Ruidos, burbujas climáticas y déficit de presión de vapor: ¿a Watts le gusta eso?

Figura 1. Ann Cosgrove y Max Berkelhammer proporcionan una imagen de una pluma (3)

Una variable importante en el modelo CRGW es el tamaño de la columna de aire cálido y seco que se eleva desde el cambio de terreno local; consulte la Figura 1 para obtener una imagen. El tamaño de la columna aumenta el área de la Tierra en la que el aire con alto VPD puede retrasar (o adelgazar) la formación de nubes. Por ejemplo, si un UHI tiene un área de X y produce una columna del doble del tamaño del UHI, entonces el área de la Tierra que está influenciada por ese UHI es 2X. Ann Cosgrove y Max Berkelhammer (2021) (3) modelaron una columna de humo sobre Chiago de 2 a 4 veces el tamaño del UHI resultante. Yifan Fan et al. (2017) (4) también modelaron con aproximadamente los mismos resultados. Esta columna es más cálida y seca que el aire circundante, lo que le da un VPD más alto (potencialmente menos nubosidad).

VPD y nubosidad (fracción)

VPD, déficit de presión de vapor, se define como la diferencia entre la presión de vapor saturado, Psw, y la presión de vapor real, Pw, (VPD = Psw – Pw). VPD es una relación lógica entre la temperatura y la humedad atmosférica (humedad específica, SH) que puede predecir la probabilidad de formación de nubes. A medida que el VPD se acerca a 0, la atmósfera se satura y es probable que se formen nubes. (Aunque puede ocurrir sobresaturación (sin nubes) o partículas en el aire pueden causar nubes antes de 0). Considerando un solo punto, la VPD es altamente no lineal: nubes en 0, ninguna nube > 0. La VPD media global ha ido aumentando desde 1970 e indica que hay menos 0 VPD (menos nubes) en promedio que > 0 VPD. Consulte Blaisdell (2024) (10) para obtener más información sobre VPD y sus socios.

Sondeo y tamaño de la pluma

Para comprender mejor el aire que se eleva por encima de los globos meteorológicos, se analizaron los «sondeos» UHI en busca de pistas sobre el tamaño de la columna. Los sondeos de globos meteorológicos se lanzan en todo el mundo dos veces al día a las 12 p. m. y a las 12 a. m., hora de Greenwich (hora zulú). Para el tamaño de la pluma, los datos deben ser cuando brilla el sol y no hay nubes. El sitio que se recopiló fue un grupo de ciudades llamado Quad Cities Ia.-Il. (Davenport Ia. Bettendorf Ia, Moline Il. Rock Island Il). El área se ha ampliado para incluir otras ciudades, incluido el aeropuerto de Coal Valley para obtener datos meteorológicos terrestres. La pelota se lanza en medio del Quad Cities (Davenport, Ia), no lejos del aeropuerto, a las 6:00 am y 6:00 pm hora local. El horario de las 6:00 p. m. funciona para el verano pero no para el invierno (no hay luz del día a las 6:00 p. m. en invierno). Se seleccionaron sondeos del mes de julio de 2022 de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Wyoming (5) y datos meteorológicos diarios de Weather Underground (6) para días sin nubes para obtener una muestra representativa de los días con un probable nivel alto de pluma.

Los meteorólogos trazan los datos de sonido en un gráfico extraño llamado «T log P distorsionado» (el eje x (temperatura) está sesgado en línea recta a 45⁰ y el eje y (presión) es una escala logarítmica (este método de trazado probablemente se usa para mantenga los datos en una hoja de papel) Se agregan al gráfico líneas iso de proporción de mezcla (humedad específica), punto de rocío y más. Los meteorólogos están interesados ​​principalmente en el cambio climático y tienen muchos términos (y abreviaturas) para estos gráficos. Los datos del cielo los elevan, pero para el cambio climático, los datos del cielo despejado tienen cierta idea de que el aire UHI ascendente crea una columna invisible. Consulte el sitio web (7) para obtener un buen resumen de los diagramas Skew T Log P.

Figura 2 Diagrama T Log P distorsionado de (7).

La única parte de los datos de la Figura 2 de interés para la comprensión de las columnas de UHI. La parte debajo de la zona de formación de cúmulos está alrededor de 600-800 mb (4000 m – 2000 m). En la superficie, la radiación se refleja como radiación de onda corta o se absorbe y refleja como radiación de onda larga (calienta el suelo y el aire y evapora el agua) o es utilizada por las plantas y transpira agua. El aire de estos procesos puede subir, permanecer quieto o descender según su densidad en comparación con el aire circundante. El aire caliente sube y el aire frío desciende. El agua agregada al aire reduce su densidad a la misma temperatura, pero el proceso de evaporación del agua hace que la temperatura del aire disminuya y lo haga más denso. Es necesario un cálculo de flotabilidad para determinar en qué dirección va el aire. El aire ascendente se mezclará con el aire muy seco (y frío) de la atmósfera superior. La velocidad inicial (si aumenta) de este aire (de 0 a aproximadamente 3000 m) debe estar relacionada con el tamaño de la columna. El perfil de humedad específica SH (Figura 3-a) muestra esta dilución por aire bajo en SH de la atmósfera superior (por encima de 4000 m). La pendiente y la altura del perfil SH en la atmósfera inferior es una indicación de la disponibilidad de humedad del suelo (Denissen (2021) (8)), cuanto más alta, más vertical, la pendiente sugiere humedad del suelo más bajo. Asimismo, cuanto más corto sea el ascenso (el aire frío no sube tan rápido como el aire cálido), sugiere una mayor humedad del suelo.

