Diagramas termodinámicos

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Observación Atmosférica
Equipo Docente
Oscar A. Frumento, Dr. Federico Norte, Lic. Magalí Medone
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOS COMECHINGONES
Diagramas termodinámicos
Gráficos y parámetros deducidos de un radiosondeo
Índice:
1. Variables medidas por un radiosonda
2. Diagramas termodinámicos
2.1. Variables graficadas
2.2. Diagrama Skew-T
2.3. Tefigrama
2.4. Emagrama
3. Índices de inestabilidad
4. Niveles de condensación
5. CAPE y CIN
6. Agua precipitable
1. Variables medidas por un radiosonda
Radiosonda Vaisala RS92-SGP
• Posición geográfica (Latitud/Longitud)
• Altitud
• Presión
• Temperatura
• Humedad relativa
• Velocidad y dirección del viento
2. Diagramas termodinámicos
Brindan una representación gráfica de los procesos en la atmósfera.
¿Para que se utilizan?
Muestran soluciones a una serie de ecuaciones matemáticas.
Herramientas para predecir tiempo severo.
Tipos: Skew-T, Stüve, Tefigrama, Emagrama
Usados en estudios de contaminación ambiental.
1. Isobaras (líneas de presión constante) 
2. Isotermas (líneas de temperatura constante)
3. Adiabáticas secas (-10°C/1km) 
4. Adiabáticas saturadas (-6.5°C/1km) 
5. Isohumas (líneas de mezcla de 
saturación constante)
2.1. Variables graficadas
2.1. Variables graficadas
• Isobaras (líneas de presión constante)
Son líneas que están espaciadas logarítmicamente a
partir del nivel aproximado de 1050 hPa en la parte
inferior del diagrama hasta 100 hPa en la parte
superior del mismo. Las isobaras se trazan a
intervalos de 50 hPa.
2.1. Variables graficadas
• Isotermas (líneas de temperatura constante)
Son líneas rectas, continuas y que, dependiendo el
tipo de diagrama, son oblicuas y van desde la parte
inferior izquierda hasta la parte superior derecha del
diagrama, o viceversa.
2.1. Variables graficadas
• Adiabáticas secas
Representan líneas de temperatura potencial constante. En el
diagrama oblicuo T - log p, las adiabáticas secas son las líneas
continuas y ligeramente inclinadas que van desde la parte
inferior derecha hasta la parte superior izquierda del
diagrama.
Estas líneas indican la razón de cambio de temperatura para
una burbuja de aire seco que asciende o desciende
adiabáticamente, es decir, sin pérdida o ganancia de calor.
2.1. Variables graficadas
• Adiabáticas saturadas
Representan líneas de temperatura potencial equivalente constante.
En el diagrama oblicuo T - log p, son las líneas de trazos ascendentes
ligeramente curvadas. La inclinación y separación de estas líneas varía
considerablemente con la altitud y la temperatura.
Las adiabáticas saturadas representan la razón de cambio de
temperatura para una burbuja de aire saturado ascendente (según la
suposición pseudoadiabática, que da por sentado que todo el vapor de
agua que se condensa precipita inmediatamente conforme la burbuja
asciende).
2.1. Variables graficadas
• Líneas de razón de mezcla de saturación
Representan valores constantes de capacidad de contener
vapor de agua; más específicamente, se trata de la cantidad
de gramos de agua necesaria para saturar un kilogramo de
aire seco a una temperatura y presión dadas
2.2. Diagrama Stew-T
T
Td
Líneas de razón de mezcla de saturación
Adiabáticas saturadas
Adiabáticas secas
Isobaras
Isotermas
Temperatura
Log P
2.2. Stüve
Líneas de razón de mezcla de saturación
Adiabáticas saturadas
Adiabáticas secas
Isobaras
Isotermas
T
Td
Temperatura
Log P
2.3. Tefigrama
Líneas de razón de mezcla de saturación
Adiabáticas saturadas
Adiabáticas secas
Isobaras
Isotermas
2.4. Emagrama
Líneas de razón de mezcla de saturación
Adiabáticas saturadas
Adiabáticas secas
Isobaras
Isotermas
T
Td
Temperatura
Log P
Emagrama (Energy per 
unit mass diagram)
Skew-T Stuve Tefigrama
Coordenadas
Temperatura (T) -ln P (menos, 
el logaritmo neperiano de la 
Presión)
Temperatura (T) -ln P 
(menos, el logaritmo 
neperiano de la Presión)
Temperatura (T) -
Pk (menos el valor de la 
presión, elevado a R/Cp 
= k, donde R es la 
constante de los gases 
y Cp es el calor 
específico a presión 
constante (P (R/Cp)).
