Introducción
C.A.P.E. (Energía potencial convectiva disponible) es un indicador de inestabilidad atmosférica y, por lo tanto, está asociado con las tormentas y su fuerza. Para calcular la energía para crear una tormenta aproximamos el CAPE usando algunos indicadores simples y de ahí la energía necesaria.
Cuando usar
CAPE debe usarse si se crean nubes junto con mucho viento. Si la CAPE el valor es más bajo que el valor de condensación, use condensación en su lugar. Consulte Cálculos de Nubes para obtener detalles al respecto. No se debe usar si la tormenta solo se mueve de un lugar a otro.
Método de Cálculo
La variable principal para el cálculo es el valor de la inestabilidad.
- 1 Kj/kg - "inestabilidad débil"
- 2.5 Kj/kg - "inestabilidad moderada"
- 4 Kj/kg - "inestabilidad fuerte"
- 5.89 Kj/kg - Brote de tornado en Oklahoma en 1999
- 8 Kj/kg - Tornado de Plainfield de 1990
Para hacer uso del valor que elegimos, necesitamos calcular la masa de las nubes.
Primero necesitamos el volumen. Eso se puede calcular como se describe aquí. Ese tipo de nube a asumir es cumulonimbus.
Luego obtenemos la masa multiplicando el volumen por 1,003 kg/m3.
Multiplicando eso con el valor de inestabilidad nos da la energía en Kj.
Para abreviar, la fórmula es: Volumen (en m3) * 1.003 kg/m3 * Inestabilidad.
Resultados Estándar
A continuación se dará una tabla de los resultados más comunes. Para eso, las siguientes suposiciones se mantendrán constantes a lo largo de todos los resultados:
- La tormenta tiene forma cilíndrica
- La distancia de visualización en un día despejado es el radio que cubren las nubes (20 km).
Las variables que cambiarán:
- El grosor de las nubes: se supone que las nubes de las tormentas son nubes cumulonimbus y, por lo tanto, tienen entre 8000 y 11800 m de altura.
- Inestabilidad supuesta en Kilojoules
| 8000 m | 11800 m | |
|---|---|---|
| 1 Kj/Kg | 1*1016 J | 1.48*1016 J |
| 2.5 Kj/Kg | 2.5*1016 J | 3.71*1016 J |
| 4 Kj/Kg | 4*1016 J | 5.94*1016 J |
| 5.89 Kj/Kg | 5.93*1016 J | 8.76*1016 J |
| 8 Kj/Kg | 8*1016 J | 1.18*1017 J |
Tabla de resultados usando CAPE y diferentes ejemplos de la vida real
Los valores de esta tabla se obtienen usando las áreas de diferentes países, continentes, océanos, etc., multiplicándolo por 8000 a 11800 metros para obtener el volumen, usando la densidad de nubes para encontrar la masa y usando multiplicadores CAPE para obtener valores AP de la masa de la nube de tormenta.
Se asume que la tormenta cubre la totalidad del país/continente/isla/océano/etc. o un área equivalente a su área total y nada más.
Se utiliza la siguiente fórmula:
(Área del país en m2 * (8000 m o 11800 m)) * 1.003 * CAPE
CAPE se cambiará por 1000 j/kg, 2500 j/kg, 4000 j/kg, 5890 j/kg y 8000 j/kg para diferentes fines.
