ESTABILIDAD ATMOSFERICA

Cátedra: Análisis y tratamiento de contaminantes atmosféricos.

INTRODUCCIÓN

La estabilidad es una propiedad del aire que describe su tendencia a permanecer en su posición original donde se mantiene estable, o al elevarse, se mantiene inestable. La estabilidad de la atmósfera está regulada por la temperatura en diferentes niveles, lo que determina el gradiente ambiental de temperatura, que no es lo mismo que los cambios de temperaturas adiabáticos, sino que es el gradiente real o actual de temperatura de la atmósfera

ANTECENDENTES

El concepto de masa de aire fue introducido por Bergeron en 1929 quien la definió como "una porción de la atmósfera cuyas propiedades físicas son más o menos uniformes en la horizontal y su cambio abrupto en los bordes"

CONCEPTOS GENERALES

Presión atmosférica

Peso de la masa de aire atmosférico sobre la superficie terrestre.

Humedad atmosférica

Vapor de agua que hay en la atmósfera

Cambios adiabáticos

En un gas la temperatura depende del nº de moléculas por unidad de volumen, de manera que para aumentar o disminuir la temperatura bastará con comprimirlo o expandirlo, sin necesidad de intercambiar calor.

Gradiente vertical térmico

Disminución normal de la temperatura a medida que ascendemos en la atmósfera. es de 0,65 º c cada 100 m.

Gradiente adiabático

es la variación de temperatura que experimentan las masas de aire en movimiento vertical

El gradiente adiabático seco (GAS):

 que se refiere al cambio de temperatura de una masa que asciende cargada de agua en estado líquido: variable entre 0.3 y 0.7ºC/100m.

determina cómo disminuye la temperatura de una masa ascendente de aire con agua en estado gaseoso: 1º C/100m

El gradiente adiabático saturado (GAH):

Relación entre GAS y GAH

A medida que todo el vapor de agua se condensa, las reacciones exotérmicas son cada vez menores, por lo que el GAH va aumentando hasta que todo el vapor de agua se condensa y de nuevo tenemos valores de 1º C cada 100 m., correspondiente al GAS

Cuando el gradiente vertical ambiental es

menor que el gradiente vertical adiabático (se enfría a menos de 9,8 °C/1.000 m), el aire es

estable y resiste la circulación vertical. Este es un gradiente

vertical subadiabático. El aire que se eleva

verticalmente permanecerá más frío y, por lo tanto, más denso que el aire

circundante. Una vez que se retira la fuerza de elevación, el aire

que se elevó regresará a su posición original

(figura). Las condiciones estables se

producen durante la noche, cuando el viento

es escaso o nulo.

Corrientes de convección

Compresión adiabática

A medida que aumenta la temperatura del aire disminuye su densidad, por lo que el aire caliente en contacto con la superficie terrestre tiende a ascender hacia zonas más altas y frías y el aire frío ocupa su lugar.

En un proceso de compresión adiabática se produce un aumento de la temperatura del sistema.

CLASIFICACIÓN DE LAS MASAS DE AIRE

Aire Ártico o Antártico (A).

Aire polar continental (Pc).

Aire polar marítimo (Pm).

Aire tropical continental (Tc) .

Aire tropical marítimo (Tm).

Aire ecuatorial (E).

MOVIMIENTOS VERTICALES DEL AIRE

Los procesos que se dan en la atmósfera

en los que no existe intercambio calorífico

con el exterior del sistema se llaman

adiabáticos. Toda compresión adiabática

lleva consigo un calentamiento y toda

expansión en las mismas condiciones, un

enfriamiento.

ESTABILIDAD ATMOSFÉRICA

Se dice que la atmósfera se halla estable cuando hay una gran resistencia a que en ella se desarrollen movimientos verticales, por lo que si una "burbuja" se desplaza de su posición de equilibrio tiende a recuperarlo. En caso de inestabilidad ocurre lo

contrario

Veamos un ejemplo: Si sumergimos un trozo de corcho en el agua, al soltarlo sale disparado hasta alcanzar la superficie. En cambio sí lo elevamos a cierta altura sobre el agua, en el aire, y lo soltamos, el corcho cae irremediablemente. ¿Qué ha ocurrido? La densidad del corcho es mayor que la del aire (pesa más que una masa de aire del mismo tamaño) y menor que la del agua (pesa menos que la cantidad de líquido que "desaloja").

