Cuando una burbuja de aire caliente pasa sobre una superficie de agua marina fría, el resultado es una capa límite marina fresca, húmeda y bien mezclada. En esta página examinaremos los procesos físicos que humedecen la capa límite en estas condiciones.
La humectación de la capa límite marina comienza en la base de una masa de aire relativamente seca que se desplaza sobre el océano. La humectación comienza en la superficie y la humedad se mezcla despacio en sentido vertical por turbulencia mecánica. La profundidad de la capa humectada aumenta gradualmente. Esta humectación se observa en el aumento gradual del punto de rocío, que se puede apreciar en esta animación conceptual de un diagrama oblicuo T-log P.
¿Qué es la convección impulsada por vapor?
¿Cómo se produce la mezcla vertical de la capa húmeda de superficie? Lentamente, las burbujas de aire humectadas en los niveles bajos adquieren empuje ascensional o flotabilidad por convección. Este empuje ascensional crea la convección "impulsada por vapor" a pequeña escala que aumenta humedad en la capa límite inferior.
Aunque normalmente concebimos la convección en el contexto de burbujas de aire calentadas en la superficie que ascienden adiabáticamente por el aire más frío que existe arriba de ellas, en el caso de las nieblas de advección y en la costa occidental de un continente la estructura térmica es estable, porque la superficie del mar es más fría que el aire. En este contexto, ¿cómo es posible inducir el ascenso de las burbujas de superficie, su mezcla en las capas más bajas y, finalmente, la humectación de toda la capa límite?
La clave de este proceso es la diferencia de densidad que existe entre dos burbujas según el aire sea húmedo o seco. Una burbuja de aire húmedo es ligeramente más flotable que una burbuja seca a la misma temperatura. Estas diferencias de densidad entre las burbujas en la superficie y las que están justo encima de la superficie permiten la humectación de la capa inferior por mezcla convectiva. Si bien la magnitud de este mecanismo de mezcla es mucho menor que la convección impulsada por mecanismos térmicos, es todavía importante para la formación de las nieblas costeras.
Intensificación de la convección por enfriamiento
Los teóricos J. W. Telford y S. K. Chai han descrito otro aspecto de este proceso modelizando un proceso por el cual el aire seco de una capa justo encima de una capa de superficie bien mezclada es arrastrado hacia abajo y se incorpora a la capa inferior. Cuando esto ocurre, el aire arrastrado evapora y produce gotitas de bruma, lo cual enfría la burbuja de aire arrastrada. Este enfriamiento aumenta la densidad de la burbuja, de modo que desciende nuevamente a la superficie.
A su vez, este descenso desplaza parte del aire húmedo y flotable de la superficie, obligándolo a ascender. De esta forma la convección es impulsada tanto por el empuje hidrostático positivo del aire húmedo en la superficie como por el empuje hidrostático negativo de las burbujas arrastradas que se enfrían a medida que penetran la parte superior de la capa.
Telford y Chai postularon que este proceso contribuye a profundizar la capa bien mezclada en la superficie.
Saturación y formación de bruma
En ausencia de subsidencia en los niveles medios, la inversión térmica arriba de una capa límite marina asciende lentamente debido a convección "impulsada por vapor" y a otros procesos de mezcla. Típicamente, se dan condiciones de mezcla uniforme dentro de la capa límite y un ambiente relativamente húmedo, con una humedad relativa del 60-70 % o más.
La humectación puede continuar hasta que comience a formarse bruma en la capa debajo de la inversión térmica. Observe que la presencia de una cantidad abundante de núcleos higroscópicos, especialmente las partículas de sal marina, puede iniciar la condensación cuando el nivel de humedad relativa no alcanza la saturación (p. ej., el 85 %).