Departament de Ciències Tema 8: Dinàmica de Masses Fluides: Atmósfera selectivitat logse CARACTERíSTIQUES ATMóSFERA: INTRODUCCIÓ 1. Funcionamiento de las capas fluidas (contraste térmico) 2. La atmósfera: composición y estructura. 3. Dinámica atmosférica vertical 4. Dinámica atmosférica horizontal: circulación del viento, presencia de masas continentales y circulación general de la atmósfera. 5. El ciclo hidrológico. 6. Dinámica oceánica: olas, mareas y corrientes. 7. Climatología Global: 1. Precipitaciones: formación y tipos. 2. El clima en nuestras latitudes: chorro polar y frente polar. 3. Los dominios climáticos de España. 4. El clima en las latitudes bajas: monzones y huracanes. 8. Cambios climáticos pasados y actuales.
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Tema 8: Dinàmica de Masses Fluides: Atmósfera selectivitat logse
CARACTERíSTIQUES ATMóSFERA: INTRODUCCIÓ
1. Funcionamiento de las capas fluidas (contraste térmico)
2. La atmósfera: composición y estructura.3. Dinámica atmosférica vertical4. Dinámica atmosférica horizontal: circulación del viento,
presencia de masas continentales y circulación general de la atmósfera.
5. El ciclo hidrológico.6. Dinámica oceánica: olas, mareas y corrientes.7. Climatología Global:
1. Precipitaciones: formación y tipos.2. El clima en nuestras latitudes: chorro polar y frente
polar.3. Los dominios climáticos de España.4. El clima en las latitudes bajas: monzones y
huracanes.8. Cambios climáticos pasados y actuales.
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1. Funcionament de les capes fluides1. Funcionament de les capes fluides
Les capes fluides són la hidrosfera i l’atmosfera, que intervenen en el desenvolupament del clima. Es relacionen a través del cicle de l’aigua:Exporta gairebé tota l'aigua dolça disponible del planeta.Intervé en el clima en mantenir la temperatura terrestre: elevant (el vapor d'aigua és un gas d'efecte hivernacle) o rebaixant (albedo)
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1. Funcionament de les capes fluides1. Funcionament de les capes fluides
Finalment es deu al contrast tèrmic.
L'aire és mal conductor de la calor i s'escalfa per la calor que irradia la superfície terrestre (albedo) escalfada abans pel sol, i per la calor latent que cedeix el vapor d'aigua en condensar en l'atmosfera.
Contrast tèrmic vertical: en el cas de l'atmosfera és de baix a dalt, ia la hidrosfera és de dalt a baix.
Contrast tèrmic horitzontal: entre dues zones geogràfiques determinades que reben diferent insolació, la qual cosa provocarà una circulació horitzontal de l'aire i dels corrents marins
El moviment de les grans masses d'aire de l'atmosfera està produït, principalment, per dues causes:a) La influència del Sol:el Sol escalfa l'aire i aquest puja cap a les capes més altes de l'atmosfera. Allà es refreda i, pesar més que l'aire càlid, baixa.b) La Terra:mitjançant el seu moviment de rotació i translació mou les capes d'aire de l'atmosfera
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2. CARACTERíSTIQUES Atmósfera: INTRODUCCIÓ
Embollcall gasós que envolta la Terra
Es molt prima i podem considerar que te composició constant
També la considerem com un gas ideal (o barrega de gasos ideals)
Està bastant estratificada
Redistribueix l’energia solar (diferent segons latitud)
Protegeix vida al Planeta al filtrar radiacions perilloses (termosfera) o la UV (estratosfera – 03)
Protecció d’impactes de meteorits o d’altres cossos
Paper important en regulació cicle d’aigua i temperatures
Conté O2 i CO2 (necessaris per respiració i fotosíntesi)
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2.1. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. ORIGEN
Probablement quan la Terra es va formar no tenia atmosfera
Es va crear a partir de l’expulsió de sustàncies volàtils pel vulcanisme (volcans: 85% vapor aigua, 10% CO2 i la resta N, S i compostos associats) que van quedar retinguts per la gravetat
Presència d’oxígen atmosfèric degut a l’aparició de la vida al Planeta (). La atmosfera primitiva era de caràcter reductor, l’actual oxidant
() Tot i que només tenim a l’atmosfera el 10% de tot el produït, la resta forma part d’òxids i carbonats.
