Volviendo a los principios básicos: ¿por qué llueve?

Para evitar complicaciones innecesarias, vamos a suponer que la temperatura a lo largo de la nube está por encima de la temperatura de congelación. Eso significa que no tenemos que tratar con los cristales de hielo, o sea sólo con gotas líquidas. Las gotitas de las nubes se empiezan a formar cuando el aire se eleva y se enfría hasta el punto donde el vapor se condensa en partículas microscópicas en el aire, llamados núcleos de condensación. Hay normalmente entre 100 a 1.000 núcleos de condensación por centímetro cúbico en la atmósfera, que es siempre suficiente para que las nubes se formen. Pero si hay un mayor número de núcleos para competir por el vapor disponible, la tendencia es a un mayor número de gotas de nube más pequeñas para formarse en lugar de un número menor de gotitas más grandes. Esto es importante que se discuta un poco.

Las gotitas crecen a menudo desde un micrómetro de diámetro a tamaños mil veces más grande antes de que caigan a la superficie como las gotas de lluvia. [Un micrómetro (μm) es una millonésima de un metro: 100 μm es el ancho típico de un mechón de pelo humano.] Los cúmulos se observan que producen lluvia en menos de 30 minutos, pero solo de condensación no puede hacer crecer las gotas de lluvia rápidamente. Entonces, ¿cómo las gotas crecen tan rápido? La respuesta es la colisión y la coalescencia de las gotas de lluvia.

Las gotas tienen una velocidad de caída natural que depende del tamaño. Gotas más grandes caen más rápidamente que las gotitas más pequeñas. El responsable de la formación de las nubes en primer lugar e inicialmente es el aire ascendente que eleva las gotas desde la base de la nube. Mientras las gotas crecen dentro de la nube, caen más rápidamente con respecto a la corriente ascendente. Una vez que su velocidad de caída excede la velocidad de aire ascendente, caen de la nube como precipitación.

Supongamos que todas las gotas de nube son del mismo tamaño. Tienen la misma velocidad de caída con respecto a la corriente aérea ascendente, y así hay muy pocas posibilidades de colisiones. La distancia entre ellas es grande en relación con su tamaño. Una distribución de tamaños de gotas debe desarrollarse dentro de la nube de forma que una gota más grande, cayendo más rápido, tiene la oportunidad de adelantar y chocar con una gotita más pequeña. La mezcla de aire más seco en la nube cerca de sus límites puede provocar la evaporación parcial de las gotitas de la nube, y la turbulencia dentro de la nube puede traer estas gotitas más pequeñas a la proximidad de las gotitas más grandes. Una vez que exista una gran disparidad en el tamaño de las gotas que se desarrollan dentro de la nube, las colisiones entre las gotas son más probables.

Los físicos de nubes definen una eficiencia de colisión en relación al radio de la gota colectora R y al de r de las gotas recogidas. La eficiencia de la colisión es igual a la fracción de esas gotas con radio r en el camino que es barrido por la caída de la gota recolectora que realmente hacen contacto con ella. La figura muestra la eficacia de colisión para una gama de tamaños de gotas recolectoras (eje vertical) y las gotitas más pequeñas (eje horizontal). Notar que la eficiencia de colisión es bastante baja para gotas recolectoras inferiores a unos 30 μm en radio, pero es bastante alta para gotas recolectoras de más de 80 micras de radio. Tenga en cuenta también que gotas muy pequeñas (menos de 4 μm en radio) rara vez experimentan colisiones; son barridas hacia un lado por la corriente de aire alrededor de la caída de la gota colectora.

De esta información, podemos inferir correctamente que una nube que consiste en un pequeño número de gotitas más grandes tendrá una mejor oportunidad para generar precipitación que una nube que consiste en un mayor número de gotas pequeña. Las lloviznas producidas por nubes cúmulos con los vientos alisios en Canarias o Hawai son un buen ejemplo de esto. El aire del Océano Atlántico y Pacífico es limpio, por lo que la concentración de núcleos de condensación de nubes es relativamente baja. El crecimiento de las gotas por condensación es más rápido cuando menos núcleos están compitiendo por el vapor, y la colisión y la coalescencia pueden comenzar antes.

Incluso si se produce una colisión entre dos gotitas, no hay ninguna garantía de que se unan. Pueden rebotar antes de que sus superficies se conecten si no se elimina una fina película de aire que la separa. Pueden unirse brevemente, luego separarse en varias o muchas gotas por distorsiones superficiales que le acompaña a la colisión. Si las dos gotas se unen, forman una gota sustancialmente mayor en un instante. La condensación no puede competir con este tipo de crecimiento de la gota. Además, la velocidad de caída de la gota nueva es mayor, mejorando así las probabilidades de más colisiones.

En resumen, se podría decirse que la condensación hace la nube, pero las colisiones y la coalescencia hacen crecer a las gotas lo suficientemente grandes como para caer de la nube en forma de precipitación.

La llovizna de las nubes estratiformes dejan salpicaduras ocasionales desde los estratocúmulos y ligeros chubascos de las nubes cúmulos (todos con sus topes nubosos por debajo de la altitud de temperaturas de congelación) y se forman de esta manera. Nubes con hielo en ellas, así como líquido, pueden producir precipitación más intensa, pero procesos adicionales, que no se describen aquí, están involucrados.

Y la alta humedad en el suelo ¿cómo influye? ¿Genera más lluvia?

Finalmente, es bueno recordar que la alta humedad relativa en el suelo no es necesariamente un precursor de la precipitación. Por ejemplo, la humedad es alta por la mañana temprano y disminuye durante la tarde, la temperatura sube, pero el contenido de humedad del aire sigue siendo el mismo. Una masa de aire húmeda en la atmósfera inferior ayuda a la formación de nubes, pero sólo si algunos sistemas del tiempo (frente, borrasca, vaguada, etc.) pueden levantar ese aire y enfriarlo hasta el punto de saturación.

En determinadas ocasiones la alta humedad en capas bajas, con ausencia o débiles vientos, y alta estabilidad puede generar nieblas muy espesas que a su vez pueden dar lugar a las precipitaciones muy débiles y generar así las llamadas nieblas meonas o lloronas. En cualquier caso las precipitaciones son de escasa cantidad.

RAM

Algunos textos y fotos han sido tomados de la revista Weatherwise: www.weatherwise.org