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• Thays Gutierrez

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OBJETIVOS

PRECIPITACIONES : ANALISIS DE TORMENTAS DE DATOS Se engloba dentro del término precipitación a todas las aguas meteóricas que caen sobre la superficie de la tierra, tanto bajo la forma líquida como sólida (nieve, granizo). Estos diversos tipos de precipitaciones son normalmente medidos sin efectuar su discriminación por medio de su equivalente en agua. La precipitación es el origen de todas las corrientes superficiales y profundas, por lo cual su cuantificación y el conocimiento de su distribución, en el tiempo y en el espacio, se constituyen en problemas básicos para la hidrología. El hidrólogo necesita considerar la precipitación en relación con los límites geográficos naturales del terreno donde incide, o sea, las cuencas de los cauces hídricos superficiales. En ellas tratará de dar solución cuantitativa a la ecuación del balance hidrológico: A = P − E ± ∆S dónde: A es la aportación al cauce P la precipitación media E la evapotranspiración media ∆S la variación del almacenamiento en la cuenca

1. FORMACION DE LAS PRECIPITACIONES La humedad siempre está presente en la atmósfera, aún en los días sin nubes. Para que ocurra la precipitación, se requiere algún mecanismo que enfríe el aire lo suficiente para que llegue de esta manera al, o cerca del, punto de saturación. Los enfriamientos de grandes masas, necesarios para que se produzcan cantidades significativas de precipitación, se logran cuando ascienden las masas de aire. Este fenómeno se lleva a cabo por

medio de sistemas convectivos o convergentes que resultan de radiaciones desiguales las cuales producen calentamiento o enfriamiento de la superficie de la tierra y la atmósfera, o por barreras orográficas. Sin embargo, la saturación no conlleva necesariamente la precipitación. Se pueden formar por :  

Condensación y Núcleos de Congelamiento Caída de las Gotas

2. CLASIFICACTON DE LAS PRECIPITACIONES 2.1 Por la Causa del Ascenso de la Masa Húmeda En general, las nubes se forman por enfriamiento del aire por debajo de su punto de saturación. Este enfriamiento puede tener lugar por varios procesos, que conducen al ascenso adiabático con el consiguiente descenso de presión y descenso térmico asociado. La intensidad y cantidad de precipitación dependerán del contenido de humedad del aire y de la velocidad vertical. De acuerdo con la causa que origina este ascenso de la masa húmeda, pueden distinguirse distintos tipos de precipitación: ciclónica, convectiva y orográfica. Precipitación Ciclónica Es la que resulta del levantamiento del aire que converge en un área de baja presión o centro ciclónico, pudiéndose presentar como precipitación frontal y no frontal. La precipitación no frontal puede ocurrir en cualquier depresión barométrica, resultando el ascenso debido a la convergencia de masas de aire que tienden a rellenar la zona de baja presión. La precipitación frontal resulta del levantamiento de aire cálido a un lado de una superficie frontal sobre aire más denso y frío; puede en consecuencia estar asociada a un frente frío o cálido. La precipitación de frente caliente se forma cuando el aire avanza hacia arriba sobre una masa de aire más frío. La magnitud del ascenso es relativamente baja puesto que la pendiente promedio de la superficie frontal es por lo general de 1:100 a 1:300. La precipitación puede extenderse de 300 a 500 km por delante del frente, y por lo general la lluvia resultante varía entre ligera a moderada y continúa hasta que termina el paso del frente. La precipitación de frente frío es de naturaleza corta y se forma cuando el aire cálido es obligado a subir por una masa de aire frío que está avanzando. Los frentes fríos se mueven más rápidamente que los calientes, y sus superficies frontales tienen pendientes que varían entre 1: 50 y 1:150, es decir con mayor pendiente que los anteriores. En consecuencia, el aire cálido se eleva mucho más

