Convección y capas de baja humedad

Tema general de meteorología donde se trata sobre cualquier punto de la misma

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Notapor erierab » Sab Jun 26, 2010 5:50 am

Vigo de Sanabria escribió:Sabeis lo que ha empeorado?? La humedad...en capas medias (a 850hpa)

Michu escribió:Y ese taponcillo seco que tenemos a 850hpa tampoco me gusta un pelo, tenemos buenos Capes en los primeros km pero no se yo si serán suficientes para perforar ese pequeño tapón...


A ver...,que os cargais toda la teoría de la burbuja. :lol:

Tened en cuenta que la humedad que condensa durante el ascenso, es la aportada por la parcela que asciende (al venir de capas a mayor temperatura, su humedad absoluta es mayor), y no la que corresponde al ambiente, por lo que la existencia de esas capas "secas" no va a impedir los desarrollos. Lo realmente importante es el gradiente vertical de temperatura, que es el que va a determinar la existencia de capas estables que podrían inhibir la convección. ¿Recordais el CIN?.

Donde sí resulta importante la humedad es en la base de la capa inestable (absoluta o condicionalmente), ya que va a ser uno de los factores, junto con la temperatura, que determinarán la altura de los niveles de condensación por ascenso y de convección libre.

Saludos
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Notapor Vigo de Sanabria » Sab Jun 26, 2010 1:02 pm

Estas diciendome Erierab que con una situaciones previas como estas se pueden producir conveccion tambien a niveles altos?? no quedaria estancado el ascenso de la parcela en el nivel de los 600hpa??? especialmente en el segundo caso...

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Imagen[/img]

PD: Estoy suponiendo que tenemos niveles aceptables de CAPES, Lifted, forzamiento, etc, etc...
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Notapor erierab » Dom Jun 27, 2010 3:53 am

Vigo de Sanabria escribió:Estas diciendome Erierab que con una situaciones previas como estas se pueden producir conveccion tambien a niveles altos?? no quedaria estancado el ascenso de la parcela en el nivel de los 600hpa??? especialmente en el segundo caso...


Mas o menos, Vigo, es que esa capa no funciona como tapón. A ver si consigo aclararlo.

El problema del ascenso de la parcela en el estudio de la conveción es meramente de flotabilidad, o lo que es lo mismo, de diferencia de densidades entre la parcela que asciende y la del entorno en el que se desarrolla el ascenso, lo que a efectos prácticos se reduce a un problema de temperaturas: mientras la temperatura de la parcela sea mayor que la temperatura ambiente existirá ascenso.

Aquí llega uno de los puntos importantes de la teoría: la parcela se mueve verticalmente sin mezclarse, ni intercambiar calor con el ambiente que la rodea, por tanto, su evolución unicamente depende del estado inicial (presión, temperatura y humedad). Esta evolución es la que se conoce como curva de proceso (la he puesto en negro en las figuras que adjunto).

A medida que la parcela asciende, se va enfriando, por lo que llegará un momento en el que alcanzará la saturación, y a partir de ese instante, al liberar calor latente, comenzará a enfriarse mas lentamente en su ascenso. Esas variaciones de temperatura con la altura (y por tanto con la presión) no son arbitrarias, sino que vienen determinadas por las leyes de la Termodinámica, y se traducen en los gradientes adiabáticos (sin intercambio de calor) seco y saturado respectivamente. Y es precisamente en la determinación del punto en el que se produce el cambio de un gradiente a otro cuando aparece la humedad del estado inicial, ya que cuanto mayor sea esta, antes se producirá la condensación.

Una vez que sabemos como va a evolucionar la parcela, unicamente nos falta compararla con el sondeo real (o calculado), y obtener los famosos CAPE, Lifted, etc., aparte de observar las zonas en las que se producirian los ascensos.

Veamos los pseudosondeos (obtenidos del GDAS) para Lugo en la fecha que me indicas:

Imagen

Se puede observar que, a pesar de que el ambiente sea relativamente seco (líneas roja y verde separadas) por encima de los 700 hPa, no influye para nada en la flotabilidad, y por lo tanto, en la existencia de desarrollos convectivos.

