Modelamiento de formación de penitentes y su efecto en los flujos turbulentos

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo modelar la formación y crecimiento de penitentes durante una temporada de ablación, para luego analizar algunos de los efectos que éstos generarían en los flujos de un balance energético puntual, sobre un manto nivoso. Con esto se busca mejorar la comprensión de estas estructuras y las estimaciones de derretimiento y sublimación en superficies que las contienen. Para estudiar el desarrollo de los penitentes se utiliza un modelo bidimensional puramente radiativo, considerando dos casos: uno donde la densidad del manto es constante y otro, motivado por la literatura, donde existe variabilidad espacial de ésta. El modelo calcula la energía distribuida entre penitentes a cada hora del día y aplica posteriormente la ablación correspondiente en la superficie. Las mediciones y experimentos con los cuales calibrar el modelo son escasos, por lo que los resultados representan una estimación simplificada contra la cual se podrían evaluar futuras observaciones. Por otra parte, el análisis de los efectos de los penitentes en los flujos de un balance energético se centra en torno a dos efectos en particular. Primero, la capacidad de retención de la radiación de onda corta producto de las múltiples reflexiones que ocurren. Y segundo, en la variación de la rugosidad aerodinámica producto del constante crecimiento de los penitentes durante la temporada de ablación, la cual tiene un efecto directo sobre los flujos turbulentos. Se utilizan datos meteorológicos obtenidos de una estación cercana a un campo de penitentes ubicada en la cordillera de Los Andes en la zona norte de la provincia de San Juan, Argentina. Con estos datos se calculan los flujos sobre un hipotético manto nivoso liso, y se comparan con los mismos calculados sobre la superficie de penitentes modelada. El modelo de penitentes, que considera la densidad del manto constante, no demuestra una evolución topográfica muy significativa, provocando que la radiación neta no se vea muy afectada durante el periodo de análisis. Los flujos turbulentos, por otra parte, presentan un pequeño aumento producto de la rugosidad inicial asociada al modelo. Al considerar la variabilidad espacial de la densidad, las tasas de crecimiento aumentan notablemente generando estructuras de sobre un metro de altura en un periodo de 5 meses. Esto genera una gran capacidad de retención de la radiación, disminuyendo el albedo aparente sobre la superficie cubierta de penitentes a un 20 % de su valor inicial. Las grandes estructuras generadas en este caso, también aumentan de forma considerable la rugosidad del terreno, provocando aumentos en los parámetros de rugosidad en hasta un orden de magnitud, lo que lleva a los flujos turbulentos a tomar un rol principal dentro del balance.