Pronósticos de Nubosidad, Niebla y Llovizna

Presentación del tema: "Pronósticos de Nubosidad, Niebla y Llovizna"— Transcripción de la presentación:

1 Pronósticos de Nubosidad, Niebla y Llovizna
José Manuel Gálvez SRG and NOAA / NWS / NCEP/WPC/DTB-International Desks y Mike Davison NOAA / NWS / NCEP/WPC/DTB-International Desks Agosto 2013

2 ¿Cuán relevante es esto?
Importancia de estudiar nubosidad, nieblas y llovizna: En la costa sur de Ecuador, Perú y norte de Chile, aparte de las lluvias durante El Niño y de las crecidas anuales de los ríos, estos temas les siguen en importancia con respecto a impactos. Impactos (1) Niebla y llovizna ● Críticos para el sensible Ecosistema de Lomas (Ecología / Biología) ● Cierres en el Aeropuerto de Lima (Transporte Aéreo) ● Problemas de tránsito incluyendo accidentes (Transporte Terrestre) ● Planeamiento de actividades para >1/3 de la población de Peru (Logística / Confort) (2) Efectos a escala climática Anomalías persistentes pueden afectar el sistema a nivel clima: ● Radiación y temperatura  cambios en fenología de cultivos (Agricultura) ● Afloramiento SSTs  vida marina (Industria Pesquera) References? Manuel

3 Ejemplos  Niebla y llovizna en la costa Central de Perú
Reverdecimiento anual del desierto (Ecosistema de Lomas) -Drizzle provides water. Fog limits evapotranspiration to a minimum allowing for little water to remain in the soil allowing annual plant growth. -Rainfall totals hardly exceed 100mm/year. Drizzle concentrates between June and October. 

4 Niebla ● Arreglo de gotas de agua (y/o cristales de hielo) que reducen
la visibilidad a menos de 1km. -- La neblina es diferente ya que resulta en visibilidades mayores a 1km. ●La niebla es simplemente una nube cerca a la superficie. Image Source: ¿Cómo se forma una nube?

5 1 2 Formación de nubes Ingredientes: (a) Humedad (vapor de agua)
(b) Una superficie a qué adherirse (núcleos de condensación) Estos ingredientes no son suficientes. Para forzar el agua de un estado gaseoso al líquido se necesita (c) acercarse a la saturación = incrementar humedad relativa (HR) cerca al 100% = minimizar la diferencia entre la temperatura T y el rocío Td 1 Vapor de Agua Núcleo de Condensación 2 Agua líquida Incremento de HR (Enfriamiento y/o humedecimiento) -Water vapor is invisible -Liquid water is what is visible

6 ¿Qué limita la nube a la superficie?
Una fuerte inversión térmica cerca a la superficie. ●Inversión = Incremento de temperatura con la altura ●Implica la presencia de una masa fría y densa (pesada) por debajo de una masa cálida y liviana. La estabilidad es extrema y la mezcla vertical es inhibida. ●Como un tapón atrapando la masa densa cerca a la superficie. Distancia Ejemplo: corte de temperatura (en Celsius) Masa densa Masa liviana 12 18 14 19 16 11 Inversión

7 Resumen: Ingredientes generales para niebla
Rocío Temperatura Temp Altura (1) Inversión muy llana Inversiones atrapan masas de aire debajo de ellas favoreciendo expansión horizontal. Una inversión muy llana forzará a una nube a permanecer cerca al suelo, y limitará la mezcla con el aire seco de encima. Esto ayuda a mantener la saturación y preservar la nube. Masa de aire cercana a la saturación favorece conversión de vapor de agua a agua líquida para formar una nube cerca al suelo. (2) Alta humedad relativa cerca al suelo El agua se condensa mucho más rápido en superficies que en aire claro. La formación de nubes es favorecida cuando una masa de aire contiene muchas partículas diminutas. Ejemplos: Sal de mar, polvo de desierto. (3) Muchos núcleos de condensación

