Piscina fría

En ciencias atmosféricas , una masa de aire frío (MAF) es una bolsa de aire frío y denso que se forma cuando la lluvia se evapora durante precipitaciones intensas , por ejemplo, debajo de una nube de tormenta o una nube baja con precipitación. Típicamente, las masas de aire frío se extienden a 10 m/s y duran de 2 a 3 horas. ^{[ 1 ]} Las masas de aire frío son omnipresentes tanto en tierra como en el océano. ^{[ 2 ]}

Las características y el impacto de las masas de aire frío varían según las propiedades de la convección original , es decir, sus tasas de precipitación, y el entorno a gran escala en el que se originan. ^{[ 2 ]} Las masas de aire frío pueden tener un fuerte impacto en la cobertura y organización de las nubes, al desencadenar nueva convección en el frente de ráfagas y suprimir las nubes en su interior. ^{[ 2 ]}

Las masas de agua fría pueden detectarse y estudiarse mediante observaciones, ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 2 ] [ 6 ]} simulaciones numéricas de alta resolución , ^{[ 2 ]} y modelos conceptuales simples . ^{[ 7 ]}

Las masas de aire frío se extienden radialmente desde el evento de lluvia a lo largo de la superficie como un frente de ráfagas en movimiento . Cuando el frente de ráfagas pasa, las masas de aire frío provocan un aumento en la velocidad del viento y una caída repentina en la humedad específica y en la temperatura del aire . En simulaciones de grandes remolinos , alcanzan  un radio de 10 km, mientras que, en realidad, pueden llegar a tener un radio de 50 a 100 km y durar de 2 a 3 horas en promedio. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 8 ] [ 9 ]}

Las masas de aire frío consisten en una gran masa de aire frío ^{[ 10 ]} rodeada de aire más cálido (según la Sociedad Meteorológica Americana ). Sobre el océano, estas masas de aire superficial frío y denso se deben principalmente al enfriamiento por evaporación de la precipitación de nubes bajas y de tormenta en aire no saturado . La evaporación de la precipitación requiere energía, que se utiliza en forma de calor latente , lo que hace que el aire dentro de una masa de aire frío sea más denso que el aire ambiental. Además, la lluvia que cae arrastra el aire a su alrededor. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Estos efectos aceleran la masa de aire hacia la superficie, lo que lleva a una rápida disminución de la temperatura del aire superficial y genera un flujo divergente que se mueve radialmente lejos de la ubicación de la precipitación. ^{[ 4 ]} A medida que la corriente de densidad se extiende horizontalmente hacia afuera, el aire seco y frío se inyecta en la capa límite debido a las corrientes descendentes penetrantes. Esto seca el área central de la masa de aire frío, a veces denominada estela de la masa de aire frío, más que los bordes. Las masas de aire frío se extienden radialmente desde el evento de lluvia a lo largo de la superficie como un frente de ráfagas en movimiento . Cuando el frente de ráfagas pasa, las masas de aire frío provocan un aumento en la velocidad del viento y una caída repentina en la humedad específica y en la temperatura del aire . El frente de ráfagas está asociado con el aumento de la velocidad del viento y el levantamiento mecánico del aire húmedo. ^{[ 13 ] [ 11 ] [ 14 ] [ 6 ]} Por lo tanto, el frente de ráfagas de la masa de aire frío generalmente se puede identificar como un arco de nubes de mesoescala . ^{[ 6 ]}

Las masas de aire frío terminan cuando sus características ya no se pueden distinguir del flujo a gran escala, es decir, cuando su huella en las variables meteorológicas está dentro de la variabilidad de fondo del entorno. ^{[ 6 ] [ 2 ]} La temperatura en el interior de una masa de aire frío generalmente se recupera más rápido que la temperatura en el borde, ya que el aire de por encima de la capa límite es arrastrado hacia la estela de la masa de aire frío. ^{[ 1 ]} Además, la humedad se recupera mucho más rápido que la temperatura. ^{[ 6 ] [ 5 ]}

Las masas de aire frío son omnipresentes tanto en tierra como en el océano. ^{[ 15 ]} Casi todas las nubes poco profundas en la región de los vientos alisios que producen tasas de precipitación superiores a 1 mm/h están asociadas con masas de aire frío. ^{[ 16 ]}

Las características de las masas de aire frío difieren según la profundidad de la convección principal (profunda o superficial). ^{[ 6 ]} Se observó que las propiedades de las masas de aire frío formadas en los vientos alisios (caracterizadas por convección superficial) varían significativamente de las propiedades de las masas de aire frío formadas a partir de convección profunda tropical . ^{[ 16 ]} Por ejemplo, están asociadas con caídas de temperatura que son en promedio 2 K más débiles, y experimentan menos secado y menor aumento de la velocidad del viento. ^{[ 5 ] [ 6 ]} La región de los vientos alisios es principalmente más seca y se caracteriza por un movimiento descendente que limita el crecimiento de la convección y mantiene las nubes poco profundas.