rápidamente en este tipo de frentes, y las intensidades de la precipitación son por lo general mucho mayores, frecuentemente de tipo tormentoso. Precipitación Convectiva Este tipo de precipitación tiene su origen en la inestabilidad de una masa de aire más caliente que las circundantes. Estas diferencias de temperatura pueden ser el resultado de calentamientos diferenciales en superficie o en la parte superior de la capa de aire. Así, la masa de aire más liviana por su mayor temperatura, asciende y supera el nivel de equilibrio debido a la velocidad vertical adquirida, formándose la característica nubosidad de tipo cumuliforme, origen de las precipitaciones en forma de chubascos o tormentas, generalmente de tipo puntual. Precipitación Orográfica Se denomina así a la precipitación que tiene origen en el ascenso de la masa de aire forzado por una barrera montañosa. Se presentan en forma de lluvia o nieve, siendo muy irregulares en importancia y localización. A veces, en casos de masas inestables, el efecto orográfico no supone más que el mecanismo de disparo de la inestabilidad convectiva. La precipitación es mayor a barlovento, diminuyendo rápidamente a sotavento. En las cadenas montañosas importantes, el máximo de precipitación se produce antes de la divisoria. En cambio, con menores altitudes, el máximo se produce pasada ésta, debido a que el aire continúa el ascenso. 2.2 Por la Forma en que Cae Por la forma en que cae (tipos de hidrometeoros), se pueden distinguir diversos tipos de precipitación, entre los cuales los de mayor interés son: Lluvia : Precipitación atmosférica de gotas de agua en estado liquido. La mayor parte de ellas tiene, generalmente, un diámetro igual o mayor que medio milímetro, y caen, en el aire en calma, con una velocidad superior a los dos metros por segundo. Según sus intensidades pueden distinguirse:   

Ligera para tasas de caída de hasta 2,5 mm/h Moderada desde 2,5 hasta 7,5 mm/h Fuerte por encima de 7,5 mm/h

Llovizna : Precipitación análoga a la lluvia, pero de gotas de diámetro inferior al medio milímetro, uniformemente dispersas, muy numerosas y que aparentemente flotan en el aire. Su procedencia

son estratos bajos, algunas veces tanto que constituyen niebla. Si la cantidad de agua recogida por hora es mayor de un milímetro de altura (es decir, un litro por metro cuadrado), se considere lluvia. Chaparrón o Aguacero :Son precipitaciones de agua líquida o sólida, de extraordinaria intensidad, que comienzan y acaban bruscamente, con duración relativamente corta; o bien, varían violenta y rápidamente de intensidad y coinciden con la alternancia brusca de cielo encapotado y amenazador, con claros de cielo azul, o de nubes muy oscuras con otras muy claras. Nieve: Precipitación atmosférica formada por agrupaciones cristalinas de hielo en estrellas hexagonales, ramificadas y con frecuencia mezcladas con cristales simples; algunas veces los conglomerados forman los copos de nieve, que pueden llegar a tener varios centímetros de diámetro, y que se producen cuando, por ser la temperatura del aire superior a -10°C, se sueldan los cristales con una película de agua líquida que los envuelve. Agua Nieve: Precipitación de nieve en fusión, mientras cae, sola o con lluvia. Neviza: Nieve en forma granular y compacte que se produce por cambio de temperatura, formando el estado de transición al hielo glaciar. Rocío: Gotas de agua debidas a la condensación directa del vapor contenido en el aire adyacente a superficies enfriadas por radiación nocturna. Escarche: Cristales diminutos de hielo, en forma de escamas o agujas que se forman por condensación del vapor de agua existente en el aire, que pasa directamente al estado sólido sobre las superficies muy enfriadas durante la noche. Su origen puede ser también el congelamiento de agua superenfriada que previamente se ha depositado sobre la superficie en forma de lluvia o llovizna. Su densidad puede llegar a ser de 0,8 a 0,9 g/m³. Unidad 5 5-5 Granizo: Precipitación de granos de hielo traslúcidos, que se produce por nubes convectivas, generalmente de tipo cumulonimbos. Si bien por lo general los granos son de forma esférica, pueden serlo también cónicos o irregulares. Están constituidos por un núcleo de granizo blando, envuelto por una fina capa de hielo que les da aspecto cristalino. 3. VARIACIONES DE LA PRECIPITACION 3.1 Variaciones Geográficas En general la precipitación es mayor cerca del ecuador y disminuye al aumentar la latitud. Sin embargo, la irregularidad y orientación de las isoyetas en los mapas de precipitación media anual del mundo, indican que su distribución geográfica depende de factores más relevantes que la referida distancia al ecuador.

