Fenómenos de Microescala: Capa Límite Planetaria

DEFINICIÓN

La Capa Límite Planetaria (PBL) se define como aquella capa de la atmósfera que (interacciona directamente con la superficie del planeta) está influenciada por la presencia de la superficie del planeta y qué responde a forzamientos superficiales en tiempos de escala entorno a una hora.

Su estructura cambia a lo largo del día, siendo diferente durante el día respecto de la noche.

PBL DURANTE EL DÍA

Se puede dividir en tres capas:

  • Capa Superficial (SL). Se define como la región de la PBL más próxima a la superficie del planeta. Bajo condiciones meteorológicas de buen tiempo resenta un gradiente de temperatura potencial superadiabático (la temperatura potencial decrece en altura), por tanto es una capa inestable desde un punto de vista de estabilidad estática. Aquí tienen lugar las variaciones meteorológicas más acusadas por lo que los intercambios de momento lineal, calor y masa son muy significativos. El tope se define a la altura en la que los flujos turbulentos varían más de un 10% respecto a sus valores en superficie.
  • Capa Convectiva de Mezcla (CML). Solo aparece bajo condiciones de atmósfera de fuerte convección y se caracteriza por una intensa mezcla conectiva vertical. Esto conduce a que magnitudes físicas tales como temperatura potencial y humedad presente un perfil constante en altura.
  • Capa de Entrada (EZ). Solo se forma durante el día bajo condiciones meteorológicas de buen tiempo. Esta capa es la frontera entre la PBL y CML. Actúa como un límite restringiendo el dominio de la turbulencia. Esta capa presenta un gradiente de temperatura potencial subadiabático (la temperatura potencial crece en altura) por lo que actúa como tope para aquellas masas de aire que proceden de la superficie estableciendo un límite superior a la turbulencia.

PBL DURANTE LA NOCHE

La división en capa de la PBL se modifica notablemente durante la noche puesto que las magnitudes físicas que la caracterizan cambian considerablemente.

  • Capa Superficial (SL). Ahora esta capa es estable y se inserta en una capa más general.
  • Capa Límite Estable (SBL). Se define como la región que se extiende desde la superficie hasta el punto en el cual se alcanza una temperatura potencial constante.
  • Capa Residual. Su nombre se debe a que se forma cuando desaparece la CML. El enfriamiento radiativo es uniforme a lo largo de toda la capa. Es una capa estable.

 

Evolución diurna de la Capa Límite Terrestre tomada de Wyngaard, 1992

 

IMPORTANCIA DE LA PBL EN LA MISIÓN MEIGA METNET

El MetNet Lander (MNL) incorpora una serie de instrumentos atmosféricos que van a permitir comprender mejor los mecanismos físicos que rigen el comportamiento de la PBL de Marte. Concretamente estos instrumentos son:

  • Sensor de Presión.
  • Sensor de Temperatura.
  • Sensor de Humedad.
  • Sensor de Irradiancia Solar (MetSIS).
  • Sensor de Polvo.

Este planteamiento encaja perfectamente con los objetivos de mayor importancia en cuanto a la exploración de Marte establecidos por el Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) los cuales se enumeran a continuación:

 

  1. Averiguar si la vida surgió alguna vez en Marte.
  2. Entender los procesos que rigen el clima y sus cambios.
  3. Entender la evolución de la superficie y el interior de Marte.
  4. Prepararse para la exploración humana de Marte.

 

Nótese que para conseguir estos objetivos se requiere un conocimiento detallado de la Capa Límite Planetaria. Es necesario conocer el comportamiento atmosférico sobre la superficie para determinar las condiciones potenciales en las que pudiera haber vida. Además los fenómenos meteorológicos con diferentes escalas temporales están interrelacionados. Por otra parte determinados procesos que se dan en la capa límite como los aeolianos o variaciones bruscas de temperatura tienen gran impacto modificando superficie. Por último la PBL es el lugar donde actúan las misiones tripuladas o no enviadas a Marte. En consecuencia es necesario conocer el comportamiento térmico y dinámico para la correcta construcción de estaciones meteorológicas, rovers y sensores que lleven incorporados.

Uno de los objetivos de la misión es tomar medidas in-situ de humedad y tomar perfiles verticales de temperatura en superficie con el fin de entender mejor el intercambio de humedad entre el suelo y la atmósfera.

Con estos datos se pretende mejorar notablemente el conocimiento de la Capa Límite Marciana e intentar dar respuesta a los objetivos establecidos por MEPAG.