1. GENERALIDADES
La nubosidad atmosférica es un componente fundamental de los sistemas meteorológicos que afecta directamente el clima del planeta. La nubosidad se refiere a la presencia de nubes en la atmósfera terrestre, esto es masas visibles de gotas de agua o cristales de hielo suspendidos en la atmósfera cuya formación está influenciada por diversidad de factores. La nubosidad desempeña un papel crucial en el clima y el tiempo, ya que afecta la temperatura, la humedad y la precipitación.
Como se sabe, las nubes se forman cuando el aire húmedo se enfría hasta su punto de rocío, momento en el cual el vapor de agua se condensa en partículas microscópicas, como polvo o sal marina, formando gotas de agua o cristales de hielo. Este proceso generalmente ocurre en uno de los siguientes escenarios:
(1) Cuando el aire se eleva debido a la topografía, a frentes meteorológicos o corrientes de convección, enfriándose a medida que asciende;
(2) durante la noche, cuando la pérdida de calor por radiación enfría el aire hasta el punto de rocío; y
(3) por la mezcla de dos masas de aire con diferentes temperaturas y humedades que igualmente tienda a enfriar el aire hasta su punto de rocío.
Las nubes se clasifican en varios tipos, según su apariencia y altitud, como:
(1) Nubes altas o cirros, formadas a altitudes superiores a 6,000 m, que están compuestas principalmente de cristales de hielo;
(2) nubes medias o altocúmulos, ubicadas entre 2,000 y 6,000 m y formadas por gotas de agua o cristales de hielo;
(3) nubes bajas, llamadas estratos o estratocúmulos, que se forman por debajo de los 2,000 m y están compuestas principalmente de gotas de agua; y, por último,
(4) nubes de desarrollo vertical, esto es cúmulos y cumulonimbos, que se pueden extender a través de varias capas atmosféricas, desde bajas hasta altas, y se asocian directamente con el clima severo y las tormentas.
La nubosidad afecta el balance energético de la Tierra de varias maneras. Se tiene el efecto albedo, cuando las nubes reflejan la radiación solar entrante, lo que puede enfriar la superficie terrestre. Está el llamado efecto invernadero, en el que actúan como un manto, atrapando el calor irradiado desde la superficie terrestre y manteniendo temperaturas más cálidas. Y, desde luego, dan lugar a la precipitación, en forma de lluvia, nieve y granizo, dependiendo de las condiciones atmosféricas prevalecientes.
La nubosidad se observa y mide mediante varias técnicas. La más común es la observación visual en estaciones meteorológicas, donde observadores entrenados estiman -como fracción entre 1, para cielo despejado, y 0, para cielo cubierto- el grado de cobertura de las nubes. Cuando se tienen instrumentos, la observación y medición se basa en:
(1) cámaras y radiómetros instalados en estaciones terrenas, para medir la radiación solar;
(2) en imágenes tomadas por satélites meteorológicos, esto para determinar cobertura, tipo y altura de las nubes; o
(3) en señales de reflectividad producidas desde radares meteorológicos, en este caso para detectar precipitaciones y estructuras dentro de las nubes.
2. ÍNDICE DE NUBOSIDAD CON DATOS SATELITALES
El índice de nubosidad, también conocido como fracción de cobertura nubosa o índice de cobertura de nubes, se calcula mediante varios métodos dependiendo de la tecnología y los datos disponibles. En el caso de contar con datos satelitales, por ejemplo, los pasos básicos para calcularlo son los siguientes:
1. Adquisición de imágenes: Los satélites meteorológicos capturan imágenes de la superficie terrestre. Las mismas pueden ser en diferentes bandas del espectro electromagnético, pero la banda visible y la infrarroja son las más comunes para este propósito.
2. Detección de Nubes: Las imágenes son procesadas para identificar las áreas cubiertas por nubes. Esto se hace al comparar la reflectancia y las temperaturas de las diferentes bandas. Las nubes generalmente tienen una alta reflectancia en la banda visible y bajas temperaturas en la banda infrarroja.