La fuente principal de humedad para la precipitación es la evaporación a partir de las superficies de las grandes masas de agua. Por lo tanto la precipitación tiende a ser mayor cerca de las costas, salvo distorsiones debidas a factores orográficos. Puesto que el ascenso de las masas de aire constituye el factor más importante para casi todos los tipos de precipitación, las cantidades y las frecuencias son por lo general mayores en el lado de barlovento de las barreras montañosas. Por el contrario, y puesto que el movimiento hacia abajo del aire produce una disminución de la humedad relativa, el lado de sotavento de las barreras experimenta por lo general una precipitación relativamente baja. Se han desarrollado por parte de diversos investigadores expresiones que relacionan la precipitación con la altitud, con la proximidad al mar y con otros factores, con conclusiones diferentes y sin que tales expresiones sean de aplicación generalizada.

3.2 Variaciones en el Tiempo Aunque algunas fracciones del registro de precipitaciones que se consideren aisladamente, puedan sugerir un aumento o una disminución temporal de sus magnitudes, parece existir una tendencia a regresar hacia la media al considerar largas series de datos, de modo que en ellas los períodos extraordinariamente húmedos tienden a ser balanceados por los períodos secos. La irregularidad de estas fluctuaciones ha sido asiduamente investigada. Aún cuando se han estudiado más de 100 ciclos aparentes, que van desde períodos de 1 a 744 años, y la bibliografía especializada registra numerosos esfuerzos para detectar estas variaciones, con excepción de los cambios diurnos y estacionales, no se han podido demostrar concluyentemente ciclos persistentes y regulares, de alguna magnitud apreciable. Para tratar de establecer la existencia de tales ciclos, se deberían graficar los años sucesivos en abscisas y las alturas de precipitación de cada año en ordenadas, dibujando la curva cronológica resultante, de cuyo análisis podrá surgir o no un determinado grado de ciclicidad en la distribución con que se presenten las precipitaciones. En caso positivo surgirá la duración de tales ciclos y las características de la distribución, magnitud y tiempos de repetición de los períodos más húmedos y más secos.

A pesar que la existencia de tales ciclos y sus eventuales características sigue siendo materia de discusión, resulta cierto que la precipitación de cada año es un fenómeno aleatorio, sobre el cual no existen tendencias que orienten hacia un pronóstico de la magnitud concreta que alcanzará la misma en un futuro inmediato, variando notoriamente la distribución anual y estacional, tanto en intensidad como en el tipo de las precipitaciones características, aún considerando regiones relativamente cercanas dentro de un mismo país o comarca geográfica. Estas variaciones son de gran importancia en la caracterización del clima de la región. Además, la precipitación en una determinada época puede o no ser útil a la agricultura, según la correspondencia de los períodos en que aquélla se produzca y el ciclo vegetativo de los cultivos. 3.3 Precipitaciones Máximas Otros eventos cuyo estudio reviste gran interés en ingeniería hidrológica lo constituyen las precipitaciones de gran magnitud en una región dada, tanto en lo que hace a la o las épocas en que puedan producirse, como las extensiones que abarquen, por las crecidas que pueden generar en los cursos hídricos que alimentan o que sirven de desagüe a las aguas derivadas de los escurrimientos superficiales.