Otra cosa totalmente distinta sería si existiese alguna inversión de temperatura que hiciese que la curva de proceso cortase a la ambiental, tal y como se observa (en este caso se trata de una inversión frontal) en el sondeo que utilicé cuando hablamos de ese día en el hilo de Seguimiento de Sistemas Convectivos

Naturalmente, lo que he expuesto es una visión simplificada (la propia parcela ya lo es) de los movimientos verticales que se producen en la atmósfera, cuya explicación mas completa se sale del ámbito de un simple mensaje.

Saludos

Para los puristas: Omito a proposito las diferencias entre los distintos tipos de temperaturas (virtual,saturación, rocio, termómetro seco, húmedo, etc), y entre los términos adiabático y pseudoadiabático. :wink:
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Notapor Vigo de Sanabria » Dom Jun 27, 2010 11:42 pm

Pero Erierab, es que ese dia no explotaron los desarrollos ni por la provincia de Lugo ni por Asturias, yo creo que gran parte de la causa es que los niveles de humedad eran pesimos arriba...

A ver, me explico, yo tenia entendido que si tenemos una capa seca (supongamos en el nivel de 600hpa-500hpa) hay que evaluar los CAPE en dicha capa seca, y si ahi tienes valores positivos habra riesgos de tormenta (de reventones secos), mayor cuanto mas alto sea el CAPE y con menor posibilidad cuanto mas seca y amplia sea la capa. Pero si en lugar de eso tenemos inhibicion en esa capa habra que mirar todo el nivel inferior y si el CAPE desde superficie hasta los 600hpa supera con creces el nivel de inhibicion de la capa superior entonces es cuando se daria la conveccion....pero claro eso no lo sabemos a priori (ni a posteriores con los reanalisis de GDAS), aunque si podemos tener una idea de los niveles de humedad en capas altas (y eran una birria)....

Ademas precisamente con una reduccion de la humedad puede venir un ascenso de la temperatura, y ya sabemos que un ascenso de las temperaturas es CIN a saco...por eso cuando hay esas capas secas en altura la conveccion se puede entorpecer. :?

Ahora bien puede que este equivocado y la poca teoria que manejo comparado contigo este totalmente equivocado (sera lo mas posible) :lol:

Salu2, intersante debate :wink:



PD: Vaya pedazo d analisis que te has marcado Iñaqui :wink: , a ver como se comporta esa borrascota.
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Notapor erierab » Lun Jun 28, 2010 6:16 am

Estimado Vigo, me parece que estás mezclando conceptos. Vamos a intentar ir por partes, aunque me temo que, por claridad, no voy a poder respetar el orden de tus frases.

Vigo de Sanabria escribió:A ver, me explico, yo tenia entendido que si tenemos una capa seca (supongamos en el nivel de 600hpa-500hpa) hay que evaluar los CAPE en dicha capa seca, y si ahi tienes valores positivos habra riesgos de tormenta (de reventones secos), mayor cuanto mas alto sea el CAPE y con menor posibilidad cuanto mas seca y amplia sea la capa. Pero si en lugar de eso tenemos inhibicion en esa capa habra que mirar todo el nivel inferior y si el CAPE desde superficie hasta los 600hpa supera con creces el nivel de inhibicion de la capa superior entonces es cuando se daria la conveccion....pero claro eso no lo sabemos a priori (ni a posteriores con los reanalisis de GDAS), aunque si podemos tener una idea de los niveles de humedad en capas altas (y eran una birria)....


Vamos a partir del hecho (nuevamente voy a simplificar bastante) de que la convección es en principio, junto con la conducción y la radiación, uno de los mecanismos que permiten el transporte de energia, lo que implica la existencia de una fuente de la misma.

En nuestro caso, el origen de la energia se encuentra en las partes inferiores de la atmósfera (recordemos que el aire es un mal conductor del calor, por eso se utiliza en aislamientos térmicos en edificios, y que es transparente en las longitudes de onda en las que el Sol emite su máximo de energia), que a su vez se calientan al estar en contacto con el suelo. De este hecho viene la conocida frase de que la atmósfera NO se calienta desde arriba, sino desde abajo.

Por otra parte, además de ese calor sensible, vamos a tener otro ingrediente primordial que va a ser el vapor de agua, el cual actua como un acumulador de calor, ya que la misma cantidad de energia que necesitamos en su momento para su formación a partir de las masas de agua existentes en el planeta, es liberada en forma de calor sensible en el momento en que vuelve a condensar.

Por tanto, ¿dónde se encuentran las fuentes?, pues donde exista mayor temperatura, y mayor cantidad de vapor de agua (ojo,humedad absoluta,no necesariamente relativa), es decir, en las capas inferiores de la atmósfera.

Vamos ahora con la definición matemática del CAPE como la suma (en realidad se hace por integración) de las energias ocasionadas por flotabilidad que experimenta la parcela en su ascenso entre el nivel de convección libre (LFC), y el nivel de equilibrio (EL).

Ambos niveles (en el caso de que existan) corresponden a los puntos de intresección entre la curva de proceso (evolución de la parcela), y el sondeo real, diferenciandose en que en el primer caso, la parcela al ascender se calentaría mas rapidamente que el ambiente (por tanto continuaría ascendiendo), y en el segundo el calentamiento sería mas lento y dejaría de ascender.

El LFC se obtiene a partir de los dos factores que habiamos mencionado antes: humedad y temperatura, y aquí es donde empiezan los problemas. Dejando aparte el hecho de que deberíamos trabajar con temperaturas virtuales, la principal complicación reside en que esos valores los debemos tomar dentro de la capa límite, o capa superficial de mezcla, por lo que los valores obtenidos tomando directamente los valores en superficie puede que no sean los mas adecuados. Así nacen los conceptos de SBCAPE (basado en la superficie), MLCAPE (basado en valores medios de los 100 mb inferiores) y MUCAPE (Basados en la parcela mas inestable en los 300 mb inferiores de la atmósfera). Logicamente los valores obtenidos serán ligeramente diferentes según como escojamos la parcela. (Puedes verlo en esta imágen: https://www.e-education.psu.edu/files/m ... ll0607.gif )

Ya que estamos en la parte inferior de la atmósfera, vamos a aclarar tambien el tema de la Inhibición Convectiva (CIN), que sería simplemente la energia que deberiamos aportar a la parcela para que pueda alcanzar el LFC. Una forma muy habitual de proporcionar esa energia es mediante el calentamiento diurno, de tal forma que se supere la temperatura convectiva o temperatura de dísparo. Lógicamente,no tiene sentido hablar de CIN si no existe el nivel de convección libre, por eso en los mapas y meteogramas no se representa mas que cuando existe CAPE.
En esta animación Flash creo que se aclara bastante el concepto: https://www.e-education.psu.edu/files/m ... ng0606.swf

Vamonos ahora al nivel de equilibrio (EL). Normalmente nos lo vamos a encontrar a bastante altura, tal y como sería de esperar en el caso de los topes de nubes convectivas, e incluso muy cerca de la tropopausa, pero puede darse el caso de la existencia de inversiones debidas a frentes cálidos en altura. En estos casos, pudiera ser que el entorno llegase a tener mayor temperatura que la parcela ascendente, lo que provocaría que el nivel de equilibrio se situase a esa altura, formando un tapón (cap) que impediría desarrollos a mayor altura.

Respecto a lo que comentas sobre calcular el CAPE a partir de una parcela situada en el nivel un tapón en niveles de 600 hPa o superior, aparte de no haber encontrado ejemplos en las fuentes que conozco (lo cual no quiere decir que no existan), no creo que fueran a arrojar valores muy altos, precisamente por "falta de combustible", ya que la humedad absoluta (elemento clave en la convección) sería muy baja.

Hoy se me está haciendo muy tarde, pero mañana ya pongo algún gráfico sobre este aspecto. De momento, ya hay materia para pensar.

Aunque continuaré mañana, el hecho de que menciones los "reventones" me hace pensar que te estás liando con el DCAPE, así que hablaremos también de ello.

Sin embargo hay una frase que no me acaba de convencer, y que me gustaría aclarar antes de terminar por hoy:

Ademas precisamente con una reduccion de la humedad puede venir un ascenso de la temperatura,


Una reducción de la humedad no implica un ascenso de la temperatura, y un ejemplo muy claro son las famosas entradas de aire frio continental durante el invierno. Otra cuestión es que al aumentar la temperatura de una masa de aire descienda su humedad relativa, ya que aumenta la presión de saturación. Lo que tu planteas tiene mas que ver con una invasión de aire sahariano (como se nota que estamos en verano y nos traiciona el subconsciente :wink:)

Mañana más.

