Precipitación, todas las partículas de agua líquida y sólida que caen de las nubes y llegan al suelo. Estas partículas incluyen la llovizna, la lluvia, la nieve, los gránulos de nieve, los cristales de hielo y el granizo. (Este artículo contiene un breve tratamiento de las precipitaciones. Para una cobertura más extensa, véase clima: Precipitación.)
La transición de una nube que sólo contiene gotas de nube a otra que contiene una mezcla de gotas de nube y partículas de precipitación implica dos pasos básicamente diferentes: la formación de elementos de precipitación incipientes directamente desde el estado de vapor y el posterior crecimiento de esos elementos a través de la agregación y la colisión con las gotas de nube. Los elementos de precipitación iniciales pueden ser cristales de hielo o gotas de solución química.
El desarrollo de la precipitación a través del crecimiento de los cristales de hielo depende del hecho de que las gotas de las nubes pueden congelarse espontáneamente a temperaturas inferiores a unos -40 °C, o -40 °F. (La reducción de las gotas de las nubes a temperaturas inferiores al punto de congelación normal se denomina superenfriamiento). Dentro de las nubes superenfriadas, los cristales de hielo pueden formarse mediante la sublimación del vapor de agua en ciertas partículas de polvo atmosférico conocidas como núcleos de sublimación. En las nubes naturales, los cristales de hielo se forman a temperaturas inferiores a unos -15 °C (+5 °F). La temperatura exacta de formación de los cristales de hielo depende en gran medida de la naturaleza físico-química del núcleo de sublimación.
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Una vez que los cristales de hielo se han formado dentro de una nube superenfriada, continúan creciendo mientras su temperatura sea más fría que la de congelación. La velocidad de crecimiento depende principalmente de la temperatura y del grado de saturación de vapor del aire ambiente. Los cristales crecen a expensas de las gotas de agua. En condiciones favorables -por ejemplo, en un cúmulo de nubes grande y de rápido crecimiento- un cristal de hielo crecerá hasta un tamaño de unos 0,13 milímetros (0,005 pulgadas) en tres o cinco minutos después de su formación. A partir de este tamaño, el ritmo de crecimiento por sublimación disminuye, y el crecimiento posterior se produce en gran medida por agregación y colisión con las gotas de las nubes.
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Las pequeñas gotas de solución también son importantes como partículas de precipitación incipiente. La atmósfera contiene muchas partículas pequeñas de sustancias químicas solubles. Las dos más comunes son el cloruro de sodio arrastrado desde los océanos y los compuestos con sulfato formados a través de reacciones gaseosas en la atmósfera. Estas partículas, denominadas núcleos de condensación, acumulan agua debido a su naturaleza higroscópica y, a humedades relativas superiores al 80% aproximadamente, existen como gotas de solución. En las masas de aire marítimo tropical, el número de núcleos de condensación suele ser muy grande. Las nubes que se forman en este tipo de aire pueden desarrollar un número de grandes gotas de solución mucho antes de que las cimas de las nubes alcancen temperaturas favorables para la formación de cristales de hielo.
Independientemente de que la partícula de precipitación inicial sea un cristal de hielo o una gota formada sobre un núcleo de condensación, la mayor parte del crecimiento de la partícula de precipitación se produce a través de los mecanismos de colisión y coalescencia. Debido a su mayor tamaño, los elementos de precipitación incipientes caen más rápido que las gotas de las nubes. En consecuencia, colisionan con las gotas que se encuentran en su trayectoria de caída. La tasa de crecimiento de una partícula de precipitación a través de la colisión y la coalescencia se rige por los tamaños relativos de la partícula y de las gotas de nube en la trayectoria de caída que son realmente golpeadas por la partícula de precipitación y la fracción de estas gotas que realmente se unen a la partícula después de la colisión.