Estratificación térmica del aire
La estratificación térmica del aire con la altura (gradiente térmico) condiciona la capacidad de difusión atmosférica vertical. La insolación influirá directamente en el gradiente térmico. No es igual la insolación en verano o en invierno, ésta también varía con la latitud y la hora del día. El gradiente térmico está directamente relacionado con la estabilidad de la atmósfera que determinará la posibilidad de mezcla vertical de los contaminantes y la capacidad para dispersarlos.
La estratificación térmica se puede cuantificar considerando la atmósfera como una columna estacionaria de aire seco en un campo gravitacional, en ausencia de fricción y en condiciones adiabáticas (sin intercambio de calor entre el sistema y el ambiente) y se puede calcular la disminución de la temperatura con la altura, a través de la siguiente ecuación, conocida como tasa de cambio adiabática seca o gradiente adiabático seco (Γ).
Una norma atmosférica internacional, con base en datos meteorológicos y midiendo temperaturas en latitudes medias, corrige este valor variando en estas condiciones la temperatura alrededor de 0,66 ºC/100 m (tasa normal de cambio).
Relación de la estabilidad atmosférica con el gradiente de temperatura y evolución de los penachos
1. Atmósfera inestable
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| Penacho serpenteante |
Penacho serpenteante con ligeros vientos. Cuando el gradiente térmico es mayor que la tasa de cambio adiabática (condiciones superadiabáticas), se producen condiciones atmosféricas de inestabilidad con un grado alto de turbulencia, lo que genera un penacho serpenteante que puede alcanzar el suelo en periodos cortos de tiempo. Un penacho de este tipo se asocia generalmente a vientos ligeros y un fuerte calentamiento del terreno.
2. Atmósfera neutra
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| Penacho cónico |
Penacho cónico en ausencia de vientos. En condiciones de estabilidad neutra, predominan las turbulencias mecánicas y el efecto de calentamiento térmico es bajo. En estas condiciones el penacho presenta una forma cónica, asociándose a días nublados o noche con vientos moderados.
3. Atmósfera estable
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| Penacho tubular |
Penacho tubular en ausencia de viento. Los penachos tubulares se presentan en condiciones de estabilidad, cuando el gradiente térmico es menor que la tasa de cambio adiabática, la turbulencia mecánica es inexistente de tal forma que si la densidad del penacho no difiere significativamente de la atmósfera circundante, el penacho se mueve con el viento a una elevación constante.
4. Inversión térmica: estable o neutra abajo, inversión encima
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| Penacho fumigante |
Penacho fumigante. Se pueden producir diferentes condiciones de inversión térmica. Esta ocurre cuando una capa estable de aire está a una pequeña distancia por encima del foco de emisión y una capa inestable se encuentra debajo del penacho, dando lugar a un penacho fumigante que batirá la superficie del terreno. La fumigación está favorecida por cielos despejados y vientos ligeros, predominando en verano y siendo características de las primeras horas de la mañana.
5. Inversión térmica: inestable arriba, inversión abajo
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| Penacho antifumigante |
Penacho antifumigante. Este tipo de inversión térmica es contraria a la anterior. Se produce cuando la capa de inversión está por debajo del penacho y la capa inestable está por encima de ésta, dando lugar a un penacho antifumigante que evitará que lleguen concentraciones significativas de contaminantes a nivel de suelo. Este tipo de penachos está asociado al atardecer con cielos despejados. Cuando existe inversión tanto por arriba como por debajo del foco de emisión la difusión queda atrapada entre ambas.
Es frecuente utilizar indicadores y criterios de estabilidad atmosférica basados en parámetros meteorológicos para caracterizar las posibles situaciones en la atmósfera. Uno de los más conocidos y utilizados es el método de Pasquill y sus posteriores modificaciones y adaptaciones, que establece una serie de clases de estabilidad dependiendo de la velocidad del viento, la insolación, el grado de nubosidad y la hora del día. Así, atmósferas inestables o neutras facilitan las corrientes verticales y la dispersión de los contaminantes, mientras que esto no se da con las atmósferas estables, llegándose incluso a situaciones de inversión térmica.
Factores topográficos
Otros factores que influyen en la dispersión son las características geográficas y topográficas que pueden producir modificaciones en la velocidad y dirección de los vientos. Una montaña, una masa de agua o un edificio cercano pueden influir de forma determinante en la dispersión. Los vientos y nubes pueden ser retenidos por formaciones montañosas pudiendo limitar la dispersión y creando condiciones de inversión térmica. Por otra parte, en los valles las masas de aire se calientan durante el día y se enfrían durante la noche creando complejos y variables vientos locales. También la diferencia de temperatura entre cuerpos de agua (lagos, mares, etc.) pueden causar vientos convectivos locales incidiendo en la difusión.
Además, la intensidad del viento variará con la altura por efecto del rozamiento con la superficie terrestre. Así, a mayor altura menor rozamiento y más intensidad. Este parámetro no puede ser medido experimentalmente y su determinación se realiza mediante cálculos aproximados. Sin embargo, debido a la complejidad de los fenómenos atmosféricos no existe ninguna fórmula plenamente satisfactoria que nos permita extrapolar los datos medidos a otras alturas, únicamente la fórmula de Deacon puede ser útil para capas límites de varios cientos de metros.
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Influencia de los factores topográficos |
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