En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmósfera y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia (tormenta), llovizna, nieve, aguanieve y granizo, pero no virga, neblina ni rocío, que son formas de condensación y no de precipitación. La precipitación es una parte importante del ciclo hidrológico, al llevar agua dulce a la parte emergida de la corteza terrestre y, por ende, favorecer la vida en la Tierra, tanto de animales como de vegetales, que requieren agua para vivir. Si bien la lluvia es la más frecuente de las precipitaciones, no deben olvidarse los otros tipos como la nevada y el granizo.
Mecanismos de Formación de la Precipitación
La precipitación se genera en las nubes cuando alcanzan un punto de saturación. En este punto, las gotas de agua aumentan de tamaño hasta alcanzar una masa que se precipita por la fuerza de la gravedad. En esencia, toda precipitación de agua en la atmósfera, sea cual sea su estado (sólido o líquido), se produce por la condensación del vapor de agua contenido en las masas de aire, que se origina cuando estas son forzadas a elevarse y enfriarse. El aire está saturado si contiene el máximo posible de vapor de agua, lo que significa que su humedad relativa es del 100 por 100.
El estado de saturación se alcanza normalmente por enfriamiento del aire, ya que el aire frío se satura con menor cantidad de vapor de agua que el aire caliente. Los núcleos de condensación, que permiten al vapor de agua recuperar su estado líquido, son minúsculas partículas en suspensión en el aire, procedentes de humos o de microscópicos cristales de sal que acompañan a la evaporación de las nieblas marinas. Así es como se forman las nubes. La pequeñez de las gotas y de los cristales les permite quedar en suspensión en el aire y ser desplazadas por los vientos.
Las nubes se convierten en lluvia cuando las gotitas se hacen más gruesas y más pesadas. El fenómeno es muy complejo: las diferencias de carga eléctrica permiten a las gotitas atraerse; los «núcleos», que a menudo son pequeños cristales de hielo, facilitan la condensación. Así es como las descargas eléctricas se acompañan de precipitación violenta.
Enfriamiento del Aire y Punto de Rocío
El punto de rocío es la temperatura a la que debe enfriarse un volumen de aire para que se sature y se condense en agua. Normalmente, el vapor de agua comienza a condensarse en núcleos de condensación como polvo, hielo y sal para formar nubes, y la concentración de estos núcleos determinará la microfísica de las nubes.
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Existen cuatro mecanismos principales para enfriar el aire hasta su punto de rocío:
- Enfriamiento adiabático: Se produce cuando el aire asciende y se expande. El aire puede ascender debido a la convección, a movimientos atmosféricos a gran escala o a una barrera física como una montaña (elevación orográfica).
- Enfriamiento conductivo o por conducción: Ocurre cuando el aire entra en contacto con una superficie más fría, normalmente al ser soplado de una superficie a otra, por ejemplo, de una superficie de agua líquida a tierra más fría.
- Enfriamiento radiativo.
- Enfriamiento evaporativo.
Medición y Características de la Precipitación
La medición de la precipitación se efectúa por medio de pluviómetros o pluviógrafos; los segundos son utilizados principalmente cuando se trata de determinar una precipitación intensa en un período corto. Para realizar mediciones, se comprobaría la altura del agua de lluvia que cubriría la superficie del suelo, en el área de influencia de una estación pluviométrica, si pudiese mantenerse sobre la misma sin filtrarse ni evaporarse.
La intensidad de la lluvia y su duración son dos características asociadas. Para un mismo período de retorno, al aumentarse la duración de la lluvia disminuye su intensidad media. La formulación de esta dependencia es empírica y se determina caso por caso, con base en los datos observados directamente en el sitio de estudio o en otros sitios próximos con características hidrometeorológicas similares.
Distribución Espacial y Temporal de la Precipitación
La cantidad de precipitación varía de acuerdo a ciertos ciclos temporales determinados por los movimientos de rotación y traslación terrestres, y por la localización astronómica o geográfica del lugar. Estos ciclos pueden ser diarios, mensuales, estacionales o anuales; siempre hay meses en los que la precipitación es mayor que en otros. La variación estacional de las precipitaciones, en especial de la lluvia, define el año hidrológico, el cual da inicio en el mes siguiente al de menor precipitación media de largo período.
La distribución espacial de la precipitación sobre los continentes es muy variada, existiendo áreas vastas con precipitaciones muy escasas, del orden de 0 a 200 mm acumulados por año, como algunos desiertos. En contraste, otras regiones registran precipitaciones extremadamente altas. La orografía influye fuertemente en las precipitaciones. Las dimensiones de una cuenca hidrográfica son muy variadas y la precipitación también varía en el tiempo y en el espacio, haciendo común la necesidad de recurrir a criterios de evaluación regional en zonas con escasa información.