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2.2. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. COMPOSICIO
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0,000 000 02SO2
0,000 000 06NO
0,000 000 1NO2
0,000 000 6NH3
0,000 002O3
0,000 008Xe
0,000 01CO
0,000 02N2O
0,000 05H2
0,000 10Kr
0,000 15CH4
0,000 52He
0,001 84Ne
0,037CO2
0,93Ar
2102
78N2
COMPOSICIÓN DEL AIRE(% EN VOLUMEN)
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2.2. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. COMPOSICIO
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La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra.
Se formó hace 4 600 millones de años, a partir de los gases liberados por las rocas que formaban el planeta. La mayor parte de estos gases se perdió en el espacio.
Composición de la protoatmósfera
No era tan reductora como la atmósfera actual. Contenía vapor de agua, CO2 y N2, junto con pequeñas cantidades de H2 y CO. Hace 2 500 - 2 000 m. a., la actividad de los organismos fotosintetizadores provocó un enriquecimiento en O2. Hace 600 m. a., la acumulación de oxígeno dio lugar a la formación de la capa de ozono.
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2.2. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. COMPOSICIO
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Espectre electromagnétic solar
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2.3. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. PROPIETATS
DENSITAT
Disminueix amb l’alçada (a 10000 Km inexistent)
Als 6 Km tenim el 50% de massa atmosfèrica
I als 29 Km gairebé tenim el 97%
PRESSIO
Disminueix amb l’alçada de manera exponencial P (z) = Po e –z/H
A nivell de mar: pressió atmosfèrica: 1 atm = 1.013 * 10 5 Pa = 1013 hPa / mb
1 mb = 100 Pa = 1 hPa TEMPERATURA
Redistribució per tot Planeta (vent i oceans)
EQ GASOS IDEALS
P V = n R T P = ρ Rd T
• La compressió de l’atmosfera és el resultat de la gravetat, per això lamajor part de moviments a l’atmosfera són horitzontals.• La compressibilitat de l’aire implica que quan l’aire puja perl’atmosfera es dilata i quan baixa es comprimeix.
P = constant T = constant
T T
ρρ
P
ρ
P
ρ
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2.3. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. PROPIETATS
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•FACTORES.- •Altitud .- a mayor altura menor presión atmosférica.•Latitud •Humedad•Condiciones meteorológicas
PRESIÓN ATMOSFÉRICA: fuerza que ejerce el aire sobre la superficie de la Tierra.Se mide mediante el barómetro.Las unidades en Pascales (Pa), atmósferas, mm de Hg, en milibares mb o hectopascales (hPa).1 Pa=1 N/m2
1 atmósfera= 760 mmHg=101300 Pa=1013 mb (hPa)
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Els moviments verticals de l'atmosfera es denominen de convecció i es deuen a:
Temperatura: la part de l'atmosfera propera a la superfície està més calent i és menys densa pel que tendeix a elevar-se. Al contrari, la superior (més freda i densa) tendeix a baixar.
Humitat: l'aire té vapor d'aigua que ho fa menys dens que l'aire sec, en desplaçar a la resta de components atmosfèrics de major pes molecular (oxigen, nitrogen, diòxid de carboni). La humitat de l'aire és important per a la formació dels núvols, i per tant dels fenòmens meteorològics derivats.
Pressió atmosfèrica: és la força exercida per l'atmosfera per unitat de superfície, i depèn de la humitat i la temperatura. En els mapes del temps quan diferents punts tenen la mateixa pressió atmosfèrica s'uneixen amb línies denominades isòbares.