8 ¿Qué diferentes situaciones generan niebla?
Saturación cerca a la superficie: cuando la temperatura (T) se aproxima a la temperatura de punto de rocío (Td) Lo podemos lograr de dos maneras (o combinándolas) (1) Añadiéndole agua a la capa límite (2) Enfriando manteniendo Td casi constante Ejemplo de varias opciones: Enfriamiento por radiación Aire cálido sobre agua fría (estratifica y satura la base) Aire frío sobre agua cálida Aire frío/seco atrapa humedad e induce mezcla turbulentica Circulación de brisa de mar Niebla sobre el océano advectada tierra adentro según la tierra se calienta Inducida por terreno Ascenso forzado resulta en enfriamiento adiabático Capa limite se satura (por lluvia, por ejemplo)

9 Ejemplos de Niebla

10 Tipos de Niebla más comunes
Niebla por Radiación Niebla por Advección Influencia Frontal Influencia Marítima Source: Lima, Peru

11 Niebla por Advección vs. Radiación
¿Por qué es importante diferenciar entre niebla por radiación vs. advección? Niebla por radiación tiende a abarcar un área mas pequeña que la niebla por advección. Impacto operacional tiende a ser más localizado

12 Precondiciones para Niebla por Radiación
Vientos calmos o ligeros Típicamente menos de 5 nudos Subsidencia a gran escala (estable) Humedad en capas bajas Mecanismos para enfriamiento rápido Tardes/noches despejadas permiten liberación de radiación de onda corta

13 Precondiciones para Niebla por Radiación

14 Sondeo Niebla por Radiación

15 Sonda Típica de Niebla por Radiación
It shows a surface-based strong inversion and shallow saturated layer. These are features often associated with the formation/maintenance stage of the radiation fog. Above the saturated layer, the temperature and dew point quickly diverge to a difference of nearly 20°C. This "goalpost-shaped" sounding is typical of many radiation fog events. Winds reported within the fog are light, at or below 5 knots.

16 Efecto de la Contaminación y Partículas Suspendidas (Núcleos de Condensación)
Ayudan a formar gotas de agua cuando los valores de humedad relativa son más bajos. Ello genera bruma, o reducción de la visibilidad a humedades relativas tan bajas como, por ejemplo, 75%. Pueden actuar como un catalítico y favorecer formación de niebla en condiciones bajo saturación.

17 Precondiciones para Niebla por Advección
Trayectoria de las parcelas sobre una fuente de humedad Mezcla convectiva dentro de la capa límite Diferencias en calor entre la superficie y la masa que esta siendo advectada Circulación anticiclónica a gran escala en superficie y en altura Subsidencia

18 Precondiciones para Niebla por Advección

19 Evolución Sondeo de Advección

20 Sondeo de Advección

21 Influencia Frontal Frontal Events Pre-Warm Frontal
Fog/stratus often forms in cold wedge of air beneath and adjacent to warm front boundary as warm air overruns the cold wedge Fog/stratus especially likely if precipitation is falling through the cold air Low-pressure systems that typically form pre-warm frontal fog include: Slow moving, non-intensifying lows or open waves with a flat orientation to the isobars Lows where there is a distinct surface flux of cold air toward the warm front Filling lows that are still producing rainfall Intensifying lows do not usually produce much pre-warm frontal fog Post-Cold Frontal Post-cold frontal fog/stratus occurs when shallow dome of cold air advects into a region and is overrun by moist, warm air aloft Analogous to a cold front displaying anabatic characteristics Multiple processes may be responsible for the fog formation Where cold air is deep enough to produce precipitation, event is similar to pre-warm frontal situation (warm overrunning precipitation falls into the cold air, causing saturation of surface-based cold layer) Fog/ stratus can still form where the cold air is too shallow to create precipitation Stationary Fronts Warm advection aloft, colder underlying air mass, flow nearly parallel to the front, at least through the depth of the frontal layer Neutral or weak advection likely in frontal layer Above frontal layer, warm advection can occur and produce overrunning precipitation, in which case much of the fog and stratus will be found along and on either side of the boundary Convergence along stationary front may help form fog/stratus Events tend to be persistent

