nube cúmulo

Las nubes cúmulos son nubes de base plana y a menudo se describen como esponjosas, algodonosas o de aspecto ligero. Su nombre deriva del latín cumulus , que significa «montón» o «pila». ^{[ 1 ]} Las nubes cúmulos son nubes de baja altitud, generalmente inferiores a 2000 m ( 6600 pies), a menos que sean de la forma más vertical, el cúmulo congestus . Las nubes cúmulos pueden aparecer aisladas, en líneas o en grupos.  

Las nubes cúmulos suelen ser precursoras de otros tipos de nubes, como los cumulonimbos , cuando se ven influenciadas por factores meteorológicos como la inestabilidad , la humedad y el gradiente de temperatura . Normalmente, las nubes cúmulos producen poca o ninguna precipitación, pero pueden convertirse en nubes cúmulos congestus o cumulonimbos que sí producen precipitación. Las nubes cúmulos pueden formarse a partir de vapor de agua , gotas de agua subenfriada o cristales de hielo , según la temperatura ambiente . Existen en muchas subformas distintas y, por lo general, enfrían la Tierra al reflejar la radiación solar incidente .

Las nubes cúmulos forman parte de la categoría más amplia de nubes cumuliformes de convección libre, que incluyen las nubes cumulonimbus. Este último tipo de género a veces se clasifica por separado como cumulonimbiforme debido a su estructura más compleja, que a menudo incluye una cima cirriforme o en forma de yunque . ^{[ 2 ]} También existen nubes cumuliformes de convección limitada que comprenden estratocúmulos (etapa baja), altocúmulos (etapa media) y cirrocúmulos (etapa alta). ^{[ 3 ]} Estos tres últimos tipos de género a veces se clasifican por separado como estratocumuliformes. ^{[ 2 ]}

Las nubes cúmulos se forman por convección atmosférica cuando el aire calentado por la superficie comienza a ascender. A medida que el aire asciende, la temperatura desciende (siguiendo el gradiente térmico vertical ), lo que provoca un aumento de la humedad relativa (HR). Si la convección alcanza un cierto nivel, la HR llega al cien por cien y comienza la fase "adiabática húmeda". En este punto, se produce una retroalimentación positiva: dado que la HR supera el 100%, el vapor de agua se condensa, liberando calor latente , calentando el aire e impulsando una mayor convección.

En esta fase, el vapor de agua se condensa en varios núcleos presentes en el aire, formando la nube cúmulo. Esto crea la característica forma abultada de base plana asociada con las nubes cúmulos. ^{[ 4 ] [ 5 ]} La altura de la nube (desde su base hasta su cima) depende del perfil de temperatura de la atmósfera y de la presencia de cualquier inversión . ^{[ 6 ]} Durante la convección, el aire circundante se arrastra (mezcla) con el aire térmico y la masa total del aire ascendente aumenta. ^{[ 7 ]} La lluvia se forma en una nube cúmulo a través de un proceso que involucra dos etapas no discretas. La primera etapa ocurre después de que las gotas se unen en los diversos núcleos. Langmuir escribe que la tensión superficial en las gotas de agua proporciona una presión ligeramente mayor sobre la gota, aumentando la presión de vapor en una pequeña cantidad. El aumento de presión hace que esas gotas se evaporen y el vapor de agua resultante se condense en las gotas más grandes. Debido al tamaño extremadamente pequeño de las gotas de agua que se evaporan, este proceso se vuelve prácticamente insignificante una vez que las gotas más grandes alcanzan un tamaño de entre 20  y 30 micrómetros , momento en el que comienza la segunda etapa. ^{[ 7 ]} En la fase de acreción, la gota de lluvia comienza a caer, y otras gotas chocan y se combinan con ella para aumentar su tamaño. Langmuir desarrolló una fórmula ^{[ nota 1 ]} que predecía que el radio de la gota crecería ilimitadamente en un período de tiempo discreto. ^{[ 8 ]} 

Se ha observado que la densidad del agua líquida dentro de una nube cúmulo varía con la altura sobre la base de la nube, en lugar de ser aproximadamente constante en toda su extensión. En un estudio en particular, se encontró que la concentración era cero en la base  de la nube. A medida que aumentaba la altitud, la concentración aumentaba rápidamente hasta alcanzar la concentración máxima cerca del centro de la nube. Se determinó que la concentración máxima podía llegar a 1,25 gramos de agua por kilogramo de aire. La concentración disminuía lentamente a medida que aumentaba la altitud hasta la parte superior de la nube, donde volvía a caer inmediatamente a cero. ^{[ 9 ]}

