Interacción dinámica del entorno con la convección en nubes cúmulus - Nicolini, Matilde (1986)
En este trabajo se desarrolla un modelo numérico dependiente del tiempo que simula la convección húmeda no profunda en nubes cumulus dispuestas en rollos transversales . Se extiende el análisis de escala realizado por Lipps y Hemler para convección profunda en ausencia de efectos turbulentos, a convección no profunda incorporando un tratamiento simplificado de los términos turbulentos . Se obtienen dos sistemas aproximados inelástico Boussinesq de ecuaciones para convección bidimensional no profunda que difieren en las variables de pronóstico. En el primero, las variables de pronóstico son la vorticidad (normal al plano vertical de movimiento) , una variable adimensional proporcional a la entropía y la relación de mezcla del agua total y no se incluye la precipitación. En el segundo están representadas por la vorticidad, la temperatura potencial y las relaciones de mezcla de las categorías de agua en la fase vapor, agua de nube y agua de lluvia. En esta última versión el sistema de ecuaciones incluye una parametrización de la microfísica de las nubes de "lluvia caliente", de acuerdo al tratamiento propuesto por Kessler. Se inicia la convección con una burbuja pequeña y menos densa que el entorno. Este último se supone saturado y condicionalmente inestable en la mayoría de los experimentos realizados. El dominio de integración tiene una extensión vertical de 3 Km. y horizontal variable según los experimentos , entre 4 y 6 Km. El paso de malla utilizado es de 100 m y el paso de tiernpo es de 4 segundos. Se derivan las ecuaciones que vinculan las tasas de incremento de las integrales de las distintas formas de energía con la generación, conversión y disipación de las mismas. Estas relaciones se utilizan para estudiar la dinámica de la convección y para verificar la consistencia del modelo. Se encuentra que los esquemas numéricos utilizados permiten resolver el sistema de ecuaciones con una exactitud del 5 al 10%. Se realizan tres series de experimentos. En la primera se simula la convección húmeda en una atmósfera inicialmente en reposo. La segunda tiene como objetivo la evaluación del modelo con datos reales, y la tercera sc realiza con el fin de estudiar la influencia del factor cortante vertical del viento en la convección. Se encuentran coincidencias y comportamientos similares de la convección resultante, a los encontrados por otros autores, cuando se suponen condiciones de calma en la atmósfera de referencia. En esta serie de experimentos se analiza en detalle la evolución de los campos de movimiento, termodinámicos y de la sustancia agua líquida. Se analiza asimismo la velocidad de crecimiento de los valores máximos de algunas variables, con el fin de caracterizar la convección húmeda en condiciones ambientales variables en los distintos experimentos. También se varía en forma controlada algunas suposiciones y características del modelo. Se evalúa el modelo utilizando los datos observacionales relativos a convección no profunda obtenidos durante el día 261 del Experimento del Atlántico Tropical GATE. Se adaptan las características del modelo y se ajusta la forma e intensidad del impulso inicial a fin de reproducir convenientemente la convección no profunda en nubes Cu en una atmósfera tropical. Se comparan los resultados del presente modelo, tanto con los encontrados por un modelo tridimensional como con los datos reales. Se encuentra que los resultados son adecuados en la etapa de desarrollo y que el modelo bidimensional puede ser utilizado para el pronóstico de la convección no profunda en nubes Cu de "lluvia calientente", durante dicha etapa, en situaciones reales. Se plantean los problemas encontrados y la forma de resolverlos con el fin de mejorar el comportamiento del modelo y poder simular con mayor fidelidad todas las etapas de la convección. Se aplica el modelo al estudio del efecto de la cortante vertical del viento en la convección bidimensional en nubes Cu no precipitantes en un entorno saturado. Se analiza la evolución de los campos de las distintas variables físicas y la energética del modelo. Se encuentra que cuando el perfil del viento predominante es lineal, se confirman los resultados encontrados por otros autores en el sentido de un efecto inhibitorio de la cortante. Este efecto que aumenta al aumentar la magnitud de la cortante acompafia a un transporte contragradiente de la cantidad de movimiento horizontal. Cuando el perfil es curvo se comparan los resultados con los hallados por Asai en un análisis lineal de la convección seca. Se confirma un efecto inhibitorio más débil en este caso, resultado que no es por lo tanto característico sólo de perturbaciones infinitesimales en convección seca. Las resultados difieren sin embargo en cuanto persiste , aunque débil, un transporte vertical de la cantidad de movimiento horizontal, que resulta contragradiente durante la etapa de desarrollo. Esto indica que en la convección húmeda bidimensional existe una disminución de la energía cinética perturbada a expensas de la energía cinética media hasta que culmina la convección. En la primera parte de este trabajo se sintetizan los antecedentes relacionados con el estudio teórico y observacional de la dinámica de la convección atmosférica profunda y no profunda con un énfasis mayor en los avances realizados en l a última década, en el estudio de los procesos asociados al factor cortante vertical del viento.