Ciudad del Vaticano - 440.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 3.53056e+12 J (Nivel Multi-City Block+) | 8.8264e+12 J (Nivel Pueblo Pequeño) | 1.412224e+13 J (Nivel Pueblo Pequeño) | 2.0794998e+13 J (Nivel Pueblo Pequeño+) | 2.824448e+13 J (Nivel Pueblo) |
| 11800 m | 5.207576e+12 J (Nivel Pueblo Pequeño) | 1.301894e+13 J (Nivel Pueblo Pequeño) | 2.0830304e+13 J (Nivel Pueblo Pequeño+) | 3.0672623e+13 J (Nivel Pueblo) | 4.1660608e+13 J (Nivel Pueblo) |
Malta - 316.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 2.535584e+15 J (Nivel Pueblo Grande+) | 6.33896e+15 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 1.0142336e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 1.493459e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 2.0284672e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña+) |
| 11800 m | 3.7399864e+15 J (Nivel Pueblo Grande+) | 9.349966e+15 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 1.4959946e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 2.202852e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña+) | 2.9919891e+16 J (Nivel Ciudad) |
Ciudad de Nueva York - 783.800.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 6.2892112e+15 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 1.5723028e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña+) | 2.5156845e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña+) | 3.7043454e+16 J (Nivel Ciudad) | 5.031369e+16 J (Nivel Ciudad) |
| 11800 m | 9.2765865e+15 J (Nivel Ciudad Pequeña) | 2.3191466e+16 J (Nivel Ciudad Pequeña+) | 3.7106346e+16 J (Nivel Ciudad) | 5.4639095e+16 J (Nivel Ciudad) | 7.4212692e+16 J (Nivel Ciudad) |
Rhode Island - 4.002.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 3.2112048e+16 J (Nivel Ciudad) | 8.028012e+16 J (Nivel Ciudad) | 6.4032e+13 J (Nivel Pueblo) | 1.2844819e+17 J (Nivel Ciudad) | 2.5689638e+17 J (Nivel Ciudad+) |
| 11800 m | 4.7365271e+16 J (Nivel Ciudad) | 1.1841318e+17 J (Nivel Ciudad) | 1.8946108e+17 J (Nivel Ciudad) | 2.7898144e+17 J (Nivel Ciudad+) | 3.7892217e+17 J (Nivel Ciudad+) |
Hawaii - 28.311.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 2.2716746e+17 J (Nivel Ciudad+) | 5.6791866e+17 J (Nivel Montaña) | 9.0866986e+17 J (Nivel Montaña) | 1.3380164e+18 J (Nivel Montaña) | 1.8173397e+18 J (Nivel Montaña) |
| 11800 m | 3.3507201e+17 J (Nivel Ciudad+) | 8.3768002e+17 J (Nivel Montaña) | 1.340288e+18 J (Nivel Montaña) | 1.9735741e+18 J (Nivel Montaña) | 2.6805761e+18 J (Nivel Montaña+) |
Japón - 377.930.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 3.0325103e+18 J (Nivel Montaña+) | 7.5812758e+18 J (Nivel Montaña Grande) | 1.2130041e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 1.7861486e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 2.4260083e+19 J (Nivel Isla) |
| 11800 m | 4.4729527e+18 J (Nivel Montaña Grande) | 1.1182382e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 1.7891811e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 2.6345691e+19 J (Nivel Isla) | 3.5783622e+19 J (Nivel Isla) |
California - 423.970.694.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 3.4019409e+18 J (Nivel Montaña+) | 8.504852e+18 J (Nivel Montaña Grande) | 1.3607763e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 2.003743e+19 J (Nivel Isla) | 2.7215522e+19 J (Nivel Isla) |
| 11800 m | 5.0178628e+18 J (Nivel Montaña Grande) | 1.2544657e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 2.0071434e+19 J (Nivel Isla) | 2.95552e+19 J (Nivel Isla) | 4.0142888e+19 J (Nivel Isla) |