4 . ANALISIS DE TORMENTA DE LLUVIAS Una tormenta se define como el conjunto de lluvias que obdecen al mismo efecto metereologivo y pose carcteristicas bien definidas. 4.1 Aspectos teóricos para el análisis de tormentas : Duracion : Es el tiempo transcurrido desde el inicio de la tormenta hasta que finalice la misma . Intensidad de lluvia : Es la tasa temporal de precipitación , es decir , la profundidas por unidad de tiempo en mm/ h y se expresa como : I = P/D

Donde :

I = INTENSIDAD P= PRECIPITACION O PROFUNDIDAD DE LLUVIA D= DURACION DE LLUVIA EN HORAS O MINUTOS

4.2 valores medios característicos El conjunto de datos que en general se recopilan mensualmente en las estaciones meteorológicas, relativos a lluvias, corresponden a:     

Precipitación total mensual en cada pluviómetro Precipitación para un intervalo de 24 horas en cada pluviómetro Precipitación máxima mensual en 24 horas en cada pluviómetro Número de días de lluvia, nieve o granizo, durante el mes, en cada estación Bandas con las inscripciones de los pluviógrafos o registros equivalentes computarizados

Con el transcurso del tiempo, todo este conjunto de información alcanzaría un volumen realmente poco manejable. Resulta necesario en consecuencia acudir a procedimientos estadísticos normalizados que racionalicen la presentación, sintetizando el máximo de información en unos pocos parámetros (valores medios, dispersión respecto a ellos, configuración de la curva de observaciones, etc.). 4.2.1 Módulo Pluviométrico Anual Medio Se denomina Módulo Pluviométrico Anual Medio a la media aritmética de la lluvia anual, durante una serie de años, cuyos extremos deben consignarse conjuntamente con el valor del módulo pluviométrico, a fin de dejar caracterizado el período del cual aquél es representativo. Cuando las series disponibles sean de pocos años (menos de 30), el Módulo Pluviométrico Anual Medio debe tomarse con mucha precaución, pues en el conjunto es posible que predominen años secos, o por el contrario años húmedos. Para definir si un año (o período) es seco, medio o húmedo, no es suficiente una simple apreciación cualitativa, resultando necesario un índice que permita caracterizar el fenómeno. Se define al efecto como Índice de Humedad a la lluvia total registrada en un año determinado, dividida por el Módulo Pluviométrico Anual Medio. Así, en primera instancia, se define un año seco/húmedo, cuando su índice de humedad sea inferior o superior a 1, respectivamente. Sin embargo, resulta necesario precisar este modo de clasificación, porque seguramente habrá años más secos (o húmedos) que otros. Para ello se calcula la ley de distribución de las precipitaciones anuales y usualmente se consideran los tipos año muy seco/seco/normal/húmedo/muy húmedo según estén, respectivamente, en los siguientes intervalos de probabilidad:

4.2.2 Lluvia Media Mensual Con el mismo criterio anterior, pueden calcularse las medias de las precipitaciones producidas en un cierto mes, durante la misma serie de años. Este valor es la lluvia media mensual. La suma de las lluvias medias mensuales de todos los meses del año deberá ser igual al módulo pluviométrico anual medio. Se obtiene así una distribución de ese total medio a lo largo del año. Para representar el régimen de lluvias en una estación meteorológica, es usual establecer el diagrama (preferentemente escalonado) que represente las alturas de lluvia mensuales, para cada uno de los 12 meses del año. Se da forma así a un año medio ficticio, donde la lluvia de cada mes es el promedio de los totales mensuales registrados para dicho mes en el curso de los “n” años del período de observación. Puede resultar muy representativo graficar en un único diagrama, conjuntamente con los valores de los promedios mensuales, los valores extremos (máximo y mínimo) producidos en el período de “n” años considerado. Otra forma de poner en evidencia la distribución relativa de las lluvias mensuales y facilitar la comparación de una estación a otra, es la de calcular los coeficientes pluviométricos mensuales, que son las relaciones (en %) entre la lluvia media mensual del mes considerado y una precipitación mensual ficticia, igual a 1/12 del módulo pluviométrico anual. 4.2.3 Lluvia Diaria Tal como se refiriera en el apartado 5.a.5.ii, cuando la estación cuenta con un pluviómetro ordinario, generalmente se hace una sola medida diaria. En las redes nacionales, esta medición se efectúa a la misma hora todos los días (las 9:00 horas en nuestro país), a fin de homogeneizar los resultados. De esta forma el valor que queda registrado para un día determinado es el que corresponde a la precipitación recogida en el pluviómetro desde las 9 horas del día anterior hasta las 9 horas de ese día. Conviene tener presente esta circunstancia, especialmente al comparar las medidas pluviométricas así obtenidas con registros pluviográficos. Si resulta necesario conocer detalladamente la distribución de esa precipitación a lo largo del día (dato imprescindible, por ejemplo, para el análisis de tormentas intensas de corta duración), es necesario instalar un pluviógrafo, cuya banda o registro constituye una curva diaria acumulada, de la cual se deduce, no