22 Niebla Prefrontal (Cálido)

23 Niebla Post-Frontal (Frío)
Post-cold frontal stratus and fog occur when a shallow dome of cold air advects into a region and is overrun by moist, warm air aloft. This is a situation that is analogous to a cold front displaying anabatic characteristics (also known as an anafront), where there is upward vertical motion behind the front resulting in extensive clouds and some precipitation behind the front. Typically, a cold front displays katabatic characteristics where there are downward vertical motions behind the front, which will tend to inhibit any stratus or fog development. In cases where the cold air is deep enough to produce precipitation, the event is similar to the pre-warm frontal situation in that warm overrunning precipitation is falling into the cold air and causing saturation of the surface-based cold layer. Differences between the two, however, include the following: Cold air is typically advancing, while in warm frontal situations it is often eroding or retreating Fog/stratus areas can be widespread and progress southward behind the cold front In the winter, precipitation is often of the mixed, freezing, or frozen variety The low-level air mass and surface may be pre-conditioned from pre-cold frontal precipitation Visibilities and ceilings often fall below minimums in fog closely behind the front

24 Frentes Estacionarios
Niebla se puede formar al norte/sur del frente estacionario Flujo en capas bajas paralelo al frente Advección débil a neutral Transporte húmedo en niveles superiores Poco movimiento del frente resulta en eventos persistentes Niebla/Estrato se disipara al pasar lo siguiente: Se disipa el frente La fuente de humedad es bloqueada Forzamiento sinóptico induce el movimiento del frente

25 A Considerar Estabilidad: Temperatura
Estratificación de la capa limite (estáticamente estable), favorece formación de niebla. Intensidad de la inversión y tendencia a fortalecerse tiene impacto en duración de niebla/estrato Mezcla turbulentica, cuando presente ayudara a disipar la niebla/estrato Temperatura Fuerza/tipo de advección de temperatura Cálido ascendiendo sobre frío favorece formación de niebla/estrato Advección fría/seca disipa el estrato/niebla.

26 A Considerar Humedad/Precipitación: Advección húmeda o seca
Profundidad y contenido de agua de la masa fría presente. Columna fría llana menos probable que resulte en estrato Precipitación delante del frente prepara el medio ambiente para formación de niebla/estrato Tipo de precipitación y duración. Precipitación ligera de gran expansión ayuda a saturar los niveles bajos con niebla/estrato de gran cobertura

27 A Considerar Tierra/Terreno
Condiciones del terreno, y subterráneas, tienen impacto en la formación. Contenido de humedad de la tierra, vegetación, cobertura de nieve, etc. En general, terreno húmedo favorece niebla/estrato Flujo post frontal asciende o desciende por forzamiento topográfico Flujo ascendente promueve formación Flujo descendente inhibe formación

28 Influencia Marítima WAA over Cold Water
Fog/stratus favored where temperature contrasts between the sea surface and the air above it are large Key ingredients: Advection of the warm air mass over the colder waters Presence of cold ocean currents, lake surfaces, and/or upwelling Presence of strong SST gradients Upwelling: Process that causes cold, subsurface waters to rise to the surface Prevailing along-shore flow forces Ekman transport of surface waters away from coast, allowing colder subsurface waters to well up to the surface A period of large-scale offshore flow can pre-condition the environment for a fog event Warm advection over strong SST gradients often produce fogs, particularly over the Northeast and Canadian Maritimes Most frequent and prevalent in warm season when the Atlantic subtropical ridge strengthens and provides frequent periods of large-scale southerly flow over regions of strong SST gradients Fog will form if the airmass dewpoint is greater than or equal to the coldest SST it will pass over If the trajectories are sufficiently long in time and space, the dewpoint and temperature of the air mass will approach the SST (although the dewpoint will not change as quickly as the temperature) Fog/stratus often advected to the coast either by synoptic-scale flow or by seabreeze circulations Fog/stratus can also develop during warm advection over the cold waters of inland water bodies Especially common in spring and summer Variations in the local terrain and the synoptic flow can cause short-term fluctuations in intensity and inland extent CAA over Warm Water At higher latitude locations, fog can form over water significantly warmer than the air being advected over it Formation and maintenance processes tend to be shallow and short-lived Fogs occur when cold, dry air advects rapidly over the warmer water surface and absorbs heat and moisture from the water surface by radiation and turbulent heat transfer. Moisture then condenses and fog forms in vertical columns or patches. These fogs are called arctic sea smoke or steam fog and often occur in the post-cold frontal environment. Similar events can occur at lower latitudes during the cold season

29 Influencia Marítima Grandes lagos y los océanos son fuentes de humedad que tienen impacto en la frecuencia de eventos de niebla. Frecuentemente tienen una temperatura que contrasta grandemente con masas continentales debido al alto calor latente del agua (el agua tiende a preservar su temperatura). La combinación de estos dos ingredientes, contraste de temperatura y humedad, puede producir niebla por enfriamiento o humedecimiento rápido de una masa de aire.