Texas - 695.621.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 5.5816629e+18 J (Nivel Montaña Grande) | 1.3954157e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 2.2326652e+19 J (Nivel Isla) | 3.2875995e+19 J (Nivel Isla) | 4.4653303e+19 J (Nivel Isla) |
| 11800 m | 8.232951e+18 J (Nivel Montaña Grande) | 2.0582382e+19 J (Nivel Isla) | 3.2931812e+19 J (Nivel Isla) | 4.8492091e+19 J (Nivel Isla) | 6.5863622e+19 J (Nivel Isla) |
Alaska - 1.717.854.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 1.378406e+19 J (Nivel Montaña Grande+) | 3.4460151e+19 J (Nivel Isla) | 5.5136242e+19 J (Nivel Isla) | 8.1188116e+19 J (Nivel Isla) | 1.1027248e+20 J (Nivel Isla) |
| 11800 m | 2.0331472e+19 J (Nivel Isla) | 5.082871e+19 J (Nivel Isla) | 8.1325956e+19 J (Nivel Isla) | 1.1975247e+20 J (Nivel Isla) | 1.6265191e+20 J (Nivel Isla) |
Brazil - 8.515.767.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 6.8330514e+19 J (Nivel Isla) | 1.7082629e+20 J (Nivel Isla) | 2.7332205e+20 J (Nivel Isla+) | 4.0246673e+20 J (Nivel Isla+) | 5.4664403e+20 J (Nivel Isla Grande) |
| 11800 m | 1.0078751e+20 J (Nivel Isla) | 2.5196865e+20 J (Nivel Isla+) | 4.0315003e+20 J (Nivel Isla+) | 5.9363843e+20 J (Nivel Isla Grande) | 8.0630007e+20 J (Nivel Isla Grande) |
Océano Ártico - 13.985.935.800.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 1.1222314e+20 J (Nivel Isla) | 2.8055788e+20 J (Nivel Isla) | 4.4889259e+20 J (Nivel Isla Grande) | 6.6099435e+20 J (Nivel Isla Grande) | 8.977851e+20 J (Nivel Isla Grande) |
| 11800 m | 1.6552914e+20 J (Nivel Isla) | 4.1382286e+20 J (Nivel Isla+) | 6.6211657e+20 J (Nivel Isla Grande) | 9.7496665e+20 J (Nivel Isla Grande) | 1.324233e+21 J (Nivel Isla Grande) |
Océano Índico - 70.551.276.126.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 5.6610343e+20 J (Nivel Isla Grande) | 1.4152586e+21 J (Nivel Isla Grande) | 2.2644137e+21 J (Nivel Isla Grande) | 3.3343491e+21 J (Nivel Isla Grande+) | 4.5288274e+21 J (Nivel País Pequeño) |
| 11800 m | 8.3500251e+20 J (Nivel Isla Grande) | 2.0875064e+21 J (Nivel Isla Grande) | 3.3400103e+21 J (Nivel Isla Grande+) | 4.9181644e+21 J (Nivel País Pequeño) | 6.6800205e+21 J (Nivel País Pequeño) |
Océano Pacífico - 152.809.298.510.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 1.2261418e+21 J (Nivel Isla Grande) | 3.0653546e+21 J (Nivel Isla Grande+) | 4.9045673e+21 J (Nivel País Pequeño) | 7.2219751e+21 J (Nivel País Pequeño) | 9.8091346e+21 J (Nivel País Pequeño) |
| 11800 m | 1.8085592e+21 J (Nivel Isla Grande) | 4.5213976e+21 J (Nivel País Pequeño) | 7.2342366e+21 J (Nivel País Pequeño) | 1.0652414e+22 J (Nivel País Pequeño) | 1.4468473e+22 J (Nivel País Pequeño) |
Todos los océanos de la tierra - 360.000.000.000.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 2.88864e+21 J (Nivel Isla Grande+) | 7.2216e+21 J (Nivel País Pequeño) | 1.155456e+22 J (Nivel País Pequeño) | 1.701409e+22 J (Nivel País Pequeño+) | 2.310912e+22 J (Nivel País Pequeño+) |
| 11800 m | 4.260744e+21 J (Nivel País Pequeño) | 1.065186e+22 J (Nivel País Pequeño) | 1.7042976e+22 J (Nivel País Pequeño+) | 2.5095782e+22 J (Nivel País Pequeño+) | 3.4085952e+22 J (Nivel País) |
Superficie de toda la Tierra - 509.968.658.925.000 m2