Temperatura (T) Cp lnf (Cp
es el calor específico a 
presión constante y lnf es el 
logaritmo neperiano de la 
temperatura potencial)
Isotermas
Rectas y verticales (el ángulo 
que forman con las 
adiabáticas es variable, pero 
próximo a los 45º)
Rectas (pero en este caso, a 
diferencia del emagrama, se 
ha rotado el eje en el sentido 
de las agujas del reloj, por lo 
que el ángulo entre las 
isotermas y las adiabáticas 
es de 45º)
Rectas y verticales
Rectas. Forman un ángulo 
de aproximadamente 45º 
con la vertical
Isobaras Rectas y horizontales Rectas y horizontales Rectas y horizontales
Aproximadamente 
horizontales, leve curvatura
Adiabáticas Curvas Curvas Rectas Rectas
Área equivalente Sí Sí No Sí
Emagrama (Energy per 
unit mass diagram)
Skew-T Stuve Tefigrama
Ventajas
Es área equivalente. Esto 
significa que el área en el 
diagrama es proporcional al 
trabajo realizado.
Es área equivalente.
Isobaras, isotermas y 
adiabáticas son líneas 
rectas
Es área equivalente.
Las isobaras son rectas Las isobaras son rectas
El ángulo entre isotermas y 
adiabáticas es de 90º
La coordenada vertical -P es 
proporcional a la altura
La coordenada vertical -P 
es proporcional a la altura
El ángulo entre las 
adiabáticas e isotermas es 
de aproximadamente 90º
Desventajas
Las adiabáticas no son líneas 
rectas.
Las adiabáticas no son 
líneas rectas.
No es área 
equivalente.
Las isobaras no son rectas
Observaciones Es el que se usa en Argentina
Diagrama más usado en 
EEUU
Se emplea menos ya 
que no es un diagrama 
área equivalente
Empleado en Canadá y 
Europa
Índices de 
inestabilidad
Niveles de 
condensación
Tope de la 
tropopausa
CAPE y T crítica
Agua precipitable 
Viento máximo
Isoterma 0°C
3. Índices de inestabilidad
Utilizados para evaluar el potencial de actividad de tormentas convectivas. Se calculan a partir de la
temperatura en niveles estándar: por ejemplo (850 hPa, 700 hPa y 500 hPa).
Índice K
IK entre 15 y 25: potencial convectivo bajo
IK entre 25 y 35: potencial convectivo moderado
IK <> 35: potencial convectivo alto
Puntos fuertes: herramienta muy útil para diagnosticar el potencial de convección. 
Limitaciones: no se puede usar para inferir la intensidad de la convección. No se puede aplicar en regiones en altura, donde 
la presión en superficie es normalmente inferior a 850 hPa.
3. Índices de inestabilidad
Índice de Showalter
SI > 0: estable
SI entre 0 y -4: marginalmente inestable
SI entre -4 y -6: gran inestabilidad
SI < -6: extremadamente inestable
Limitaciones: umbrales válidos en lugares donde la elevación del terreno es baja.
3. Índices de inestabilidad
Índice Sweat
Potencial de tiempo severo
150 < Sweat < 300 : bajo
300 < Sweat < 400 : posible
Sweat < 400 : alto
Puntos fuertes: difiere de muchos otros índices de tiempo severo por tomar en cuenta el perfil del viento en la determinación 
del potencial de tiempo severo.
3. Índices de inestabilidad
Índice Total Totals
TT entre 45 y 50: posibles tormentas
TT entre 45 y 50: posibles tormentas severas
TT entre 55 y 60: probables tormentas severas,
posibilidad de tornados.
Puntos fuertes: Es un índice de tormentas severas muy utilizado y fácil de calcular. 
Limitaciones: solo usa datos de dos niveles obligatorios (850 y 500 hPa) y, por tanto, no toma en cuenta el efecto de las inversiones o 
de las capas húmedas y secas que pueden existir entre dichos niveles. 
- No sirve en lugares donde el nivel de 850 hPa se encuentra cerca de la superficie o debajo del suelo. 
- No toma en cuenta la cizalladura vertical del viento, un factor crítico en muchos ambientes de convección severa.