sólo el total de lluvia recogida, sino las cantidades recibidas en intervalos de tiempo tan pequeños como se quiera (hasta del orden de los minutos), es decir la intensidad de la lluvia, la que se expresa referida a mm/h, a fin de homogeneizar su interpretación. Si el intervalo fuese infinitésimo se tendría la intensidad instantánea.

4.3 CURVAS CARACTERISTICAS 4.3.1 Curva de Masa Se la define como la curva de precipitación acumulada en un determinado período, representada en un sistema de ejes en que se grafican los valores del tiempo (usualmente horas) en abscisas y de precipitación acumulada (mm) en ordenadas. Este tipo de curvas es empleado generalmente para representar las características de las tormentas consideradas en forma individual, obteniéndose los valores pertinentes en base a los registros de los pluviógrafos.

La observación de la curva de masa indica claramente la intensidad y la variación en el tiempo de la lluvia durante el transcurso de la tormenta, ya que la pendiente de aquélla en cualquier punto es equivalente a la intensidad de la precipitación; además, los tramos en que la curva de masa se hace horizontal indican períodos sin lluvia. La pendiente de la recta trazada entre los puntos extremos de la curva de masa, permite obtener la intensidad media de la precipitación producida por la tormenta, en el intervalo de tiempo correspondiente a su duración.

Las curvas de masa de las lluvias producidas, constituyen la información más deseable a tener en cada estación de la cuenca o zona bajo análisis; sin embargo para su obtención se requieren necesariamente registros de pluviógrafos. Cuando, como suele ser frecuente, se cuenta con un cierto número de registros pluviométricos, que corresponden sólo a la cantidad total de lluvia precipitada en un período determinado, una técnica aceptable para “reconstruir” la curva de masa de tales estaciones, es la de adoptar la misma distribución registrada en un pluviógrafo ubicado en la zona, supuesta homogénea en lo relativo a las características de las precipitaciones. Para ello se afectan todas las ordenadas de la curva de masa disponible, por la relación existente entre las precipitaciones totales registradas en ambas estaciones en

el período

considerado.

4.3.2 Yetogramas Se denomina yetograma (o hietograma o pluviograma) a la gráfica que representa en un sistema tiempo (horas o minutos) en abscisas e intensidades de precipitación (mm/h) en ordenadas, la cantidad de precipitación producida durante una tormenta dada.

Si bien la configuración real de un yetograma tiende a una forma acampanada, a los fines de su utilización práctica, se considera la precipitación constante (tomando el valor medio correspondiente) para intervalos de tiempo preestablecidos, de duración menor a la total del aguacero, por lo que los yetogramas adquieren una configuración escalonada. Los valores para su construcción se obtienen a partir de los registros pluviográficos. 4.3.3 Curvas de Intensidad y Duración (ID) A medida que se reduce el intervalo de tiempo, la intensidad máxima expresada en unidad constante (por ejemplo mm/h) va creciendo. Esto es evidente para una misma tormenta y aplicable a una serie de ellas registradas por un pluviógrafo en una misma estación. La forma de una curva ID se muestra en la Figura 36.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES