Introducción a las Ciencias Atmosféricas
Curso en línea
CCA-UNAM


V.   Humedad atmosférica

Objetivos:

Explicar la importancia del vapor de agua en el ciclo hidrológico.
Entender el concepto de saturación y las condiciones necesarias para que ocurra la condensación en la atmósfera.
Entender diferentes medidas de humedad atmosférica: presión de vapor, humedad específica, humedad relativa, punto de rocío.

Introducción:

El agua en la Tierra cambia su estado constantemente durante el ciclo hidrológico. Una molécula promedio existe en el estado gaseoso unos días antes de formar gotitas de nube por medio de condensación, o cristales de hielo por medio de deposición. Después, la molécula de agua puede llegar a la superficie en forma de precipitación o volver al estado gaseoso por medio de la evaporación o sublimación. El concepto de saturación es esencial para entender como ocurre el cambio de fase. Los índices básicos del contenido del agua en la atmósfera son presión de vapor, humedad específica, humedad relativa y punto de rocío.


5.1. El ciclo hidrológico

El agua de la Tierra se distribuye en tres reservorios principales: los océanos, los continentes y la atmósfera, entre los cuales existe una circulación continua llamada el ciclo hidrológico. El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la energía radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.

La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporación directa, la transpiración de plantas y animales y por sublimación (paso directo del estado sólido al vapor). El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa después de haber recorrido grandes distancias. El agua condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitación.

Una parte de la precipitación regresa a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficie del terreno, se concentra en surcos y origina las líneas de agua. Este proceso se llama escurrimiento superficial.

 El agua restante se infiltra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración (evaporación y transpiración) o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas (capas de terreno donde se encuentran las aguas subterráneas) por medio del escurrimiento subterráneo.

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Figura 1. El ciclo hidrológico
(http://blogs.educared.org/red-pronino/blogsaftnuevoamanecersanjorgerivas/?p=2020)


5.2. Índices del contenido del vapor de agua

5.2.1. Saturación: estado en que la tasa de evaporación es igual a la tasa de condensación. Es el estado de equilibrio. Un pequeño aumento en la cantidad de vapor de agua o disminución en la temperatura resultará en la tasa de condensación mayor a la de evaporación.

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Figura 2. La formación de niebla en el ambiente saturado con el vapor de agua.


5.2.2. Presión de vapor: la fracción de la presión atmosférica que corresponde al vapor de agua.

Presión de vapor de saturación: presión de vapor que corresponde a la máxima cantidad de vapor que puede existir a la temperatura dada, sobre una superficie plana. Aumenta con la temperatura, ya que a mayores temperaturas el aire puede contener mayores cantidades del vapor del agua.

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Figura 3. Presión de saturación de vapor en función de temperatura


5.2.3. Humedad específica: masa de vapor de agua entre masa de aire, q=mv/m [g/kg].

Humedad específica de saturación corresponde a la máxima masa del vapor que puede existir a la temperatura dada en un kilógramo del aire

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Figura 4. Humedad específica de saturación en función de temperatura

5.2.4. Humedad relativa =  (Humedad específica/Humedad específica de saturación) 100%
Indica que tan lejos está el aire del estado de saturación. La humedad relativa de 100% significa que el aire está saturado. La humedad relativa disminuye con el aumento de temperatura, ya que el aire se aleja del estado de saturación.

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Figura 5. Efecto de alta humedad relativa sobre humanos. Humedad relativa de 100% impide la evaporación de sudor que es el mecanismo por medio del cual la piel humana se enfría.


5.2.5. Punto de rocío: temperatura a la cual ocurre la saturación. Punto de rocío aumenta con el aumento de la cantidad del vapor en el aire ya que a mayores temperaturas, más vapor puede existir sin condensarse. Punto de rocío es siempre menor o igual a la temperatura actual (igual cuando la humedad relativa es 100%). Gran diferencia entre la temperatura actual y el punto de rocío implica baja humedad relativa.



5.3. La distribución del vapor del agua en el planeta

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fig6b
Figura 6. La distribución promedia del vapor de agua en la atmósfera terrestre en enero y julio del año 2003. La leyenda muestra la cantidad del agua líquida en [mm ] que resultaría si todo el vapor del agua cayera sobre la superficie terrestre. Fuente: NASA


5.4. Lligas

El sitio con materiales adicionales al libro "Understanding Weather and Climate" de Edward Aguado y James E. Burt:
http://wps.prenhall.com/esm_aguado_uwac_3/

Capítulo 7 sobre la humedad atmosférica del libro electrónico "The Physical Environment" de Michael E. Ritter: http://www4.uwsp.edu/geo/faculty/ritter/geog101/textbook/atmospheric_moisture/outline.html

Capítulo 5.1 sobre la humedad atmosférica del libro electrónico: "Introduction to Tropical Meteorology" hecho por "The Comet Program"
http://www.meted.ucar.edu/tropical/textbook_2nd_edition/print_5.htm


5.5.  CUESTIONARIO



5.6. Referencias

Understanding Weather and Climate. Edward Aguado, James E. Burt. Prentice Hall; 5 edition (February 23, 2009)
Atmospheric Science: An Introductory Survey. John M. Wallace, Peter V. Hobbs. Academic Press; 2 edition (February 15, 2006)