Ejercicios: Transferencia de energía y fenómenos meteorológicos extremos

Nombra las tres formas en que se transfiere la energía térmica. Da un ejemplo de cada una en la atmósfera o en la superficie de la Tierra (por ejemplo, desde un estacionamiento caliente, desde el Sol o en una masa de aire cálido que asciende).

El vapor de agua libera energía cuando se condensa en gotas de agua líquida. Nombra esta energía y explica por qué es importante para la intensidad de los huracanes, que necesitan agua oceánica cálida de al menos unos $26.5\,^\circ\text{C}$.

Al centro de Estados Unidos se le suele llamar el Callejón de los Tornados (Tornado Alley). Nombra los dos tipos de masas de aire que suelen encontrarse allí en primavera y explica en una o dos oraciones por qué su encuentro produce tormentas eléctricas severas.

La condensación del vapor de agua libera unos $2.26 \times 10^{6}\ \text{J}$ de energía por kilogramo. Una tormenta eléctrica grande condensa unos $5.0 \times 10^{8}\ \text{kg}$ de agua (valor ilustrativo).

1. Calcula la energía total liberada.

2. Una kilotonelada de TNT equivale a $4.184 \times 10^{12}\ \text{J}$. Expresa tu resultado en kilotoneladas de TNT.

3. Explica de dónde provino originalmente esta energía, siguiéndola a través de la hidrosfera y la atmósfera.

Una cuenca de $2.0\ \text{km}^2$ recibe $50\ \text{mm}$ de lluvia en una tormenta. El coeficiente de escorrentía (la fracción de la lluvia que se convierte en escorrentía superficial) es 0.10 para el bosque y 0.90 para el pavimento.

1. Calcula el volumen total de lluvia que cae (en m$^3$).

2. Calcula el volumen de escorrentía si la cuenca es un bosque y si está totalmente pavimentada.

3. Explica cómo la urbanización cambia el riesgo de inundaciones repentinas en una ciudad como Houston.

La temperatura de la superficie del mar en una parte del golfo de México sube de $27\,^\circ\text{C}$ a $30\,^\circ\text{C}$ durante el verano.

1. Explica cómo el agua más cálida aumenta la energía disponible para un huracán.

2. Explica cómo el aumento del nivel del mar puede hacer que la marejada ciclónica sea más destructiva aunque la rapidez del viento no cambie.

3. Distingue entre un cambio en la frecuencia y un cambio en la intensidad de los huracanes y da un ejemplo de cada uno.

En una tarde de primavera cerca de Dallas, Texas, la temperatura en superficie es de $27\,^\circ\text{C}$ y el punto de rocío es de $21\,^\circ\text{C}$, con un viento del sureste de $5\ \text{m/s}$. A unos 5 km de altitud, los vientos soplan del oeste a $30\ \text{m/s}$. Una capa seca y cálida se encuentra sobre el aire húmedo de la superficie y un frente frío se acerca desde el noroeste.

1. Identifica los ingredientes para tormentas eléctricas severas y tornados que están presentes en este escenario (humedad, inestabilidad, ascenso del aire y cizalladura del viento) y justifica cada uno.

2. Explica cómo el golfo de México, la superficie terrestre y la atmósfera intercambian energía térmica para producir estas condiciones.

3. Predice el tipo de tiempo severo más probable y explica una acción humana que reduzca el riesgo.

Dos condados costeros del Golfo enfrentan un huracán con una marejada ciclónica de $3.0\ \text{m}$. El condado A tiene pantanos y manglares intactos y viviendas de baja densidad. El condado B ha rellenado la mayor parte de sus humedales, tiene viviendas densas en terrenos de solo $1.5\ \text{m}$ sobre el nivel actual del mar y ha tenido $0.3\ \text{m}$ de aumento del nivel del mar en las últimas décadas.

1. Calcula qué profundidad tendría el agua de la inundación sobre el terreno más bajo del condado B (ignorando las olas) y compárala con la situación si el nivel del mar no hubiera subido.

2. Analiza los factores naturales y humanos que afectan la gravedad de los daños en cada condado.

3. Escribe un argumento CER que indique qué decisiones humanas podrían reducir más el daño de futuros huracanes y qué factores las personas no pueden controlar.