Premises importants:
1. Ascens massa d’aire (convecció) es considera adiabàtica (*)
2. Estabilitat/Inestabilitat atmosfèrica relacionada amb la possibilitat de que es desenvolupin moviments verticals de masses d’aire (quan aire al voltant estigui més fred) i s’assoleixi la saturació (condensació)
3. Massa d’aire en ascensió seguirà gradient adiabàtic sec fins assolir saturació i desprès seguirà gradient humit (amb menys gradient perquè condensació allibera calor i “alenteix” procés de refredament)
4. Considerem massa d’aire com a una gran quantitat d’aire amb propietats (humitat i temperatura) gairebé constants que es conserven en desplaçar-se
(*) Ascens amb conservació de: calor, humitat i quantitat de moviment. Quan tenim ascens adiabàtic es produeix expansió i refredament del gas
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CALIENTE FRÍO
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3.1. CARACTERISTIQUES ATMOSFERA. DINAMICA VERTICAL Exemple ascensió orogràfica: evolució massa d’aire que puja per efecte topografia (efecte Föhn) (es pronúncia “Foen”, per la seua culpa no plou ací quan està plovent pel centre i nord del país, els núvols xoquen amb el sistema ibèric i bètic; i per aixó Alacant té un clima semiàrid)
Aire sec i calent
Deserts
(rainshadows)
20
12
10
10
4
4
8
0
3000 -4º
2000 4º
1000 12º
18
2
28
4
0 20º
Altura Temperatura
(m) ambi
Temperatura massa d’aire
Temperatura a partir de la qual el vapor condensa (T de rosada)
GVT (Gradient vertical de temperatura): 0.6º / 100 m (variacions s/ latitud i estació)
GAS (Gradient adiabàtic sec): 1º / 100 m
GAH (Gradient adiabàtic humit): 0.4º – 0.6º / 100 m
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Gradientes atmosféricos y precipitaciones
Condiciones de inestabilidad: producidas al existir movimientos ascendentes de aire cuya temperatura varía según el GAS. Para que pueda subir, el aire exterior se ha de enfriar más rápido que el interior (El GVT es mayor que el GAS). Así se formará una borrasca
• Condiciones de estabilidad o subsidencia: al ascender una masa de aire frío, se va secando por calentamiento. Así se genera un anticiclón:– No hay movimientos verticales, el GVT es menor que el GAS.– Inversión térmica (GVT negativo), se forman nubes a ras de suelo
(niebla) que atrapa los contaminantes.
Las subsidencias más intensas se suelen producir en invierno, con viento en calma y cuando las noches son largas, y la atmósfera está muy fría (sobretodo en los primeros metros en contacto con el suelo).
• Constantes, como los alisios, que van cargados de humedad y son responsables de las lluvias ecuatoriales.
• Locales: como el cierzo (Viento frío del NO, en Aragón), galerna (viento del cantábrico), levante E,…
• Periódicos: como los monzones, que debido a los cambios estacionales en la dirección del viento producen alternativamente veranos húmedos e inviernos secos. Las brisas térmicas marinas son cambios diarios en la dirección del viento causado por el contrate térmico entre el continente y el océano; durante el día soplan hacia la playa, y durante la noche hacia el mar.
Brisas marinas
Presencia de masas continentales
Las masas continentales frenan los vientos y corrientes oceánicas, y tienen una mayor amplitud de temperatura. El agua absorbe mucha energía calorífica, por lo que los océanos se enfrían y calientan más lentamente que los continentes.
En los continentes de latitudes medias, el enfriamiento invernal hace que el aire esté muy frío originándose un anticiclón continental que crea condiciones de estabilidad generando vientos que impiden las lluvias favoreciendo nieblas y heladas.
Clima mediterrani caracteritzat per règim tèrmic d’estius molt secs i tenir temporada de pluges a les estacions de primavera i tardor (en molts casos precipitacions intenses i locals (tempestes)
La hidrosfera es el subsistema de la Tierra constituido por el conjunto del agua en sus tres estados físicos: líquido (aguas subterráneas, mares, océanos, lagos y otras masas de agua superficial), sólido (casquetes polares, glaciares, cuerpos de hielo flotantes en el mar, etc.) y gaseoso (nubes).
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA
DE LA HIDROSFERA (%)
Mares y océanos 97,18
Aguas continentales
Glaciares 2,2
Subterráneas 0,6
Superficiales 0,017
Atmósfera 0,001
Biosfera 0,0005
Se originó por la condensación y solidificación del vapor de agua protoatmosférico. Es una capa dinámica, con continuos movimientos y cambios de estado. Regula el clima, participa en el modelado del relieve y hace posible la vida sobre la Tierra. Está relacionada con la atmósfera, la geosfera y la biosfera. Recubre la mayor parte de la superficie terrestre.
5. El ciclo hidrológico
El ciclo hidrológico es el conjunto de transformaciones y cambios que sufre el agua de la hidrosfera. Su importancia se debe a que regula el clima, transporta materia y energía de unas zonas a otras, provoca la erosión, transporte y sedimentación de las rocas, y descarga las aguas sobre los continentes de forma periódica.
Las olas son movimientos ondulatorios de la superficie del mar o de los grandes lagos.
vaivén
movimiento circular
movimiento elíptico
nivel de base
Tema 8. Dinámica de las masas fluidas6. Dinámica oceánica
Las mareas son subidas y bajadas del nivel del mar, que se repiten de forma periódica aproximadamente cada 12 horas.
Se deben a la acción gravitatoria que ejercen principalmente la Luna y en menor medida el Sol.