Saludos

PS. A mí también me parece un tema interesante para discutir, a ver si así aprendemos todos, yo el primero.
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Notapor Vigo de Sanabria » Lun Jun 28, 2010 3:18 pm

erierab escribió:Sin embargo hay una frase que no me acaba de convencer, y que me gustaría aclarar antes de terminar por hoy:

Ademas precisamente con una reduccion de la humedad puede venir un ascenso de la temperatura,


Una reducción de la humedad no implica un ascenso de la temperatura, y un ejemplo muy claro son las famosas entradas de aire frio continental durante el invierno. Otra cuestión es que al aumentar la temperatura de una masa de aire descienda su humedad relativa, ya que aumenta la presión de saturación. Lo que tu planteas tiene mas que ver con una invasión de aire sahariano (como se nota que estamos en verano y nos traiciona el subconsciente :wink:)


Pero es que una entrada de aire frio continental es un mal ejemplo :? , ya que en invierno apenas hay tormentas y menos en una situacion de un adveccion muy fria y seca en capas bajas como es una entrada continental. A ver te voy a poner varios ejemplos practicos de sondeos reales en los cuales una capa seca actua como inhibidora de conveccion y se relaciona directamente con la inversion termica en ese mismo nivel (aunque quizas fisicamente no haya una estricta relacion...).

Fijate como hay dos situaciones de inversiones termicas coincidentes con dos capas secas, y una de ellas esta en los 500hpa. Para que quede todo mas claro voy a intentar explicar un poco esto..

En el lado derecho del sondeo podemos observar una linea negra que se corresponde con la linea de estado de la temperatura (a diferentes niveles), y a la izquierda tenemos el punto de rocio, linea que marca la temperatura a la cual el aire no puede mantener la humedad, pues bien, en los estratos donde las lineas esten proximas la humedad sera alta y sera baja donde esten mas separadas (pueden incluso juntarse, en ese caso la humedad seria 100%).

Imagen

Otro ejemplo podria ser este, en el cual tenemos una humedad alta en el nivel de 700hpa pero una capa seca y calida tremenda a 650hpa, que es un ejemplo perfecto de inhibicion. Tambien te puse otro ejemplo al lado.

Imagen





PD: MLCAPE, MUCAPE, SBCAPE no son mas que distintos prefijos para la palabra CAPE, para designar el CAPE que hay en ese determinado nivel, no?? Es que yo esos terminos apenas los manejo macho (vamos que yo prefiero decir CAPE en los 3 primeros kilometros que decir MLCAPE) pero es cuestion de nomenclatura vamos :oops: .
Y lo que te comentaba de los reventones es que si tenemos una capa muy seca, y si esta se ve superada se pueden producir reventones (downburst), y tambien se pueden producir tormentas severas. Lo del DCAPE tambien lo desconocia (asi que imposible que lo confundiese con eso :lol: )... :?, se supone que es otro indice que mide la posibilidad de downburst??? Hay indices para todo.. :shock:

Mas tarde leo el resto de la intervencion, y menos mal que esta simplificada, por que tela :twisted:

Por cierto muchas gracias por la molestia :wink:
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Notapor erierab » Mar Jun 29, 2010 7:15 am

Vigo de Sanabria escribió:Pero es que una entrada de aire frio continental es un mal ejemplo :? , ya que en invierno apenas hay tormentas y menos en una situacion de un adveccion muy fria y seca en capas bajas como es una entrada continental.

Puede ser que tengas razón, de todas formas lo que quería decir es que una disminución de la humedad (salvo que consideremos cambios de estado) NO origina un aumento de temperatura, tal y como parecia desprenderse de tu frase. No lo estaba relacionando con el tema de las tormentas.

A ver te voy a poner varios ejemplos practicos de sondeos reales en los cuales una capa seca actua como inhibidora de conveccion y se relaciona directamente con la inversion termica en ese mismo nivel (aunque quizas fisicamente no haya una estricta relacion...).

Fijate como hay dos situaciones de inversiones termicas coincidentes con dos capas secas, y una de ellas esta en los 500hpa.


