Usuario:
Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E2 - Termodinámica Atmosférica
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4966
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Estado termodinámico y primera ley
Estado termodinámico de la parcela
Grupo 2: Grupo 2: Temperatura potencial y adiabaticidad seca
Temperatura potencial
Grupo 3: Grupo 3: Saturación, condensación y calor latente
Calor latente liberado
Grupo 4: Grupo 4: Temperatura potencial equivalente
Temperatura potencial equivalente
Grupo 5: Grupo 5: Flotabilidad y energía convectiva disponible
CAPE
Grupo 6: Grupo 6: Inhibición convectiva y disparo
CIN
Grupo 7: Grupo 7: Destino convectivo e intensidad
Resultado convectivo
ID:1807
Grupo 1: Grupo 1: Estado termodinámico y primera ley
Descripción
Estado termodinámico de la parcela
Pregunta clave: ¿Cómo quedan ligados presión, densidad, temperatura, calor y trabajo en una parcela?
Estado termodinámico de la parcela Dos relaciones sostienen toda la termodinámica atmosférica: la ecuación de estado del gas ideal, que conecta la presión, la densidad y la temperatura de cualquier parcela de aire de modo que, fijadas dos de esas tres cantidades, la tercera queda determinada; y la primera ley de la termodinámica, según la cual el calor que una parcela de aire recibe o entrega se reparte entre cambiar su propia temperatura y hacer trabajo al expandirse o comprimirse. La misma idea de la temperatura potencial se extiende al caso húmedo con la temperatura potencial equivalente, que además de la temperatura de la parcela integra la energía que trae consigo su vapor de agua. A partir de estas dos relaciones se define la temperatura potencial: la temperatura que tendría una parcela de aire si se la llevara, sin que intercambie calor con su entorno, hasta un nivel de presión de referencia común.
ID:3927
Grupo 2: Grupo 2: Temperatura potencial y adiabaticidad seca
Descripción
Temperatura potencial
Pregunta clave: ¿Cómo comparar térmicamente parcelas secas a distintas presiones y seguir su historia adiabática?
Temperatura potencial A partir de estas dos relaciones se define la temperatura potencial: la temperatura que tendría una parcela de aire si se la llevara, sin que intercambie calor con su entorno, hasta un nivel de presión de referencia común. Como esa temperatura potencial no cambia mientras la parcela asciende o desciende de forma seca y sin intercambiar calor, se comporta como un termómetro invariante del flujo adiabático: si dos parcelas comparten la misma temperatura potencial, vinieron del mismo tipo de aire, aunque estén ahora a alturas distintas. Todo este comportamiento térmico de la parcela —cuánto se enfría al ascender, cuánto calor latente libera, qué tan rápido cambia su temperatura potencial— determina si esa misma parcela termina siendo más cálida que el aire que la rodea, y esa diferencia de temperatura es la que produce el empuje que la sigue empujando hacia arriba.
ID:3928
Grupo 3: Grupo 3: Saturación, condensación y calor latente
Descripción
Calor latente liberado
Pregunta clave: ¿Cómo modifica la condensación el enfriamiento de una parcela saturada que asciende?
Calor latente liberado Cuando una parcela de aire asciende ya saturada de humedad, el calor latente que libera al condensarse el vapor de agua modera el enfriamiento adiabático que de otro modo sufriría: por eso el lapso adiabático saturado, de unos seis grados por kilómetro de ascenso, es menor que el lapso adiabático seco, de unos nueve grados y ocho décimas por kilómetro, que es el que sigue una parcela que asciende sin condensar nada de su humedad. La liberación de ese calor latente es, entonces, lo que separa a una parcela saturada de una parcela seca: cuanto más vapor de agua condensa la parcela al ascender, más calor latente libera, y más se frena su propio enfriamiento. Como esa temperatura potencial no cambia mientras la parcela asciende o desciende de forma seca y sin intercambiar calor, se comporta como un termómetro invariante del flujo adiabático: si dos parcelas comparten la misma temperatura potencial, vinieron del mismo tipo de aire, aunque estén ahora a alturas distintas.
ID:3929
Grupo 4: Grupo 4: Temperatura potencial equivalente
Descripción
Temperatura potencial equivalente
Pregunta clave: ¿Cómo integrar temperatura y energía del vapor en una variable conservada para procesos húmedos?