Las nubes cúmulos pueden formarse en líneas que se extienden a lo largo de más de 480 kilómetros (300 millas) , llamadas calles de nubes. Estas calles de nubes cubren vastas áreas y pueden ser discontinuas o continuas. Se forman cuando la cizalladura del viento provoca una circulación horizontal en la atmósfera, produciendo las largas calles de nubes tubulares. ^{[ 10 ]} Generalmente se forman durante sistemas de alta presión , como después de un frente frío. ^{[ 11 ]} 

La altura a la que se forma la nube depende de la cantidad de humedad en la corriente térmica que la origina. El aire húmedo generalmente produce una base de nube más baja. En zonas templadas , la base de las nubes cúmulos suele estar por debajo de los 550 metros (1800 pies) sobre el nivel del suelo, pero puede alcanzar hasta los 2400 metros (7900 pies) de altitud. En zonas áridas y montañosas, la base de la nube puede superar los 6100 metros (20 000 pies) . ^{[ 12 ]}   

Las nubes cúmulos pueden estar compuestas de cristales de hielo , gotas de agua, gotas de agua subenfriada o una mezcla de ellas. ^{[ 1 ]}

Un estudio encontró que en regiones templadas, las bases de las nubes estudiadas variaban de 500 a 1500 metros (1600 a 4900 pies) sobre el nivel del suelo. Estas nubes normalmente estaban por encima de 25 °C (77 °F) , y la concentración de gotitas variaba de 23 a 1300 gotitas por centímetro cúbico (380 a 21 300 por pulgada cúbica) . Estos datos se tomaron de nubes cúmulos aisladas en crecimiento que no estaban precipitando. ^{[ 13 ]} Las gotitas eran muy pequeñas, llegando a ser de alrededor de 5 micrómetros de diámetro. Aunque podrían haber estado presentes gotitas más pequeñas, las mediciones no fueron lo suficientemente sensibles para detectarlas. ^{[ 14 ]} Las gotitas más pequeñas se encontraron en las partes inferiores de las nubes, con el porcentaje de gotitas grandes (alrededor de 20 a 30 micrómetros) aumentando drásticamente en las regiones superiores de la nube. La distribución del tamaño de las gotas fue ligeramente bimodal , con picos en los tamaños de gotas pequeñas y grandes y un ligero valle en el rango de tamaño intermedio. La asimetría fue aproximadamente neutra. ^{[ 15 ]} Además, el tamaño de las gotas grandes es aproximadamente inversamente proporcional a la concentración de gotas por unidad de volumen de aire. ^{[ 16 ]}      

En algunos lugares, las nubes cúmulos pueden tener "agujeros" donde no hay gotas de agua. Esto puede ocurrir cuando los vientos desgarran la nube e incorporan el aire ambiente o cuando fuertes corrientes descendentes evaporan el agua. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Subformas

Los cúmulos se dividen en cuatro especies distintas: cúmulos humilis , mediocris , congestus y fractus . Estas especies pueden organizarse en la variedad cumulus radiatus y pueden ir acompañadas de hasta siete características suplementarias: cumulus pileus , velum , virga , praecipitatio , arcus , pannus y tuba . ^{[ 19 ] [ 20 ]}

La especie Cumulus fractus tiene una apariencia irregular y puede formarse en aire claro como precursora de cumulus humilis y especies de cumulus más grandes, o puede formarse en precipitación como la característica suplementaria pannus (también llamada scud ) que también puede incluir stratus fractus de mal tiempo. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Las nubes Cumulus humilis parecen formas aplanadas y esponjosas. Las nubes Cumulus mediocris son similares, excepto que tienen cierto desarrollo vertical. Las nubes Cumulus congestus tienen una estructura parecida a la de una coliflor y se elevan mucho en la atmósfera, de ahí su nombre alternativo "cúmulo imponente". ^{[ 23 ]} La variedad Cumulus radiatus se forma en bandas radiales llamadas calles de nubes y puede comprender cualquiera de las cuatro especies de cumulus. ^{[ 24 ]}