| 1000 j/kg | 2500 j/kg | 4000 j/kg | 5890 j/kg | 8000 j/kg | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8000 m | 4.0919892e+21 J (Nivel Isla Grande+) | 1.0229971e+22 J (Nivel País Pequeño) | 1.6367954e+22 J (Nivel País Pequeño) | 2.4101809e+22 J (Nivel País Pequeño+) | 3.2735908e+22 J (Nivel País) |
| 11800 m | 6.0356831e+21 J (Nivel País Pequeño) | 1.5089208e+22 J (Nivel País Pequeño) | 2.4142732e+22 J (Nivel País Pequeño+) | 3.5550172e+22 J (Nivel País) | 4.8285465e+22 J (Nivel País) |
Creando un huracán de la vida real
Si un personaje crea un huracán de la vida real, o sus vientos, se puede usar el siguiente cálculo. Lo importante es que uno esté razonablemente seguro de que el huracán en cuestión cubre la misma área gigantesca que normalmente cubre uno real. Por lo general, los personajes con la capacidad de manipular el clima no necesariamente crean uno de este tamaño, en lugar de fenómenos más locales. Por lo tanto, es necesario presentar un argumento convincente con respecto al tamaño. El siguiente cálculo se hizo originalmente aquí por Chris Landsea:
Se puede pensar en los huracanes, en una primera aproximación, como un motor térmico; obteniendo su entrada de calor del aire cálido y húmedo sobre el océano tropical, y liberando este calor a través de la condensación del vapor de agua en gotas de agua en tormentas profundas de la pared del ojo y las bandas de lluvia, y luego emitiendo un escape frío en los niveles superiores de la troposfera (~12 km/8 mi arriba).
Uno puede ver la energía de un huracán de dos maneras:
- La cantidad total de energía liberada por la condensación de gotas de agua o...
- La cantidad de energía cinética generada para mantener los fuertes vientos arremolinados del huracán.
Resulta que la gran mayoría del calor liberado en el proceso de condensación se utiliza para provocar movimientos ascendentes en las tormentas eléctricas y solo una pequeña parte impulsa los vientos horizontales de la tormenta.
Método 1) - Energía total liberada a través de la formación de nubes/lluvia: Un huracán promedio produce 1.5 cm/día (0.6 pulgadas/día) de lluvia dentro de un círculo de radio de 665 km (360 millas náuticas). (Cae más lluvia en la parte interior del huracán alrededor de la pared del ojo, menos en las bandas de lluvia exteriores). Al convertir esto en un volumen de lluvia, se obtienen 2.1 * 1016 cm3/día. Un centímetro cúbico de lluvia pesa 1 gramo. Utilizando el calor latente de condensación, esta cantidad de lluvia producida da 5.2 * 1019 Joules/Día o 6.0 * 1014 Watts.
Método 2) - Energía cinética total (energía eólica) generada: Para un huracán maduro, la cantidad de energía cinética generada es igual a la que se disipa debido a la fricción. La tasa de disipación por unidad de área es la densidad del aire multiplicada por el coeficiente de arrastre multiplicado por la velocidad del viento al cubo. Se podría integrar un perfil de viento típico en un rango de radios desde el centro del huracán hasta el radio exterior que rodea la tormenta, o asumir una velocidad de viento promedio para el núcleo interno del huracán. Haciendo esto último y utilizando vientos de 40 m/s (90 mph) en una escala de radio de 60 km (40 millas náuticas), se obtiene una tasa de disipación de viento (tasa de generación de viento) de 1.3 * 1017 Joules/Día o 1.5 * 1012 Watts.
Conclusión:
- Energía para crear vientos con fuerza de huracán: 1.5e+12 J / 358.508604207 Toneladas de TNT, Nivel Multi-City Block
- Energía para crear un huracán completo: 6.01e+14 J / 143.642447418938 Kilotones de TNT, Nivel Ciudad Grande