Mira por donde, los sondeos que has puesto igual nos sirven para intentar aclarar el tema.
Efectivamente, se puede apreciar la existencia de capas secas acompañadas de inversiones, lo que va a ser signo de estabilidad. En el caso del 13 de Agosto sobre Madrid es especialmente claro en mostrar que pueden existir disminuciones de humedad que no vayan acompañadas por un ascenso de temperaturas, tal y como se observa (aunque de forma mas gradual que la que señalas tú) en la capa 500-400 hPa.

Ya que has explicado lo básico para entender el diagrama, y ya que he mencionado los términos (incluso los he mostrado gráficamente) en mensajes anteriores, yo voy a llamar la atención sobre algunos de los valores que aparecen a la derecha de los gráficos (por lo menos en estos), y que son precisamente nuestros viejos conocidos el CAPE, el CIN (CINS en el gráfico), y los niveles de condensación por ascenso o LCL (LCLP), nivel de convección libre o LFc (LFCT) y nivel de equilibrio o EL (EQLV), y sus correspondientes valores utilizando temperaturas virtuales: CAPV, CINV, LFCV y EQTV (no se muestra para el LCL), y que nos van a servir de ayuda en la interpretación.

Vamos con el caso del sondeo de Madrid del 20 de Agosto:

Imagen

En este caso, la curva de proceso (o evolución de la parcela), dibujada en color rosa, en ningún momento se encuentra a la derecha de la curva de estado (ambiente), lo que significa que, en ausencia de otros factores, la atmósfera es estable y no se produciria convección. Eso aparece reflejado en la no existencia de los puntos de libre convección y equilibrio. Aunque no sé exactamente lo que ocurrió, me atrevería a afirmar que fué un día perfecto para los que adoran ponerse al sol.

Estudiemos ahora el del día 13 del mismo mes:

Imagen

Ahora sí que tenemos convección, y además es inhibida al nivel en el que aparece el descenso de humedad mas brusco, pero ello es debido a la inversión que se produce a esa altura (el nivel de equilibrio se situa a 557 hpa según el gráfico).
Me he permitido señalar en verde el área que correspondería al CIN, y en amarillo la del CAPE. Como puede observarse, la convección estaría limitada a una capa bastante delgada. Resumen, ausencia de fenómenos convectivos, y a la vista de las humedades en la capa 650-550 hPa (sobre el 90% de HR) posible nubosidad estratiforme. Una buena noche para pasear.

A estas alturas ya deberíamos haber notado que el aspecto del área amarilla en el sondeo difiere bastante del que presentaba en un mensaje anterior (y normalmente en cualquier ejemplo gráfico en el que se trate el CAPE). ¿Porqué? pues precisamente por la existencia de la inversión.

Jugando un poco, voy a suponer que dicha inversión no existe. En este caso el nivel de equlibrio sube hasta casi los 300 hPa, y el CAPE (zona amarilla + zona fucsia) se hace bastante mayor (a ojo, pasaría de 28 a unos 300 o 350 J/Kg ). Por tanto se ha inhibido la convección.

Nos queda una cuestión pendiente: ¿podría haber convección por encima de la capa seca a 550 hPa? La respuesta a efectos prácticos es negativa, debido a la baja humedad existente, incluso en condiciones cercanas a la saturación, a esas alturas que hace que las adiabáticas saturadas se aproximen a las secas, exigiendo por tanto gradientes muy elevados de temperatura.

Respecto al sondeo del 7 de Agosto de La Coruña, todo el lio está por debajo de los 900 hPa, por lo que no se aprecia bien en el gráfico, aunque sí en los valores. De todas formas estas imágenes (las he retocado brillo y contraste para apreciar mejor la nubosidad) tomadas ese día cerca de las 18 UTC (mira que casualidad) lo dicen todo:

Imagen

Imagen


Al final me he liado, y no me he metido con el DCAPE, que a grandes rasgos es similar al CAPE pero para parcelas descendentes. La solución, mañana, que ya es hora de ir a dormir.

Saludos
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Notapor Vigo de Sanabria » Mar Jun 29, 2010 6:43 pm

Para complementar un poco voy a colorear de amarillo tambien la zona de inversion y parte de la zona superior que actuaria como CIN, aunque estrictamente este area coloreada deberia llegar hasta la parte de arriba de la grafica, y no podriamos calcular su area debido a que esta es infinita...pero bueno lo que esta claro es que esa inversion actua como inhibidor. El segmento rosa es el Lifted index, que viene siendo +3ºC (mas o menos)


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Notapor erierab » Mié Jun 30, 2010 6:47 am

Bueno, parece que ya vamos llegando a algo: la causa de la inhibición de la convección es la inversión de temperatura, y no la baja humedad.