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Ejemplos de Variabilidad en la Precipitación Anual
| Lugar | Precipitación Anual Aproximada |
|---|---|
| Puerto López, Colombia (lugar más húmedo) | 12 892 mm |
| Áreas próximas al golfo de Darién (promedio) | > 3000 mm |
| Golfo de Darién (máximo registrado) | ~ 10 000 mm |
| Desierto del Sahara (media anual) | Apenas algunos milímetros |
| Áreas desérticas generales | 0-200 mm |
Implicaciones de la Precipitación en Ingeniería y Otros Campos
La precipitación pluvial destaca por su importancia e influencia en diversas obras de ingeniería. La ingeniería agrícola, por ejemplo, es influida por los factores climáticos en el riego y drenaje de cultivos, así como en el uso del agua y la conservación de tierras, dependiendo directamente de la precipitación.
Muchas obras de ingeniería civil se ven profundamente influidas por los factores climáticos. Un correcto dimensionamiento del drenaje garantizará la vida útil de una carretera, una vía férrea o un aeropuerto. El conocimiento de la precipitación pluvial extrema y, en consecuencia, el dimensionamiento adecuado de las obras hidráulicas (por ejemplo, los vertedores de excedencias de las presas) garantizará su correcto funcionamiento y la seguridad de las poblaciones que se sitúan aguas abajo.
Datos Climáticos y Herramientas de Análisis
Para el estudio de los regímenes de precipitación, se utilizan bases de datos climáticas a largo plazo. Por ejemplo, una herramienta interactiva puede ofrecer datos sobre la latitud, la longitud y la altura de una localidad, junto con variables climáticas mensuales relacionadas con precipitación, temperatura, humedad relativa, luz solar, velocidad del viento y evapotranspiración de referencia. Estos datos, como los del conjunto de datos CRU CL 2.0 (1961-1990), se refieren a las circunstancias promedio obtenidas al interpolar datos de diferentes estaciones climáticas, y si bien dan una indicación de las condiciones, nunca pueden reemplazar los datos obtenidos directamente en las estaciones.
Además, se presenta información gráfica y estadística de la perspectiva de lluvia a escala nacional y mensual con un horizonte a tres meses. La climatología se refiere al promedio de la lluvia para un periodo específico (ej. 1981-2010), mientras que la perspectiva indica la lluvia promedio esperada. La anomalía se refiere a la diferencia de la lluvia esperada menos la climatología, expresada en anomalía porcentual y absoluta (mm). Es importante destacar que las condiciones medias esperadas pueden ser modificadas por eventos hidrometeorológicos de corta duración, por lo que se recomienda consultar los boletines y avisos de los servicios meteorológicos nacionales.
Regímenes de Precipitación y Clasificación Climática
El régimen de precipitación es un factor clave en la clasificación de climas, los cuales se describen usualmente con indicadores que denotan el comportamiento de las temperaturas y las precipitaciones. La precipitación total anual media es un umbral importante; por ejemplo, si esta es inferior a la evapotranspiración potencial anual, puede indicar un clima árido.
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Los regímenes de precipitación varían considerablemente en el mundo:
- Existen áreas con precipitación cálida y lluviosa todo el año, sin estaciones secas, típicas de zonas ecuatoriales y tropicales.
- En contraste, otras regiones presentan un clima cálido todo el año, con una estación seca corta seguida por una húmeda con fuertes lluvias, características de ciertas zonas ecuatoriales.
- Algunos climas son cálidos todo el año, con estación seca, a menudo a continuación de las zonas más húmedas.
- En los climas áridos, las precipitaciones son muy escasas, como se observa en las franjas subtropicales de ambos hemisferios y en latitudes templadas, como el oeste de Estados Unidos y Asia central.
- Existen regímenes donde las precipitaciones están bien distribuidas a lo largo del año, mientras que otros muestran una clara estacionalidad.
- Por ejemplo, los inviernos templados y veranos secos y cálidos, donde la mayoría de las lluvias caen en invierno o en las estaciones intermedias, son característicos del clima típicamente mediterráneo. Esta condición se puede identificar por meses en que 2t > p (donde t es la temperatura media y p la precipitación acumulada de ese mes).
- En latitudes más altas o zonas de montaña, se encuentran climas con inviernos muy fríos y con nieve, y veranos que pueden ser cálidos, frescos o muy cortos, dependiendo de la latitud y altitud. Las zonas polares o de alta montaña se caracterizan por temperaturas medias que no superan los 10ºC en ningún mes del año y una escasa vegetación, donde la precipitación suele ser en forma de nieve y las precipitaciones exceden a la evaporación, favoreciendo bosques microtérmicos en algunos casos.