La Figura 3b muestra VPD, Pws-Pw y la Figura 3c los datos de aumento de la velocidad del aire de un solo sondeo. Tras el ascenso inicial (aproximadamente 1600 m en este ejemplo) de aire caliente, los frentes climáticos que pasan se mezclan con este aire terrestre y forman una columna de aire de mayor VPD (o T -Td) que se mezcla con el aire total de la atmósfera y puede reducir la fracción de nube. en algún lugar de la atmósfera. Cada uno de estos UHI es una contribución muy pequeña al aumento global total de las VPD, pero la suma total de todos los UHI (y otros fenómenos similares como la deforestación y la minería) a lo largo de los años puede ser significativa.

A partir de los datos de temperatura del sonido se puede calcular la flotabilidad. A partir de la flotabilidad se puede estimar la velocidad del aire ascendente, suponiendo que el aire se eleva a una media de 3000 m. Se analizaron los datos de 38 días entre julio y agosto de 2022 en busca de luz solar sin nubes (mayor probabilidad de una columna con más de 3 puntos de datos de sondeo en la región estable). La Tabla 1 es el superviviente de 12 días.

La velocidad ascendente del aire se calcula a partir de la ecuación de flotabilidad (consulte (9) para la derivación):

B = (Ti – Ts)/Ts * 9,8

Dónde:

B = flotabilidad en m/seg^2 o N/kg

Ti = temperatura del punto de datos del sonido velocidad de transformación = Tii – 9,8 * (Hi – Hii)/1000 in K

Tii = tasa seca de la temperatura del sonido inicial en K

Hii = altitud inicial en metros

Hi = altitud del punto de datos del sondeo en metros

Ts = Temperatura del punto de datos del sondeo en K

Velocidad del aire que aumenta al flotar:

V = distancia incremental recorrida/tiempo para recorrer esa distancia, d/t en m/seg

d = distancia de ruido incremental entre puntos de datos

t = (d * 2 / B)^(1/2) en segundos

La velocidad media inicial (ver Tabla 1) de los sondeos en cielo despejado no está directamente relacionada con el tamaño de la columna, pero es una estimación muy simple:

Tamaño de la pluma, P = D / V * Hr

Dónde:

V = velocidad promedio m/seg

D = distancia desde el suelo hasta el nivel de las nubes (supongamos 3000 m)

Hr = tiempo durante el día que se mantiene esta velocidad. (supongamos 8 horas)

La conclusión de la Tabla 1: hay mucha variabilidad en la velocidad a la que flota (y por lo tanto en el tamaño de la columna). El factor de tamaño de la pluma, Pf, se calcula a partir de:

Pf = 3000 m a la altura de las nubes / v(m/seg) * 3600 seg/hora * 8 horas/día

Pf = Cuánta área más se agrega al área del paquete especial.

La Tabla 1 no es de ninguna manera un cálculo riguroso del tamaño de la pluma, pero se compara bien con los modelos (4) (3). También implica que el tamaño de la pluma es variable en cada sitio y probablemente promedios diferentes en otros lugares. Se espera que en lugares con menos evaporación se eleve aire caliente y, por lo tanto, velocidades más altas y columnas de humo más grandes; Del mismo modo, los lugares con alta evaporación deberían tener columnas más pequeñas o nulas.

Tabla 1. Datos de cielo despejado de un mes de julio de 2022.

La pluma real puede ser más pequeña que esto debido a la mezcla turbulenta en el rango de 2000 m a 4000 m indicada por la rápida reducción del sonido en el SH en esta área. Los datos del sondeo en cielo despejado indican que el VPD de la destrucción de nubes altas (> 0) se mantiene en el rango de 2000 ma 4000 m.

El tamaño de la pluma es un factor multiplicativo importante en el modelo CRGW. Una búsqueda bibliográfica indica que el estudio del UHI u otros tamaños de penachos de cambio terrestre no se ha estudiado lo suficiente y deja una oportunidad para otros investigadores. No se pudieron encontrar medidas físicas del tamaño de las plumas.

Discusión

Los sondeos con globo mostraron que hay columnas de cielo despejado que coinciden con los modelos y que la nube de alto VPD generada por el aire superficial de baja ET alcanza el nivel de las nubes. El tamaño de la pluma seguirá siendo variable en un amplio rango (1-4x) en el modelo CRGW. Se necesita más trabajo sobre la variabilidad y el tamaño global de las columnas. ¿Pueden ayudar los satélites? Los satélites pueden ver el enorme humo de los incendios forestales. ¡Este breve estudio de datos sonoros me dio un gran respeto por la meteorología y es lo más lejos que llego en Meteorología!

Bibliografía

1. “Nubes y humedad relativa en modelos climáticos; ¿O qué gobierna realmente la cobertura de nubes? de Walcek, C. (1996) enlace web Nubes y humedad relativa en modelos climáticos; ¿O qué gobierna realmente la cobertura de nubes? (Informe Técnico) | HOST.GOV

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