30 Niebla marina más común: Niebla de Advección
Formación de niebla/estrato se favorece en áreas donde hay un gran contraste entre la temperatura del mar y el aire sobre ella Ingredientes críticos incluyen: Advección de masa de aire cálida y húmeda sobre aguas frías. Presencia de fuertes gradientes de Temperatura Superficial del Mar (TSM), usualmente debido a afloramiento (ascenso de agua fría desde el fondo del mar) o encuentro de corrientes oceánicas. Inversión llana T=18 Td=18 Aguas frías de afloramiento T=20 Td=18

31 ¿Dónde están estos océanos fríos?
Donde hay advección de agua fría y/o afloramiento costero. Usualmente las costas oestes en el subtrópico. Chile-Peru-Ecuador Corriente de Humboldt Oeste de Norteamérica Corriente de California Africa Noroccidental Corriente de Canarias Namibia/Angola Corriente de Benguela NOAA/NWS/NCEP/EMC SST Analysis

32 Corriente de California
Islas Canarias Corriente de Canarias California, USA Corriente de California California: Lima: Canary Islands: Namibia: Peru, Chile Corriente de Humboldt Namibia Corriente de Benguela

33 Otras regiones que tienen afloramiento costero:

34 Ascenso de Agua Fría (Afloramiento) Inducido por Flujo Cálido Mar Afuera

35 Ascenso de Agua Fría (Afloramiento) Inducido por Flujo Cálido Mar Afuera

36 Ascenso de Agua Fría (Afloramiento) Inducido por Flujo Cálido Mar Afuera

37 Ascenso de Agua Fría (Afloramiento) Inducido por Flujo Cálido Mar Afuera

38 “Seasmoke” : Advección Fría sobre Agua Cálida
●Ocurre cuando aire frío es advectado sobre agua cálida y la diferencia de temperaturas es grande (> 9°C). Por ello es un fenómeno usualmente de latitudes altas. ●Esto genera condensación violenta y, por ser inestable, la nube asciende muy rápido ● Para persistir, requiere la advección continua de aire frío/seco antártico sobre aguas cálidas Image source:

39 “Seasmoke” : Advección Fría sobre Agua Cálida
En la turbulencia y radiación que se genera, el aire absuelve humedad y calor del mar La humedad rápidamente se condensa según se mezcla con el aire frío Niebla se forma en columnas verticales por la mezcla turbulentica Estos eventos son de gran expansión, especialmente en la presencia de una fuerte inversión Para persistir, requiere la advección continua de aire frío/seco antártico sobre aguas cálidas para mantener el contraste térmico entre masas (océano-aire) Tan pronto como la advección se debilita, la diferencia termal disminuye y la niebla rápidamente se disipa.

40 Condiciones Generales para Pronósticos de Niebla Marina

41 A Considerar para Niebla Marina
TSM: Monitoree las anomalías Gradientes de TSM apretados son importantes para nieblas de advección Advección cálida con temperaturas de rocío mayores que la TSM son especialmente favorables para formación de niebla Variaciones locales en TSM puede resultar en variaciones en la densidad/intensidad de la capa de niebla.

42 A Considerar para Niebla Marina
Vientos: Monitoree flujo de regiones cálidas a frías Se han observado eventos de niebla marítima aún con vientos de kts. Fuertes vientos pueden inducir que la niebla se levante y forme una capa de estrato Cuando hay niebla en el océano, el cambio de flujo a tierra adentro (brisa de mar) es probable que la advecte a la costa. Convergencia costera puede inducir eventos súbitos de niebla

43 A Considerar para Niebla Marina
Estabilidad Subsidencia a gran escala Mas común en la periferia este de estas altas/dorsales donde usualmente ocurren los movimientos descendientes más fuertes Intensidad de la inversión. Si se debilita, mezcla de aire puede aumentar disipando la niebla o favoreciendo formación de estrato. Altura de la inversión. Si se eleva favorece la formación de estratos en vez de niebla. Se necesita un mecanismo que la mantenga cerca al suelo. Para regiones costeras, evalúe si la masa esta suficientemente estable para sustentar niebla por advección.