Mareas vivas
La Luna y el Sol se alinean con la Tierra y suman sus fuerzas atractivas.
Son mareas de máxima amplitud. Tienen lugar en la fases de Luna nueva y Luna llena.
Mareas muertas
La Luna, el Sol y la Tierra forman un ángulo recto. Son mareas de mínima amplitud. Tienen lugar en las fases de Luna creciente y Luna menguante.
Las corrientes marinas son cursos de agua con distinta temperatura, salinidad o densidad que se desplazan por el interior de los mares y océanos. Pueden ser superficiales o profundas.
Cinta transportadora global: circulación de agua por todo el planeta, parte como corriente profunda y continua como c. superficial. Regula la cantidad de CO2 atmosférico, ya que el agua fría, al hundirse, arrastra una gran carga de este gas, liberándolo unos mil años después en las zonas de afloramiento.
Consiste en la presencia de anticiclones en la costa pacífica de Sudamérica y de borrascas sobre Oceanía e Indonesia. Los vientos alisios circulan desde el este hacia el oeste, se cargan de humedad y descargan las lluvias en Indonesia.
Situación normal
La termoclina sube y afloran las aguas frías cargadas de nutrientes, lo que potencia la riqueza pesquera cerca de las costas peruanas.
Efectos
Fenómeno de EL NIÑO
Se trata de un proceso anómalo inverso al anterior. Se repite, aproximadamente, cada cuatro años Las borrascas llegan a las costas peruanas, y los anticiclones, a las de Indonesia..
“EL NIÑO”
La termoclina baja y no afloran las aguas frías que incrementan la riqueza piscícola. Se producen sequías e inundaciones en todo el mundo. Las primeras tienen especial virulencia en las costas del océano Pacífico, y las segundas (acompañadas de hambrunas por falta de pescado), en Perú. Causa incendios en Indonesia.
Efectos
Tema 8. Dinámica de las masas fluidas 7. Climatología general
El clima es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan la situación y el tiempo atmosférico de un lugar determinado del planeta.
Origen de las precipitaciones
cúmulos
cumulonimbos
Convección térmica: debido al ascenso de aire cálido y húmedo hasta el nivel de condensación formando cúmulos. Por la unión de varios cúmulos se forma una nube de desarrollo vertical o cumulonimbo, en la que se forman gotas de agua desde la base de la nube, que se van haciendo más grandes a medida que ascienden, juntándose unas con otras. Se forman borrascas intensas que duran poco.
Origen de las precipitaciones
Efecto Foëhn
Convección orográfica: Se forman estratos, que dejan una “lluvia horizontal”. Cuando la nube alcanza la montaña pierde el agua, y en el otro lado hay una “sombra” de lluvias.
Origen de las precipitaciones
Un frente es una zona de contacto entre dos masas de aire de distinta temperatura y humedad. Estas masas no se mezclan sino que chocan liberando energía que se transforma en lluvias o vientos generando borrascas frontales o móviles.
Frente frío
Una masa de aire frío se mueve hacia otra de aire caliente. La masa fría hace que la cálida ascienda formando una borrasca, con nubes de desarrollo vertical.
Frente cálido
Una masa de aire cálido se mueve hacia otra de aire frío y al choca, la cálida asciende lentamente formando nimboestratos o altoestratos generando lluvias débiles pero persistentes, o nevadas. Si asciende más, forman cirros que si no se mueven indican buen tiempo, y si se mueven a gran velocidad y en gran número, que se creará un nuevo frente.
Frente ocluido
Se superponen dos frentes diferentes, elevándose el frente cálido, dando lugar a ambos tipos de precipitaciones.
• Lluvia: son precipitaciones en forma líquida originadas por altoestratos, nimboestratos o cumulonimbos. Algunas de ellas son de origen tormentoso.
Una tormenta es una perturbación atmosférica acompañada de rayos que producen nubes de desarrollo vertical (cumulonimbos) que dejan lluvias abundantes, y en ocasiones granizo. Se pueden formar por convección térmica u orográfica, que duran poco tiempo y son típicas de verano, o por un frente frío, durando horas y que se dan en cualquier estación del año. Se producen rayos que mueven los electrones hacia las cargas positivas (superficie terrestre, lugares puntiagudos,…). Son beneficiosos en la fijación de nitrógeno atmosférico, pero también negativos: inundaciones, incendios, muerte,..
• Nieve: cuando los cristales de hielo de la cima de un cumulonimbo chocan entre sí forman cristales hexagonales. Generalmente al caer se funden antes de llegar al suelo, salvo que haga frío.
