Vapor de agua y nubes

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Se sabe que el vapor de agua es el gas invernadero más importante, siendo responsable del 60%1 del efecto invernadero total. Hasta ahora se ha supuesto que la concentración de vapor de agua es más o menos constante y que no contribuye al efecto invernadero adicional. Sin embargo, esto cambiará con el futuro calentamiento de la Tierra...

Probablemente, la mayor incertidumbre en las proyecciones de futuro del clima proviene de la realimentación del vapor de agua así como de las nubes y su interacción con la radiación.

Saturación

La capacidad del aire de retener vapor de agua aumenta con la temperatura. El aire más caliente puede contener más agua. La curva de saturación muestra la cantidad de agua que puede contener el aire a una cierta temperatura, antes de que comience la condensación (a una humedad relativa del 100%). En la atmósfera normalmente el aire está insaturado. La humedad relativa RH viene dada por la siguiente ecuación

y puede variar mucho.

p = presión de vapor parcial dada del agua
psat = presión de vapor del agua a saturación

El valor que se obtenga dependerá de la temperatura, como se ve en el gráfico abajo.

saturation curve

1. La curva de saturación del vapor de agua nos muestra la cantidad de agua que el aire puede retener como máximo (humedad relativa del 100%) a cierta temperatura.
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En general se puede predecir que un aumento en la temperatura del aire conduce a un incremento de la evaporación y por lo tanto a una mayor cantidad de vapor de agua en el aire. Mientras que las condiciones termodinámicas ideales para los procesos de evaporación se dan en la capa fronteriza de la troposfera (sobre 1-2 km), el modelado de la troposfera libre es más complicado, y es aquí donde aumenta el potencial invernadero del vapor de agua.

La formación de nubes

La consecuecia del aumento de la humedad es un aumento de la cubierta de nubes. Las nubes interaccionan de dos modos con la radiación. Por un lado, actúan como un gas invernadero, absorbiendo radiación de onda larga y enviándola de nuevo a la Tierra. Por otro lado, incrementan el albedo terrestre y dispersan la luz del sol de nuevo al espacio antes de que alcance la Tierra. El efecto dominante dependerá mucho del tipo de nube del que se trate. Las nubes altas contribuyen al calentamiento adicional, mientras que las nubes bajas reflejan más luz solar y conducen a un enfriamiento.

cloud radiation interaction

2. Las nubes reflejan parcialmente la radiación de onda corta del sol (amarillo), pero también absorben la radiación de onda larga de la Tierra (rojo) y parcialmente la envían de vuelta a la Tierra como los gases invernadero.
Fuente: Karlsruher Wolkenatlas © Bernhard Mühr (tamaño completo: 120 K)

Dos modos de retroalimentación

El incremento del vapor de agua y la formación de las nubes pueden producir realimentaciones opuestas en el calentamiento adicional de la Tierra como se muestra en el esquema. Sin embargo no es seguro que el impacto total de la formación de nubes vaya a ser negativo. Diferentes modelos llevan a diferentes conclusiones (ver IPCC TAR 2001, 7.2.2.5).

3. Retroalimentaciones en el ciclo del agua: Como el clentamiento global produce un aumento de las concentraciones de vapor de agua, y más vapor de agua produce más calentamiento, el efecto podría amplificarse. El aumento de la formación de nubes puede contrarrestar este efecto. Pero en concreto, las nubes altas también tienen un efecto positivo (flecha de puntos). Nuestro conocimiento sobre nubes no es suficiente para explicar exactamente como podría alcanzarse el equilibrio.
esquema: Elmar Uherek

Incertidumbres

La formación de las nubes y las grandes diferencias en las concentraciones de vapor de agua tienen lugar en una escala regional dentro de los modelos climáticos. Nuestros modelos climáticos son demasiado grandes para tener en cuenta todas las apariciones de nubes sobre grandes lagos o que se deban a vientos inclinados en días calurosos de verano.Muchas incertidumbres vienen de la dependencia de:

- Dinámicas a gran escala
- Dinámicas a escala inferior dentro de los moddelos climáticos
- Microfísica
- Tamaño de la gota de agua dependiente de la interacción de las nubes con la radiación
- Distinción del agua de la nube y el hielo de la nube y otros

La atmósfera es un sistema muy dinámico lejos de un simple equilibrio. Dependiendo de la latitud el transporte de la humedad se lleva a cabo por distintos procesos:

  1. Convección (transporte vertical) en los trópicos, donde se forman altas torres de cumulonimbos.
  2. Movimientos a gran escala de zonas altas a bajas en medias y altas latitudes, donde las nubes estratiformes dominan
  3. Advección (transporte horizontal) en las áreas secas entre los trópicos y las latitudes medias.

4. El vapor de agua como parte de una atmósfera dinámica
por EU (tamaño completo 60 K)

relative humidity

5. Distribución de la humedad relativa [%] en la troposfera libre entre 600 y 250 hPa (alrededor de 5-11 km de altitud). Atención: ¡Leer este mapa con cuidado! La troposfera libre sobre el polo sur esta más saturada que en los trópicos en relación con el máximo posible, pero sin embargo contiene muchísimo menos vapor de agua por metro cúbico, en valores absolutos.
fuente: IPCC TAR Fig. 7-1 (alta resolución: 120 K)

Estimaciones del vapor de agua y la retroalimentación de las nubes

Las estimaciones actuales dicen que doblando el CO2 en el aire, a un ratio de mezcla de 560 ppm comparado con el valor preindustrial de 280 ppm (teníamos 370 ppm en 2001), el incremento de temperatura estaría entre 1.5 - 4.5ºC. Este amplio rango se debe principalmente a la incertidumbre del efecto de la formación de las nubes.

Doblar el CO2 sin ningun otro cambio llevaría a una fuerza radiante adicional de 3.5-4 W/m2 (esto es un incremento de temperatura de 1.2ºC). Teniendo en cuenta las estimaciones de la retroalimentación del agua gaseosa, este valor podría aproximadamente doblarse (7-8 W/m2). Aquí, el impacto de las nubes debe ser añadido, que puede conducir tanto a un leve enfriamiento (que se ve como más probable) como a un calentamiento adicional. El rango de incertidumbre se estima entre -3 y +3 W/m2. Esto conduce a una fuerza radiante de alrededor de 4-11 W/m2 si se dobla el CO2 o aumenta la temperatura entre 1.5 y 4.5ºC.

Si comparas esto con los 1.2ºC que se producirían de doblar el CO2 sin retroalimentación puedes hacerte una idea de la importancia que tiene el conocimiento del impacto del vapor de agua sobre el modelo climático.

6. Estimación de la fuerza radiante para el supuesto de que se doble la cantidad de CO2, con y sin vapor de agua y realimentación de nubes. Diagrama Elmar Uherek, datos IPCC TAR Capítulo 7
¡Pincha para ampliar! (30 K)
1 Algunas fuentes dicen que el agua de la troposfera incluyendo la absorción de onda larga de las nubes, es responsable del 80% del efecto invernadero natural (Curry&Webster, Thermodynamics of Atmospheres and oceans, Academic Press, 1999).

Páginas relacionadas:

Encontrarás más información sobre la interacción de las nubes y la radiación y su impacto climático en:
Nubes y partículas - Bases - Unidad 3 - Nubes y clima 

Sobre esta página:

autor: Elmar Uherek - MPI Mainz
1.  supervisor científico: Dr. Susanne Nawrath, Potsdam Institute for Climate Impact Research - 10-06-2003
2.  supervisor científico: Dr. Benedikt Steil, MPI for chemistry, Mainz - 16-05-2004
corrección pedagógica: Michael Seesing - Uni Duisburg - 02-07-2003
última publicación: 17-05-2004

Zuletzt geändert: Freitag, 2. November 2018, 15:07