Asumiendo el riesgo de resultar pesado repitiendo las mísmas cosas, vamos a resumirlo utilizando el sondeo del 13 de Agosto en Madrid, y así intentamos dejar explicados los distintos aspectos.

Imagen

En la figura A encontramos el la interpretación gráfica del sondeo, mostrando en verde la región que corresponde al CIN, y en amarillo la del CAPE. El nivel de convección libre (LFC) corresponde al punto en el que se juntan ambas regiones, y el nivel de eqilibrio (EL) está marcado por la inversión.

Como comparación, en la figura B suponemos que no existe la inversión, y que la curva de estado mantiene un gradiente constante de temperaturas mostrada por la línea azul gruesa (por tanto nos olvidamos de la línea negra en ese tramo). En este caso, el nivel de equlibrio asciende notablemente, y como consecuencia el CAPE se ve incrementado en una cantidad proporcional al área magenta.

Como CAPE(figura A)< CAPE(figura B), dado que lo único que ha cambiado es la distribución de temperaturas, podemos concluir que la existencia de la inversión ha cortado el flujo convectivo que llegaba de capas inferiores.

Pasamos a la figura C (es la misma de tu anterior mensaje, Vigo, pero con los colores cambiados para que coincidan con las otras figuras). Aquí comprobariamos el déficit de flotabilidad que experimentaría la parcela (área en azúl) con origen en las capas inferiores. Observa que no utilizo el término CIN, ya que la definición en términos matemáticos implica una integral definida, cuyo límite superior, en este caso, no aparece especificado lo que nos llevaría a una energía infinita, que físicamente se interpretaría como la imposibilidad de desarrollar convección. Estaríamos en el mismo caso que cuando comentamos el sondeo del 20 de Agosto: la parcela es estable, ya que no podemos establecer un punto en el que corte la curva de estado, y pueda servir como límite superior.

Hasta aquí, creo que queda claro que la parcela solo ascenderá hasta la inversión (hablando estrictamente, sólo aumentará su velocidad de ascenso).

De todas formas, nos había quedado pendiente la cuestión de si por encima de dicha inversión era posible que se desarrollase un segundo nivel de convección, a lo que habiamos razonado que no, salvo si existiesen gradientes inusualmente elevados de temperatura, superiores incluso al adiabático seco.

Para comprobarlo, en la figura D, se muestra lo que ocurriría con dos parcelas tomadas del ambiente en la zona de la inversión.
Concretamente se muestran para 560 hPa (justo en el comienzo de la inversión, y con una humedad relativa similar a la existente en la zona convectiva), y otra en el máximo de temperatura, en la base de la capa seca (550 hPa).
De la observación de la mísma se aprecian dos detalles interesantes: el primero es que ambas curvas de proceso convergen al aumentar la altitud, igualandose practicamente a unos 380 hPa (debido a la baja humedad absoluta), y el segundo, que se mantenien siempre en la zona de estabilidad (izquierda de la curva de estado). Siguiendo el esquema de la figura anterior, se representan en dos tonos de azúl (claro solo para la parcela originada a 560 hPa, y mas oscuro para ambas) los déficits de flotabilidad.

Espero que con esto ya haya quedado mas o menos claro el tema (si algo no lo está, preguntad, que esto es para todos, no solo para Vigo y para mí), al menos en lo que se refiere a CIN, CAPE, y por extensión el LI.

De todas formas, este sería solo el aspecto termodinámico del tema, ya que creo que es de todos conocido el hecho de que en la realidad existen otros factores importantes involucrados en el inicio y desarrollo de los procesos convectivos en la atmósfera, algunos de ellos no bien conocidos todavía, así que precaución a la hora de realizar previsiones basandose unicamente el el CAPE y el Lifted. especialmente sabiendo que pequeñas variaciones en las condiciones de la parcela considerada van a producir cambios apreciables en la evolución de la misma, y, no es por incordiar, que los modelos numéricos, al ser bastante miopes, no suelen ser muy exactos en el cálculo de los valores de temperatura y humedad en superficie.:wink:

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