44 A Considerar para Niebla Marina
Terreno: Humedad y temperatura del suelo. Niebla de mar advectada sobre terreno húmedo durará/se mantendrá más que si es advectada sobre terreno cálido/seco. Modificaciones de la termodinámica de la masa. El terreno puede causar bloqueo y favorecer convergencia a barlovento, formando niebla. Descenso adiabático y divergencia a sotavento ayuda a disipar la niebla.

45 Disipación e inhibición sobre agua cálida
Cuando temperatura del océano supera los 20°C, es raro que se forme niebla, y nunca con temperaturas más de 25°C. La convección termal es más activa sobre superficies cálidas induciendo el ascenso y el debilitamiento de la inversión. Al ascender la temperatura la presión del vapor aumenta, lo cual requiere más contenido de vapor de agua para llegar a saturación y condensación. Banco de niebla advectado sobre aguas cálidas se disipa.

46 Disipación sobre agua fría
Disipación de niebla marítima que se forma sobre aguas frías puede darse bajo las siguientes situaciones: Incremento de nubosidad sobre banco de niebla Frecuentemente se asocia a perturbaciones sinópticas Mezcla destruye la inversión y reduce enfriamiento de los topes Cambio en la trayectoria del flujo Banco de niebla se mueve sobre agua cálida Masa seca continental contaminando el banco de niebla. Aumento en el viento de capa límite, que puede forzar ascenso del banco de niebla y formación de ST/SC. Varía mucho entre región a región, hay áreas donde la niebla puede persistir aun y cuando los vientos llegan a 30kts

47 Condiciones Generales Para Pronosticar Niebla

48 Observaciones de Superficie
Para niebla y estratos en capas bajas, este pendiente de la tendencia en los siguientes parámetros observados. Temperatura/roció y su depresión. Nivel de las nubes, cobertura y tipo Tiempo presente/pasado Visibilidad

49 Observaciones de Superficie
Las observaciones nos pueden indicar de varios factores que son conducibles al desarrollo de niebla: Débil viento en superficie Pequeñas depresiones de temperatura-punto de roció, con tendencia a hacerse mas pequeña con el paso del tiempo Bruma “Seca” (Hz), precede la formación de niebla Caracteriza presencia de núcleos de condensación Tendencias del viento, particularmente su dirección, si esta viniendo de cuerpos de agua o si esta ascendiendo adiabáticamente bajo forzamiento por el terreno.

50 Excepciones Qué el nivel de superficie este saturado, o cerca de saturarse, no es necesariamente conducible a la formación de niebla. Frecuentemente le achacamos la culpa a la mezcla turbulenta el que no se forme niebla. Pero evidencia empírica indica que la razón más importante radica en el perfil de humedad especifica: Cuando la humedad especifica disminuye con la altura, niebla no se tiende a formar. En lugar se forma rocío. Escarcha se forma si esta suficientemente frío. Ambas condiciones de rocío y escarcha tienen el efecto de secar la atmósfera baja. Saturation at the surface does not always lead to fog formation. In some situations, both the dew point and the temperature decrease, but visibilities remain excellent. Mixing is often blamed for the lack of fog development, but examining the vertical distribution of specific humidity (hydrolapse) provides a more meaningful explanation. If specific humidity decreases in the vertical, fog does not tend to form except in very still air. Instead, dew or rime usually deposits on the ground, which acts to dry the lower atmosphere and delay or prevent fog development. The decreasing vertical humidity profile can explain many of the situations with surface saturation and no fog.

51 Método de la Temperatura de Paso (Crossover Temperature)
La temperatura de paso es la temperatura de punto de rocío más baja observada durante la parte más cálida del día. En teoría, durante este periodo es cuando la masa de aire esta mas uniforme/mezclada. La utilizamos para implicar el estado de humedad de toda la capa de niebla. Conceptualmente esto representa la temperatura de roció a una altura de 200 pies sobre el terreno (unos 60 metros). Este es el método que los meteorólogos de la compañía UPS utilizan para pronosticar para los aeropuertos que ellos utilizan.