3. Clasificación de Pixeles: Cada píxel de la imagen satelital se clasifica como cubierto por nubes o no cubierto por nubes. Esto se logra mediante algoritmos que separan los elementos cuadriculares conforme a sus características de reflectancia y temperatura.
4. Cálculo del Índice de Nubosidad, : Se calcula la fracción de píxeles cubiertos por nubes en una región específica. El índice de nubosidad se expresa como un valor entre 0 y 1 (o entre 0% y 100%), donde 0 significa cielo completamente despejado y 1 (o 100%) indica cielo completamente cubierto por nubes.
5. Promedio temporal y espacial: Para obtener una medida más precisa y representativa, a menudo se promedian los valores del índice de nubosidad en diferentes tiempos y sobre áreas geográficas más grandes.
Los pasos anteriores pueden variar dependiendo de los métodos específicos y las tecnologías empleadas por los diferentes centros meteorológicos y agencias espaciales. Además, se utilizan técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes y aprendizaje automático para mejorar la precisión de la detección de nubes y el cálculo del índice de nubosidad.
3. ÍNDICE DE NUBOSIDAD BASADO EN RADIACIÓN SOLAR
Ecuaciones generales
El efecto de la nubosidad, o índice de nubosidad, se puede expresar como un cociente que relaciona la radiación solar medida en una estación meteorológica, dividida entre la radiación en un día despejado. Existen formulaciones para determinar esta última que involucran la llamada radiación solar extraterrestre, función de la latitud, longitud y altitud donde se ubica la estación, así como de la “hora solar”, que es la hora local corregida por “horario de verano” (de haberlo), zona UTM y fecha de medición. La cobertura nubosa durante la noche se puede fijar (como aproximación) para el cociente de las radiaciones mencionadas, calculado 2-3 horas antes de la puesta del sol.
De acuerdo con el resultado que se obtenga, un índice de nubosidad de 0.3 significa que el cielo se encuentra totalmente nublado, mientras que un índice 1.0 representa todo lo contrario: cielo completamente despejado. Al aceptar que la variación ocurre de manera más o menos lineal, es posible adoptar el criterio de clasificación por rangos de nubosidad que se muestra en la TABLA siguiente. Los íconos utilizados se pueden modificar en caso de que ocurra precipitación y, más aún, adaptarse para representar condiciones de nubosidad nocturna, de acuerdo con el criterio previamente señalado (valores observados 2 a 3 horas antes del ocaso).
Existe una clasificación de la nubosidad por octantes tal que “0/8” a “1/8” representa cielo totalmente despejado, mientras que las fracciones “7/8” a “8/8” indican cielo completamente nublado. Se ha propuesto una expresión general para pasar del índice de radiación descrito a uno por octantes. En el documento in extenso, cuyo enlace se incluye al final del escrito, se pueden consultar las distintas formulaciones para calcular el índice de radiación. También se presenta un ejemplo de aplicación para determinar este índice, que ocupa, como datos: ubicación geográfica de la estación (latitud, longitud, altitud), radiación solar medida, así como día y hora del registro.
4. CONCLUSIONES
Existe una tendencia clara para automatizar el monitoreo de variables climáticas pero, en el caso de la nubosidad atmosférica, la alternativa es emplear imágenes satelitales o datos de radiación solar medida en el sitio de interés, si bien esta última presenta el inconveniente de requerir el valor de la radiación solar en un día despejado conforme a la fecha, hora y lugar de medición. En el documento (extenso) se presentan formulaciones directas para determinar dicho valor y que, en proporción al dato medido, permite determinar fiablemente el índice de nubosidad.
5. ENLACE AL DOCUMENTO IN EXTENSO en PDF
https://loscinco.mx/wp-content/uploads/2024/08/Nubosidad.-Mediciones-A.pdf
