han observado que sus poblaciones muestran fluctuaciones estacionales de peso debido a la escasez de alimentos que se produce antes de la primera cosecha, que ocurre al final de la estación húmeda. [ 75 ]

Los ciclones tropicales, fuente de lluvias muy intensas, consisten en grandes masas de aire de varios cientos de millas de diámetro con baja presión en el centro y vientos que soplan hacia el centro en sentido horario (hemisferio sur) o antihorario (hemisferio norte). [ 76 ] Aunque los ciclones pueden causar enormes pérdidas de vidas y bienes, pueden ser factores importantes en los regímenes de precipitación de los lugares afectados, ya que pueden traer precipitaciones muy necesarias a regiones que de otro modo serían áridas. [ 77 ] Las áreas en su trayectoria pueden recibir la cantidad de lluvia de un año entero tras el paso de un ciclón tropical. [ 78 ]

Distribución geográfica a gran escala

A gran escala, las mayores cantidades de precipitación fuera de la topografía caen en los trópicos, estrechamente ligadas a la Zona de Convergencia Intertropical , que a su vez es la rama ascendente de la célula de Hadley . Las zonas montañosas cercanas al ecuador en Colombia se encuentran entre los lugares más húmedos de la Tierra. [ 79 ] Al norte y al sur de esta se encuentran regiones de aire descendente que forman dorsales subtropicales donde la precipitación es baja; [ 80 ] la superficie terrestre debajo de estas dorsales suele ser árida, y estas regiones constituyen la mayor parte de los desiertos de la Tierra. [ 81 ] Una excepción a esta regla es Hawái, donde el flujo ascendente debido a los vientos alisios conduce a uno de los lugares más húmedos de la Tierra. [ 82 ]

Medición

Pluviómetro estándar

La forma estándar de medir la lluvia o la nieve es mediante un pluviómetro estándar, disponible en versiones de plástico de 10 cm (3,9 pulg.) y de metal de 20 cm (7,9 pulg.) . [ 83 ] El cilindro interior se llena con 2,5 cm (0,98 pulg.) de lluvia, y el exceso fluye hacia el cilindro exterior. Los pluviómetros de plástico tienen marcas en el cilindro interior con una resolución de hasta 1/4 mm (0,0098 pulg .) , mientras que los pluviómetros de metal requieren el uso de una varilla con las marcas correspondientes de 1/4 mm (0,0098 pulg.) . Una vez lleno el cilindro interior, se desecha el agua y se rellena con la lluvia restante en el cilindro exterior hasta que este se vacíe, sumando el total hasta que el cilindro exterior quede vacío. En invierno, estos pluviómetros se utilizan retirando el embudo y el cilindro interior para que la nieve y la lluvia helada se acumulen en el cilindro exterior. Algunos añaden anticongelante a su medidor para no tener que derretir la nieve o el hielo que cae en él. [ 84 ] Una vez que la nieve o el hielo se hayan acumulado, o cuando se alcancen los 30 cm (12 pulgadas) , se puede llevar al interior para derretirlo, o usar agua tibia para llenar el cilindro interior y derretir la precipitación congelada en el cilindro exterior, registrando el líquido caliente añadido, que posteriormente se resta del total una vez que se haya derretido todo el hielo o la nieve. [ 85 ]            

Cuando se realiza una medición de precipitación, existen varias redes en Estados Unidos y otros lugares donde se pueden enviar mediciones de lluvia a través de Internet, como CoCoRAHS o GLOBE . [ 86 ] [ 87 ] Si no hay una red disponible en el área donde uno vive, es probable que la oficina meteorológica local más cercana esté interesada en la medición. [ 88 ]