Se ha descubierto que las masas de aire frío desencadenan convección secundaria en sus bordes, mediante la combinación de elevación mecánica y termodinámica . ^{[ 4 ] [ 1 ] [ 2 ]} El desencadenamiento convectivo termodinámico se debe al aumento del vapor de agua y la temperatura virtual en el frente de ráfaga; es frecuente en regiones de convección profunda con baja cizalladura vertical sobre el océano. ^{[ 1 ]} El desencadenamiento convectivo mecánico también ocurre en los bordes de las masas de aire frío cuando la velocidad de propagación es suficientemente alta. ^{[ 4 ] [ 2 ]} Las colisiones entre múltiples masas de aire frío pueden desencadenar la formación de un nuevo evento de tormenta eléctrica y, por lo tanto, formar una nueva masa de aire frío. ^{[ 14 ] [ 7 ]}

Sobre tierra, el efecto de los aerosoles y los flujos superficiales son de gran importancia para el desencadenamiento de nueva convección. ^{[ 17 ]}

Un papel importante de las masas de aire frío se puede encontrar en la evolución de la agregación convectiva. ^{[ 7 ]} Las masas de aire frío tienden a homogeneizar los campos de convección y humedad a través de la divergencia del aire cercano a la superficie, y por lo tanto pueden actuar para oponerse a la autoagregación convectiva . ^{[ 18 ]} Este puede ser el caso para la convección profunda ^{[ 19 ]} y superficial. ^{[ 20 ]} Se ha señalado a las masas de aire frío como la fuente de la dependencia del dominio de los modelos de resolución de nubes para iniciar la autoagregación convectiva. ^{[ 21 ]} La autoagregación convectiva solo puede ocurrir en dominios mayores de ~200 km. En dominios más grandes, las masas de aire frío se disiparían antes de que pudieran viajar lo suficientemente lejos como para inhibir la agregación de la convección. ^{[ 18 ]} Hay una competencia entre el efecto homogeneizador de las masas de aire frío y el flujo de humedad de las regiones secas hacia una celda agregada convectivamente, lo que se cree que contribuye a la convección intensificada en el borde. ^{[ 22 ]}

Se ha demostrado que patrones específicos de organización de nubes a mesoescala ^{[ 23 ]} en la región de los vientos alisios están asociados con diferentes frecuencias de ocurrencia y propiedades de masas de aire frío. ^{[ 6 ]} Esto se debe a las diferentes condiciones ambientales, así como a las propiedades de la lluvia y las nubes, asociadas con diferentes patrones. ^{[ 24 ] [ 23 ]} Todavía no está claro cuán importantes son las masas de aire frío para mantener o iniciar patrones. ^{[ 6 ]} Las masas de aire frío también pueden ayudar en la transición de la convección superficial a la profunda. ^{[ 25 ]}

Se espera que las masas de aire frío influyan en la cobertura nubosa a través de sus efectos tanto en la activación como en la supresión de la nubosidad. Sin embargo, este sigue siendo un tema de investigación abierto. ^{[ 6 ] [ 2 ]} En la región de los vientos alisios, esto es especialmente importante porque la cobertura nubosa contribuye en gran medida al albedo planetario . ^{[ 26 ]} Los desafíos en la representación y observación de los procesos microfísicos , los efectos de la cizalladura del viento y la recuperación de las masas de aire frío dificultan la comprensión de la relación entre las masas de aire frío y la cobertura nubosa. ^{[ 2 ]}

A partir de imágenes satelitales, las masas de aire frío pueden identificarse como arcos de nubes de mesoescala que rodean áreas de cielo despejado o capas estratiformes . ^{[ 6 ]} Los métodos de detección comunes se basan en mediciones de caídas de temperatura superficial fuertes y abruptas ^{[ 6 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 3 ]} o el inicio de fuertes tasas de lluvia. ^{[ 27 ]} Las masas de aire frío también pueden identificarse a partir de cambios en la profundidad de la capa mixta atmosférica , ^{[ 28 ]} o a partir de imágenes de radar de apertura sintética . ^{[ 29 ]}

Se han estudiado masas de aire frío a partir de observaciones tomadas durante varias campañas de campo. Por ejemplo, durante la campaña Rain in Cumulus over the Ocean (RICO ^{[ 16 ] [ 30 ]} ) en el Caribe oriental entre diciembre de 2004 y enero de 2005, durante el experimento Dynamics of the Madden–Julian Oscillation (DYNAMO ^{[ 16 ] [ 5 ]} ) en el Océano Índico , desde el Observatorio de Nubes de Barbados durante 12 años ^{[ 6 ] [ 31 ]} y durante EUREC4A, ^{[ 32 ] [ 28 ]} y desde densas redes de estaciones (FESSTVaL, FESST@HH), ^{[ 4 ]} por nombrar algunos ejemplos.

Se han estudiado masas de agua fría utilizando simulaciones de grandes remolinos ^{[ 33 ] [ 34 ]} y modelos de resolución de nubes ^{[ 1 ] [ 35 ]} sobre dominios más pequeños. Los modelos reproducen los anillos de vapor de agua observados, pero pueden sobreestimar el contenido de humedad de estos anillos. ^{[ 35 ] [ 2 ] [ 14 ]} Las dificultades en el modelado de masas de agua fría surgen en la representación de la mezcla turbulenta y la microfísica, que ocurren a escalas muy pequeñas. ^{[ 2 ]} También se deben considerar las condiciones de contorno en los bordes del dominio del modelo, ya que afectan las propiedades de las masas de agua fría simuladas. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

• Gota fría