52 Método de Temperatura de Paso
Asume que… No hay advección fría o cálida No se espera precipitación ni advección de humedad No se espera advección de aire seco Tendencia diurna del rocío El método evalúa la tendencia de la temperatura de punto de roció durante el día: Si el roció disminuye según aumenta la temperatura, podemos inferir/asumir que el hay aire seco arriba. Esto puede inhibir, o prevenir, formación de niebla. Si el roció es constante, o aumenta, según aumenta la temperatura durante el día, podemos asumir que la humedad especifica aumenta con la altura o que es constante. Esto promueve la formación de niebla, o puede facilitar su formación mas temprano de lo normal.

53 Reglas Convencionales usando el Método de la Temperatura de Paso
Niebla, inicialmente, se puede formar, cuando la temperatura del sensor llega a la temperatura de paso. Cuando la temperatura del sensor cae un par de grados por debajo de la temperatura de paso, pronostique el rápido descenso de la visibilidad y el techo. Con la visibilidad frecuentemente cayendo a menos de 1,600 metros (1 NM). Ojo que este método no toma en consideración la temperatura del subsuelo, o el terreno, lo cual puede llevar a resultados no predecibles. Si la temperatura del terreno es menor que la temperatura de paso, el riesgo de formación de niebla es mayor. Si la temperatura del terreno es mayor que la temperatura de paso, el riesgo de formación de niebla es menor.

54 ¿Qué condición domina sobre territorio Peruano?
Por el efecto de las aguas frías en la corriente de Humboldt, la característica marítima advectiva es la que domina las planicies costeras de Perú. Efectos frontales y regiones de leve ascenso adiabático pueden resultar en formación de niebla y estrato al este de los Andes

55 ¿Preguntas?

56 Prueba

57 ¿Cual de los siguientes procesos ayudan a precondicional la atmósfera para un evento de niebla/estrato sobre tierra? Seleccione todas las que aplican Advección fría/seca seguida por advección cálida Superficies cálidas del mar Fuerte flujo tierra adentro Superficie de tierra fría Capa marítima saturada Superficie de tierra seca

58 ¿Cual de los siguientes procesos ayudan a mantener/sustentar un evento de niebla y estrato?
Seleccione todas las que aplican Fortalecimiento de la inversión en capas bajas Advección Cálida Fuerte flujo tierra adentro Capa marítima saturada Advección de aire seco/frio

59 Formación de niebla/estrato en un medio ambiente marítimo se favorece cuando las siguientes condiciones están presente: Seleccione todas las que aplican Advección de aire cálido sobre agua cálida Temperatura de roció de la masa es mayor o igual que la TSM Temperatura de roció es menor o igual que la mas fría TSM Advección de aire cálido sobre agua fría Presencia de corrientes oceánicas frías o regiones de ascenso Gradientes apretados de TSM

60 ¿Disipación de niebla/estrato puede ser acelerado por cual de los siguientes procesos?
Seleccione todas las que aplican Bloqueo inducido por terreno/topografía Cambio en trayectoria del aire la cual decrece el tiempo una masa de aire pasa sobre una fuente de humedad Subsidencia a gran escala Interacción/Llegada de un sistema dinámico Mezcla turbulentica, o, transferencia de momento de por encima de la inversión.

61 Preguntas ¿Qué impacto tiene el nivel, o la altura, de la inversión en la formación de estratos y niebla? ¿Qué impacto tiene la advección de aire cálido y húmedo sobre agua fría (estabilidad, nivel de saturación)? ¿Por qué es operacionalmente importante el diferenciar entre niebla por radiación vs advección?

62 Preguntas ¿Qué características comparten los eventos de niebla por radiación con los de advección? ¿Qué impacto tendría en un evento de niebla por radiación el que la velocidad del viento aumente a más de cinco nudos? ¿Bajo que condiciones se favorece la formación de roció sobre la formación de niebla? ¿Si la temperatura del terreno es menor que la temperatura de paso, que impacto puede tener en la formación de niebla por radiacion?