Definición de hidrometeor

Un concepto utilizado en la medición de la precipitación es el hidrometeoro. Cualquier partícula de agua líquida o sólida en la atmósfera se conoce como hidrometeoro. Las formaciones debidas a la condensación, como las nubes, la bruma , la niebla y la bruma, están compuestas de hidrometeoros. Por definición, todos los tipos de precipitación están formados por hidrometeoros, incluida la virga , que es la precipitación que se evapora antes de llegar al suelo. Las partículas arrastradas desde la superficie terrestre por el viento, como la nieve arrastrada por el viento y las salpicaduras de agua de mar, también son hidrometeoros , al igual que el granizo y la nieve . [ 89 ]

Estimaciones satelitales

Aunque los pluviómetros de superficie se consideran el método estándar para medir la precipitación, existen muchas zonas donde su uso no es factible. Esto incluye las vastas extensiones de océano y las zonas terrestres remotas. En otros casos, problemas sociales, técnicos o administrativos impiden la difusión de las observaciones de los pluviómetros. Como resultado, el registro global moderno de precipitación depende en gran medida de las observaciones satelitales. [ 90 ]

Los sensores satelitales que se utilizan actualmente para medir la precipitación se dividen en dos categorías. Los sensores infrarrojos térmicos (IR) registran un canal con una longitud de onda cercana a las 11 micras y proporcionan principalmente información sobre la cima de las nubes. Debido a la estructura típica de la atmósfera, la temperatura de la cima de las nubes es aproximadamente inversamente proporcional a su altura, lo que significa que las nubes más frías casi siempre se encuentran a mayor altitud. Además, es probable que las cimas de las nubes con mucha variación a pequeña escala sean más dinámicas que las nubes de cima lisa. Diversos métodos matemáticos, o algoritmos, utilizan estas y otras propiedades para estimar la precipitación a partir de los datos IR. [ 91 ]

Se ha demostrado que canales y productos de sensores adicionales proporcionan información útil adicional, incluidos canales visibles, canales infrarrojos adicionales, canales de vapor de agua y recuperaciones de sondeos atmosféricos. Sin embargo, la mayoría de los conjuntos de datos de precipitación que se utilizan actualmente no emplean estas fuentes de datos. [ 92 ]

Período de devolución

La probabilidad de un evento con una intensidad y duración específicas se denomina período de retorno o frecuencia. [ 93 ] La intensidad de una tormenta se puede predecir para cualquier período de retorno y duración, a partir de gráficos basados ​​en datos históricos de la ubicación. [ 94 ] El término tormenta de 1 en 10  años describe un evento de lluvia que es raro y que solo es probable que ocurra una vez cada 10  años, por lo que tiene una  probabilidad del 10 por ciento en cualquier año dado. La lluvia será mayor y las inundaciones serán peores que la peor tormenta esperada en cualquier año. El término tormenta de 1 en 100  años describe un evento de lluvia extremadamente raro que ocurrirá con una probabilidad de solo una vez en un siglo, por lo que tiene una  probabilidad del 1 por ciento en cualquier año dado. La lluvia será extrema y las inundaciones serán peores que un evento de 1 en 10 años. Como con todos los eventos de probabilidad, es posible, aunque improbable, que haya dos "  tormentas de 1 en 100 años" en un solo año. [ 95 ]

Patrón de precipitación irregular

Una parte significativa de la precipitación anual en cualquier lugar en particular (no se consideró ninguna estación meteorológica en África o Sudamérica) cae en solo unos pocos días, típicamente alrededor del 50% durante los 12 días con mayor precipitación. [ 96 ]

Función en la clasificación climática de Köppen

Mapa climático de Köppen-Geiger actualizado [ 97 ]