Las características suplementarias de los cúmulos se observan con mayor frecuencia en la especie congestus. Las nubes cúmulos virga son nubes cúmulos que producen virga (precipitación que se evapora en altura), y los cúmulos praecipitatio producen precipitación que llega a la superficie terrestre. ^{[ 25 ]} Los cúmulos pannus comprenden nubes desgarradas que normalmente aparecen debajo de la nube cúmulo principal durante la precipitación. Las nubes cúmulos arcus tienen un frente de ráfagas , ^{[ 26 ]} y las nubes cúmulos tuba tienen nubes embudo o tornados . ^{[ 27 ]} Las nubes cúmulos pileus se refieren a nubes cúmulos que han crecido tan rápidamente que fuerzan la formación de pileus sobre la parte superior de la nube. ^{[ 28 ]} Las nubes cúmulos velum tienen un velo de cristales de hielo sobre la parte superior en crecimiento de la nube. ^{[ 19 ]} También existen los cúmulos cataractagenitus, que se forman por cascadas. ^{[ 29 ]}

Las nubes cúmulos humilis suelen indicar buen tiempo. ^{[ 23 ]} Las nubes cúmulos mediocris son similares, excepto que tienen cierto desarrollo vertical, lo que implica que pueden convertirse en cúmulos congestus o incluso cumulonimbos , que pueden producir lluvias intensas, relámpagos, vientos fuertes, granizo e incluso tornados . ^{[ 4 ] [ 23 ] [ 30 ]} Las nubes cúmulos congestus , que aparecen como torres, a menudo se convierten en nubes de tormenta cumulonimbos . Pueden producir precipitaciones. ^{[ 23 ]} Los pilotos de planeadores suelen prestar mucha atención a las nubes cúmulos, ya que pueden ser indicadores de corrientes de aire ascendentes o térmicas debajo que pueden succionar el avión a gran altura en el cielo , un fenómeno conocido como succión de nubes . ^{[ 31 ]}

Debido a su reflectividad, las nubes enfrían la Tierra en aproximadamente 12 °C (22 °F) , un efecto causado principalmente por las nubes estratocúmulos. Sin embargo, al mismo tiempo, la calientan en aproximadamente 7 °C (13 °F) al reflejar la radiación emitida, un efecto causado principalmente por las nubes cirros . Esto resulta en una pérdida neta promedio de 5 °C (9,0 °F) . ^{[ 32 ]} Las nubes cúmulos, por otro lado, tienen un efecto variable en el calentamiento de la superficie terrestre. ^{[ 33 ]} Las especies de nubes cúmulos congestus y cumulonimbus , más verticales, crecen a gran altura en la atmósfera, transportando humedad consigo, lo que puede conducir a la formación de nubes cirros. Los investigadores especularon que esto podría incluso producir una retroalimentación positiva, donde el aumento de la humedad en la atmósfera superior calienta aún más la Tierra, lo que resulta en un número creciente de nubes cúmulos congestus que transportan más humedad a la atmósfera superior. ^{[ 34 ]}      

Las nubes cúmulos son un género de nubes bajas de convección libre junto con las nubes relacionadas de convección limitada, los estratocúmulos. Estas nubes se forman desde el nivel del suelo hasta los 2000 metros (6600 pies) en todas las latitudes. Las nubes estratos también son de bajo nivel. En el nivel medio se encuentran las nubes altocúmulos, que consisten en la nube estratocumuliforme de convección limitada, el altocúmulo, y la nube estratiforme, el altoestrato. Las nubes de nivel medio se forman desde los 2000 metros (6600 pies) hasta los 7000 metros (23 000 pies) en las zonas polares, 7000 metros (23 000 pies) en las zonas templadas y 7600 metros (24 900 pies) en las zonas tropicales. La nube de alto nivel, el cirrocúmulo, es una nube estratocumuliforme de convección limitada. Las otras nubes en este nivel son los cirros y los cirroestratos. Las nubes altas se forman entre 3000 y 7600 metros (9800 y 24 900 pies) en latitudes altas, entre 5000 y 12 000 metros (16 000 y 39 000 pies) en latitudes templadas y entre 6100 y 18 000 metros (20 000 y 59 100 pies) en latitudes bajas y tropicales. ^{[ 12 ]} Las nubes cumulonimbos, al igual que los cúmulos congestus, se extienden verticalmente en lugar de permanecer confinadas a un solo nivel. ^{[ 35 ]}        