Las masas de aire cálido, en la mayoría de los casos, son de origen tropical y se mueven hacia latitudes más altas. Puede darse también el caso de aire marítimo cálido que se desplaza sobre el suelo más frío o aire cálido continental que se desplace sobre aguas más frías. En estos casos hay un lento transporte de calor desde la masa de aire hacia la superficie subyacente, con la consecuente estratificación dentro del aire, con ausencia de cualquier movimiento vertical o turbulencia. Encontraremos entonces nubes estratiformes y frecuentemente, nieblas.

Las masas de aire frío se dan, frecuentemente por el movimiento de aire polar hacia latitudes más bajas, o por aire marítimo que se desplaza sobre la tierra más caliente o aire continental moviéndose sobre un mar más cálido. Por este calentamiento de la masa de aire, se desarrolla la convección y turbulencia. Se forman nubes de tipo cúmulos. La visibilidad es generalmente buena.

El grado de estabilidad atmosférica se determina a partir de la diferencia de temperatura entre una porción de aire y el aire circundante

Esta capacidad es función de la turbulencia que, bien de origen térmico como mecánico, posibilita una mayor o menor dispersión. Para definir de manera operativa esta capacidad es útil trabajar con el concepto de estabilidad atmosférica y su definición cualitativa como es el de categoría de estabilidad.

El comportamiento de la baja atmósfera, donde discurren las emisiones de contaminantes procedentes de focos puntuales, está determinado por la capacidad de dispersión o dilución de los contaminantes.

Las categorías de estabilidad son indicadores de turbulencia atmosféricos. La turbulencia de la atmósfera se caracteriza en base a un parámetro que se denomina "clase de estabilidad", que es función de la turbulencia térmica y de la turbulencia mecánica.

Las categorías de estabilidad en cualquier momento, van a depender entonces de la:

a) estabilidad estática (relacionada al cambio de la temperatura con la altura)

b) turbulencia térmica (causada por el calentamiento del aire a nivel del suelo)

c) turbulencia mecánica (una función de la velocidad del viento y la rugosidad de la superficie).

ESTABILIDAD DEL AIRE Y LA CONTAMINACIÓN:

Los gases y partículas contaminantes emitidas a la atmósfera por una chimenea (de una casa, industria o vehículo) se dispersan (es decir se alejan y diluyen) de la fuente emisora debido al arrastre del viento o el efecto de los movimientos verticales. Si el viento es fuerte, la dispersión se debe principalmente al arrastre del viento. Cuando los vientos son débiles, el efecto de los movimientos verticales adquiere mayor importancia en la dispersión de los contaminantes.

Dispersión de un penacho de contaminantes en una atmósfera estable (panel de la izquierda) y en una atmósfera inestable (panel de la derecha). En ambos casos se indica la dirección del viento por una flecha y el perfil de temperatura (línea sólida fina).

CORRELACIÓN ENTRE LAS INMISIONES Y LAS EMISIONES DE

CONTAMINANTES: Desde los focos de contaminación se produce la mezcla y

dilución de los contaminantes en el aire, dando lugar a una distribución de la concentración de los mismos, variable tanto en el espacio como en el tiempo

Las principales variables meteorológicas a considerar por su influencia sobre la calidad del aire son:

el transporte convectivo horizontal, que depende de las velocidades y direcciones del viento.

el transporte convectivo vertical, que depende de la estabilidad atmosférica y del fenómeno de la inversión térmica de las capas de la atmósfera.

GRACIAS

Erica Chilcon Aguilar Stalin Goñas Inga Juluis Anthony Ruiz Ramirez Maríafernanda Tuesta Coral. July Villoslada Hernández Carlos Joe García Rojas

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