Las selvas tropicales se caracterizan por altas precipitaciones, con definiciones que establecen una precipitación anual normal mínima entre 1750 y 2000 mm (69 y 79 pulgadas) . [ 98 ] Una sabana tropical es un bioma de pastizales ubicado en regiones de clima semiárido a semihúmedo de latitudes subtropicales y tropicales, con precipitaciones entre 750 y 1270 mm (30 y 50 pulgadas) al año. Están muy extendidas en África y también se encuentran en la India, las partes septentrionales de Sudamérica, Malasia y Australia. [ 99 ] La zona climática subtropical húmeda es donde las lluvias invernales (y a veces nevadas) están asociadas con grandes tormentas que los vientos del oeste dirigen de oeste a este. La mayor parte de las lluvias de verano ocurren durante tormentas eléctricas y ciclones tropicales ocasionales. [ 100 ] Los climas subtropicales húmedos se encuentran en el lado oriental de los continentes, aproximadamente entre latitudes de 20° y 40° grados del ecuador. [ 101 ]    

Un clima oceánico (o marítimo) se encuentra típicamente a lo largo de las costas occidentales en las latitudes medias de todos los continentes del mundo, bordeando océanos fríos, así como el sureste de Australia, y está acompañado de abundantes precipitaciones durante todo el año. [ 102 ] El régimen climático mediterráneo se asemeja al clima de las tierras en la cuenca del Mediterráneo, partes del oeste de América del Norte, partes del oeste y sur de Australia, en el suroeste de Sudáfrica y en partes del centro de Chile. El clima se caracteriza por veranos calurosos y secos e inviernos fríos y húmedos. [ 103 ] Una estepa es una pradera seca. [ 104 ] Los climas subárticos son fríos con permafrost continuo y pocas precipitaciones. [ 105 ]

Efecto en la agricultura

Previsiones de precipitaciones para el sur de Japón y la región circundante del 20 al 27 de julio de 2009.

La precipitación, especialmente la lluvia, tiene un efecto drástico en la agricultura. Todas las plantas necesitan al menos algo de agua para sobrevivir; por lo tanto, la lluvia (al ser el medio más eficaz de riego) es importante para la agricultura. Si bien un patrón de lluvia regular suele ser vital para la salud de las plantas, el exceso o la escasez de lluvia pueden ser perjudiciales, incluso devastadores para los cultivos. La sequía puede matar los cultivos y aumentar la erosión, [ 106 ] mientras que el clima excesivamente húmedo puede provocar el crecimiento de hongos dañinos. [ 107 ] Las plantas necesitan cantidades variables de lluvia para sobrevivir. Por ejemplo, los cactus requieren solo pequeñas cantidades de agua. [ 108 ]

En áreas con estaciones húmedas y secas, los nutrientes del suelo disminuyen y la erosión aumenta durante la estación húmeda. [ 32 ] Los animales tienen estrategias de adaptación y supervivencia para el régimen más húmedo. La estación seca anterior provoca escasez de alimentos en la estación húmeda, ya que los cultivos aún no han madurado. [ 109 ] Los países en desarrollo han observado que sus poblaciones muestran fluctuaciones estacionales de peso debido a la escasez de alimentos que se produce antes de la primera cosecha, que ocurre al final de la estación húmeda. [ 75 ]

cambio climático

Los eventos de precipitación extrema se han vuelto más comunes en los Estados Unidos en las últimas décadas. [ 110 ]

El aumento de las temperaturas tiende a incrementar la evaporación, lo que conlleva un aumento de las precipitaciones. En general, las precipitaciones aumentaron sobre tierra firme al norte de los 30°N entre 1900 y 2005, pero disminuyeron sobre los trópicos desde la década de 1970. A nivel mundial, no se ha observado una tendencia general estadísticamente significativa en las precipitaciones durante el último siglo, si bien las tendencias han variado considerablemente según la región y a lo largo del tiempo. En 2018, un estudio que evaluó los cambios en las precipitaciones a diferentes escalas espaciales utilizando un conjunto de datos globales de alta resolución de más de 33 años concluyó que «Si bien existen tendencias regionales, no hay evidencia de un aumento de las precipitaciones a escala global en respuesta al calentamiento global observado». [ 111 ]