nubes cirrocúmulos

Las nubes cirrocúmulos se forman en parches ^{[ 36 ]} y no pueden proyectar sombras. Suelen aparecer en patrones regulares y ondulados ^{[ 37 ]} o en filas de nubes con áreas despejadas entre ellas. ^{[ 38 ]} Los cirrocúmulos, al igual que otros miembros de las categorías cumuliformes y estratocumuliformes, se forman mediante procesos convectivos . ^{[ 39 ]} El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad en altura y puede señalar la aproximación de un peor tiempo. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Los cristales de hielo en la base de las nubes cirrocúmulos tienden a tener forma de cilindros hexagonales. No son sólidos, sino que tienden a tener embudos escalonados que se extienden desde los extremos. Hacia la parte superior de la nube, estos cristales tienden a agruparse. ^{[ 42 ]} Estas nubes no duran mucho y tienden a transformarse en cirros porque, a medida que el vapor de agua continúa depositándose sobre los cristales de hielo, estos comienzan a caer, destruyendo la convección ascendente. La nube luego se disipa en cirros. ^{[ 43 ]} Las nubes cirrocúmulos se presentan en cuatro especies que son comunes a los tres tipos de género que tienen características de convección limitada o estratocumuliformes: stratiformis , lenticularis , castellanus y floccus . ^{[ 40 ]} Son iridiscentes cuando las gotas de agua subenfriada que las componen tienen aproximadamente el mismo tamaño. ^{[ 41 ]}

nubes altocúmulos

Las nubes altocúmulos son nubes de nivel medio que se forman desde los 2000 metros (6600 pies) de altura hasta los 4000 metros (13 000 pies) en las zonas polares, 7000 metros (23 000 pies) en las zonas templadas y 7600 metros (24 900 pies) en las zonas tropicales. ^{[ 12 ]} Pueden tener precipitación y comúnmente están compuestas por una mezcla de cristales de hielo, gotas de agua subenfriada y gotas de agua en latitudes templadas. Sin embargo, la concentración de agua líquida era casi siempre significativamente mayor que la concentración de cristales de hielo, y la concentración máxima de agua líquida tendía a estar en la parte superior de la nube mientras que el hielo se concentraba en la parte inferior. ^{[ 44 ] [ 45 ]} Se encontró que los cristales de hielo en la base de las nubes altocúmulos y en la virga eran dendritas o conglomerados de dendritas mientras que las agujas y placas se ubicaban más hacia la parte superior. ^{[ 45 ]} Las nubes altocúmulos pueden formarse por convección o por el ascenso forzado causado por un frente cálido . ^{[ 46 ]}    

nubes estratocúmulos

Una nube estratocúmulo es otro tipo de nube estratocumuliforme. Al igual que las nubes cúmulos, se forman a niveles bajos ^{[ 38 ]} y por convección. Sin embargo, a diferencia de las nubes cúmulos, su crecimiento se ve casi completamente retardado por una fuerte inversión térmica. Como resultado, se aplanan como las nubes estratos, lo que les da una apariencia de capas. Estas nubes son extremadamente comunes, cubriendo en promedio alrededor del veintitrés por ciento de los océanos de la Tierra y el doce por ciento de los continentes de la Tierra. Son menos comunes en áreas tropicales y suelen formarse después de frentes fríos . Además, las nubes estratocúmulos reflejan una gran cantidad de la luz solar incidente, produciendo un efecto de enfriamiento neto. ^{[ 47 ]} Las nubes estratocúmulos pueden producir llovizna , que estabiliza la nube al calentarla y reducir la mezcla turbulenta. ^{[ 48 ]}

Se han descubierto algunas nubes cumuliformes y estratocumuliformes en la mayoría de los demás planetas del Sistema Solar . En Marte , el orbitador Viking detectó nubes cirrocúmulos y estratocúmulos que se formaban por convección principalmente cerca de los casquetes polares. ^{[ 51 ]} La sonda espacial Galileo detectó enormes nubes cumulonimbus cerca de la Gran Mancha Roja en Júpiter . ^{[ 52 ]} También se han detectado nubes cumuliformes en Saturno . En 2008, la nave espacial Cassini determinó que las nubes cúmulos cerca del polo sur de Saturno eran parte de un ciclón de más de 4000 kilómetros (2500 millas) de diámetro. ^{[ 53 ]} El Observatorio Keck detectó nubes cúmulos blanquecinas en Urano . ^{[ 54 ]} Al igual que Urano, Neptuno tiene nubes cúmulos de metano. ^{[ 55 ]} Venus , sin embargo, no parece tener nubes cúmulos. ^{[ 56 ]} 

• Lista de tipos de nubes

• Glosario de meteorología de la AMS