• Granizo: se forman en las tormentas de primavera o verano. Cuando los cristales de hielo caen de la nube, se cargan de humedad y vuelven a ascender. Cuando esto se repite varias veces, el cristal aumenta su número de capas. Al caer ocasiona daños en agricultura, automóviles o muertes
Chorro polar: es una corriente muy rápida de aire que rodea a la Tierra a la altura de la tropopausa, en sentido O – E. Al chocar los vientos fríos del NE con los cálidos del SO, éstos ascienden desviándose a la derecha por la fuerza de Coriolis, por lo que al llegar a la tropopausa girarán en torno a la Tierra de O – E formando un chorro.
Frente polar: es un frente único que rodea la Tierra con frentes cálidos, fríos u ocluídos. Es una línea imaginaria que separa una masa de aire frío (N) de otra cálida (S).
En verano, en la zona ZICT, los anticiclones tropicales se encuentran más cerca del polo N que en el invierno. Los vientos westerlies soplan más hacia el N con lo que el frente polar y la corriente del chorro forman un círculo alrededor de la Tierra a los 60º N.
Durante el resto del año, la ZICT, los anticiclones subtropicales y las borrascas subsolares se desplazan al S hasta los 30º N durante el invierno. El frente polar y el chorro descienden; el chorro serpentea originando unas ondulaciones (ondas de Rossby) con las borrascas al N y los anticiclones al S. Posteriormente la onda se rompe y las borrascas pasan al S dejando lluvias, y los anticiclones al N, dejando calor. Se llaman borrascas ondulatorias.
Gota fría
Ocurre por la entrada de una burbuja de aire frío situado a cierta altura, que procede de la tropopausa polar. Esto crea un área de baja presión suspendida en altura, que debido a su baja temperatura desciende en espiral hasta la superficie, originando una borrasca. La inestabilidad provocada, originará un ascenso convectivo de aire cálido formando una nube de desarrollo vertical, que descargará fuertes aguaceros o nevadas.
En España el clima depende de la posición del anticiclón de las Azores. Durante el verano está más cerca del polo N bloqueando la entrada de las borrascas que se desvían al N de Europa.
• En verano, se forman lluvias tormentosas debido a nubes de desarrollo vertical, también hay calimas, vientos cálidos, secos y cargados de polvo procedentes del anticiclón tropical situado en el desierto del Sáhara.
• En invierno, el anticiclón de las Azores se desplaza al S, pero la península se comporta como un continente y debido al intenso frío, se forma un anticiclón de bloqueo originando una intensa sequía, nieblas o heladas, y desviando las lluvias hacia la cornisa cantábrica o al N de Europa.
• En primavera y otoño, al hacer más calor, desaparece el anticiclón continental y es frecuente que entren borrascas ondulatorias.
Tornados: son columnas giratorias de viento y polvo de unos 50 m de anchura. Se deben a un remolino que resulta de un calentamiento excesivo de la superficie terrestre. La velocidad del viento es de 500 km/h, con lluvias torrenciales y granizadas. Es típico del S y E de la península ibérica, y de Norteamérica.
ojo del huracán se localiza en el centro de la espiral, donde el tiempo está en calma y el cielo despejado
los muros de nubes se nutren del vapor de agua del mar, ya que el huracán se forma sobre la superficie
el aire frío exterior desciende por el ojo del huracán y reemplaza al aire caliente
el aire caliente se mueve en espiral alrededor del ojo del huracán
el aire fluye desde el centro de la tormenta hacia fuera en el sentido de las agujas del reloj. Su altura oscila entre8 000 y 15 000 m
cola
zona peligrosabajo el huracán, las bandas giratorias de lluvia fuerte se mueven alrededor del ojo del huracán y aumentan según se aproximan al núcleo central
los vientos más fuertes se dan en el nivel más bajo, pero la zona más destructiva es la que aparece sombreada, pues la actividad del huracán es muy intensa aquí
trayectoria
Aire seco y frío
Aire cálido
Huracanes
Monzones
Monzón de invierno. Es un viento de origen continental que sopla desde el continente, que se enfría en exceso, hacia el mar, lo que provoca una estación seca.
Monzón de verano. Es un viento de origen oceánico, cargado de humedad, que sopla desde el mar al continente, dando lugar a la estación de las lluvias.
Son vientos que se originan por el calentamiento del continente y el océano contiguo. En el continente asiático, debido a su gran tamaño, se calientan en verano grandes masas de aire que ascienden y son sustituidas por otras que provienen del sur