3. Índices de inestabilidad
CAPE
0 < CAPE < 1000: marginalmente inestable
1000 < CAPE < 2500: moderadamente inestable
2500 < CAPE < 3500: muy inestable
CAPE > 3500: extremadamente inestableCAPE: ENERGÍA POTENCIAL CONVECTIVA DISPONIBLE
Representa la cantidad de energía de empuje
hidrostático disponible de una parcela de aire que se
eleva vertical y libremente.
https://weather.uwyo.edu/upperair/indices.html
4. Agua precipitable
Es la cantidad de agua (mm) que se podría obtener si todo el vapor de agua
contenido en una columna de aire de la atmosfera, con una base cuya área
es igual a la unidad, se condensara.
Los valores más altos de agua precipitable significan que hay más agua
disponible para posibles precipitaciones.
5. Niveles de condensación
5.1. Nivel de condensación por ascenso (NCA)
Es la altitud a la que una burbuja de aire se satura cuando asciende por un proceso adiabático seco.
Es siempre el nivel más bajo de condensación, y señala el nivel a partir del cual es esperable nubosidad.
Se localiza en un sondeo en la
intersección de la línea de la relación de
mezcla (W) que pasa por la temperatura
de rocío de superficie (o del nivel que se
trate) con la adiabática seca
correspondiente a la temperatura de
bulbo seco (T) del mismo nivel.
5.2. Nivel de condensación por convección (NCC)
Normalmente es la altura de la
base de las nubes cumuliformes
formadas por convección térmica,
producida exclusivamente por el
calentamiento de la superficie.
Es la altitud a la que una parcela de aire, si es calentada lo suficiente, se eleva adiabáticamente hasta saturarse. Para determinar el NCC en un
sondeo se sigue hacia arriba por la línea de relación de mezcla (w) que pasa por la temperatura de rocío de superficie hasta que esta línea
intercepte la curva de temperatura del sondeo. El NCC es la altura de esta intersección. Cuando en las capas cercanas a la superficie hay
mucha variación en el contenido de humedad, se utiliza un promedio de humedad (como es el caso de este ejemplo), en lugar del valor de
humedad de superficie.
CAPE representa la cantidad de energía de flotabilidad disponible de una parcela o burbuja de aire que se eleva vertical y
libremente.
Es una energía “potencial” disponible, por lo que no la podríamos obtener de forma inmediata, sino que está latente y
necesita ser liberada o disparada por otro factor que desencadene su liberación (por ejemplo el pasaje de un frente frío).
Su fórmula es la siguiente:
Donde 𝑔 es la gravedad, 𝑇𝑣
′ es la diferencia de la temperatura entre la parcela y el entorno y 𝑇𝑣 es la media entre ambas.
NE es el nivel de Equilibrio (en donde la parcela tiene la misma temperatura que el entorno) y NLC es el nivel de libre
convección (parcela que asciende desde el NCA por una adiabáticamente saturada, y llega a tener la misma temperatura
del entorno.
CAPE
𝐶𝐴𝑃𝐸 = 𝑔 
𝑁𝐿𝐶
𝑁𝐸 𝑇𝑣
′
 𝑇𝑣
𝑑𝑧
La importancia de este índice es que está directamente relacionado a la velocidad vertical de la parcela que se está
estudiando, a través de la siguiente fórmula:
𝑤𝑚á𝑥 = 2 𝐶𝐴𝑃𝐸
Esta ecuación no tiene en cuenta los efectos de mezcla, el peso del agua condensada, y la presión, por lo que a menudo
sobreestima el valor real de la corriente ascendente en un factor de 2.
Por ejemplo, si un sondeo arroja un valor de CAPE de 2000 J/kg, el valor de 𝑤𝑚á𝑥 más probable es de aproximadamente
65 nudos.
CIN
La Inhibición Convectiva una medida de la cantidad de energía que se requiere para superar la flotabilidad negativa y 
permitir la convección. Cuanto más grande sea este valor, menor la posibilidad de que se formen tormentas convectivas.
Áreas negativas y positivas
Para el caso de una parcela
ascendida desde la superficie
mediante un proceso mecánico
(un frente, orografía,
convergencia), el primer paso
es determinar el NCA, desde allí
el NLC y continuar por la
adiabática saturada hasta el NE
(intersección de la adiabática
saturada con el sondeo). El área
en color rojo corresponde al
CAPE (área positiva), mientras
que el área en azul
corresponde al CIN (área
negativa).
Para conocer todos los niveles de condensación que se obtienen en un diagrama
termodinámico pueden visitar el siguiente módulo del COMET:
https://www.meted.ucar.edu/mesoprim/tephigram_es/print_2.php