Cada región del mundo experimentará cambios en las precipitaciones debido a sus condiciones particulares. Las zonas orientales de América del Norte y del Sur, el norte de Europa y el norte y centro de Asia se han vuelto más húmedas. El Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia se han vuelto más secas. Durante el último siglo, se ha observado un aumento en el número de episodios de fuertes precipitaciones en muchas áreas, así como un incremento, desde la década de 1970, en la prevalencia de sequías, especialmente en las zonas tropicales y subtropicales. Los cambios en las precipitaciones y la evaporación sobre los océanos se deducen de la disminución de la salinidad de las aguas de latitudes medias y altas (lo que implica mayores precipitaciones), junto con el aumento de la salinidad en latitudes más bajas (lo que implica menores precipitaciones, mayor evaporación o ambas). En los Estados Unidos continentales, la precipitación anual total aumentó a una tasa promedio del 6,1 % por siglo desde 1900, con los mayores incrementos en la región climática del centro-norte oriental (11,6 % por siglo) y en el sur (11,1 %). Hawái fue la única región que mostró una disminución (−9,25%). [ 112 ]

Cambios debidos a la isla de calor urbana

Imagen de Atlanta, Georgia , que muestra la distribución de la temperatura, con las zonas cálidas representadas en blanco.

El efecto de isla de calor urbana calienta las ciudades entre 0,6 y 5,6 °C (1,1 y 10,1 °F) por encima de los suburbios y las zonas rurales circundantes. Este calor adicional provoca un mayor movimiento ascendente, lo que puede inducir una mayor actividad de lluvias y tormentas eléctricas . Las tasas de precipitación a sotavento de las ciudades aumentan entre un 48 % y un 116 %. En parte como resultado de este calentamiento, la precipitación mensual es aproximadamente un 28 % mayor entre 32 y 64 kilómetros (20 y 40 millas) a sotavento de las ciudades, en comparación con la zona de barlovento. [ 113 ] Algunas ciudades inducen un aumento total de la precipitación del 51 %. [ 114 ]   

Pronóstico

Ejemplo de pronóstico de precipitaciones a cinco días del Centro de Predicción Hidrometeorológica

El pronóstico cuantitativo de precipitación (abreviado QPF) es la cantidad esperada de precipitación líquida acumulada durante un tiempo específico sobre un área específica. [ 115 ] Se especificará un QPF cuando se pronostique un tipo de precipitación medible que alcance un umbral mínimo para cualquier hora durante un período válido del QPF. Los pronósticos de precipitación tienden a estar limitados por horas sinópticas como 0000, 0600, 1200 y 1800 GMT . El terreno se considera en los QPF utilizando la topografía o basándose en patrones de precipitación climatológicos a partir de observaciones con gran detalle. [ 116 ] A partir de mediados a finales de la década de 1990, los QPF se utilizaron dentro de los modelos de pronóstico hidrológico para simular el impacto en los ríos en todo Estados Unidos. [ 117 ] Los modelos de pronóstico muestran una sensibilidad significativa a los niveles de humedad dentro de la capa límite planetaria , o en los niveles más bajos de la atmósfera, que disminuye con la altura. [ 118 ] El QPF puede generarse de forma cuantitativa, pronosticando cantidades, o cualitativa, pronosticando la probabilidad de una cantidad específica . [ 119 ] Las técnicas de pronóstico de imágenes de radar muestran mayor habilidad que los pronósticos de modelos dentro de las seis a siete horas posteriores al momento de la imagen de radar. Los pronósticos pueden verificarse mediante el uso de mediciones de pluviómetros , estimaciones de radar meteorológico o una combinación de ambos. Se pueden determinar varios índices de habilidad para medir el valor del pronóstico de lluvia. [ 120 ]

Véase también

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  • Mapa global actual de las precipitaciones previstas para las próximas tres horas.
  • Centro Global de Climatología de Precipitaciones (GPCC)