Temperatura potencial equivalente Igual que la temperatura potencial ordinaria se conserva en un ascenso seco, la temperatura potencial equivalente se conserva en los procesos adiabáticos húmedos, y por eso se ha vuelto el parámetro termodinámico fundamental para caracterizar las masas de aire tropicales y las masas de aire convectivas, donde la humedad nunca es un detalle menor. La misma idea de la temperatura potencial se extiende al caso húmedo con la temperatura potencial equivalente, que además de la temperatura de la parcela integra la energía que trae consigo su vapor de agua. Como esa temperatura potencial no cambia mientras la parcela asciende o desciende de forma seca y sin intercambiar calor, se comporta como un termómetro invariante del flujo adiabático: si dos parcelas comparten la misma temperatura potencial, vinieron del mismo tipo de aire, aunque estén ahora a alturas distintas.
ID:3930
Grupo 5: Grupo 5: Flotabilidad y energía convectiva disponible
Descripción
CAPE
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte la diferencia térmica parcela-entorno en empuje y energía para ascenso libre?
CAPE La energía convectiva disponible cuantifica precisamente esa energía potencial que la parcela puede convertir en energía cinética vertical mientras asciende libremente, empujada por su propio empuje, desde el nivel de convección libre —el punto donde ese empuje ascendente empieza— hasta el nivel de equilibrio, el punto donde la parcela deja de ser más cálida que su entorno y el empuje ascendente se agota. Antes de que la parcela pueda siquiera alcanzar el nivel de convección libre y empezar a acumular esa energía convectiva disponible, sin embargo, suele tener que atravesar una capa de aire más cálida que ella misma, que la frena en vez de empujarla hacia arriba: la inhibición convectiva mide precisamente esa barrera energética que hay que superar antes de que la convección pueda comenzar. Cuando la energía convectiva disponible supera aproximadamente los mil joules por kilogramo, el ambiente queda en condiciones propicias para que se desarrolle convección intensa.
ID:3931
Grupo 6: Grupo 6: Inhibición convectiva y disparo
Descripción
CIN
Pregunta clave: ¿Qué barrera debe superar una parcela antes de alcanzar la convección libre?
CIN Antes de que la parcela pueda siquiera alcanzar el nivel de convección libre y empezar a acumular esa energía convectiva disponible, sin embargo, suele tener que atravesar una capa de aire más cálida que ella misma, que la frena en vez de empujarla hacia arriba: la inhibición convectiva mide precisamente esa barrera energética que hay que superar antes de que la convección pueda comenzar. Así, la termodinámica atmosférica describe el destino completo de una parcela de aire: cómo cambia su temperatura potencial al ascender o descender, cuánto calor latente libera si se satura, y si esos cambios terminan por darle la energía suficiente —una vez superada la inhibición convectiva— para desatar convección intensa o no. Todo este comportamiento térmico de la parcela —cuánto se enfría al ascender, cuánto calor latente libera, qué tan rápido cambia su temperatura potencial— determina si esa misma parcela termina siendo más cálida que el aire que la rodea, y esa diferencia de temperatura es la que produce el empuje que la sigue empujando hacia arriba.
ID:3932
Grupo 7: Grupo 7: Destino convectivo e intensidad
Descripción
Resultado convectivo
Pregunta clave: ¿Cómo determinan CAPE, CIN y el umbral energético si se desarrolla convección intensa?
Resultado convectivo Así, la termodinámica atmosférica describe el destino completo de una parcela de aire: cómo cambia su temperatura potencial al ascender o descender, cuánto calor latente libera si se satura, y si esos cambios terminan por darle la energía suficiente —una vez superada la inhibición convectiva— para desatar convección intensa o no. Cuando la energía convectiva disponible supera aproximadamente los mil joules por kilogramo, el ambiente queda en condiciones propicias para que se desarrolle convección intensa. La energía convectiva disponible cuantifica precisamente esa energía potencial que la parcela puede convertir en energía cinética vertical mientras asciende libremente, empujada por su propio empuje, desde el nivel de convección libre —el punto donde ese empuje ascendente empieza— hasta el nivel de equilibrio, el punto donde la parcela deja de ser más cálida que su entorno y el empuje ascendente se agota.
ID:3933