compensa con una corriente que desciende desde las capas altas normalmente forzado por una sobrepresioacuten en altura (anticicloacuten dinaacutemico) que hace que el aire descendiente (subsidencia) se calienta por compresioacuten isoentroacutepica dando lugar a un tiempo apacible y despejado Otras veces el origen no es dinaacutemico sino teacutermico como los anticiclones que se forman por enfriamiento de las superficies de los continentes en invierno en este caso la velocidad de la subsidencia disminuye con la altura Los anticiclones dinaacutemicos son muy estables en localizacioacuten y duracioacuten (con pequentildeas oscilaciones de situacioacuten e intensidad a lo largo de las estaciones) y por eso se les da nombre propio anticicloacuten de las Azores de Hawai del Iacutendico del Atlaacutentico Sur del Paciacutefico Sur
bull Depresioacuten (o cicloacuten o borrasca o baja B en el mapa del tiempo L en ingleacutes) Pueden ser de origen teacutermico (superficies continentales caacutelidas en verano disminuyendo la velocidad con la altura donde dan lugar a altas) o de origen dinaacutemico (aire absorbido por una dorsal en altura la velocidad crece en altura en este caso) Las depresiones son menos estables que los anticiclones y no se les da nombre propio (excepto a la depresioacuten de Islandia que es muy estable y a los huracanes (ciclones tropicales) que pese a su caraacutecter transitorio merecen detallada atencioacuten por los peligros que entrantildean) Los ciclones tropicales se forman cuando una masa de aire tropical mariacutetima escapa del cinturoacuten de bajas presiones ecuatoriales (zona de convergencia intertropical) y sobrepasa unos 15ordm de latitud en donde ya empieza a ser importante la aceleracioacuten de Coriolis que le hace girar (a izquierdas en el hemisferio Norte) y aumentar la depresioacuten que sobre aguas caacutelidas (principalmente en el Caribe y las Filipinas) da lugar a una gran evaporacioacuten superficial y una gran condensacioacuten en altura con un gran desprendimiento de calor que realimentan la fuerza del viento hasta llegar a la costa (empujado hacia el Oeste por los alisios) donde se van disipando no sin antes causar graves dantildeos El ojo del huracaacuten es la regioacuten axial de unos 2060 km de diaacutemetro donde la depresioacuten dinaacutemica es tan grande que incluso aspira aire axialmente aunque la disipacioacuten turbulenta en el ojo reduce mucho la velocidad del aire (que es pequentildea y descendente como en el ojo de los tornados) y la temperatura ahiacute es mayor y no hay condensacioacuten (se ve un agujero en la cobertura nubosa Fig 20)
Fig 20 a) Huracaacuten Isidore-2002 fotografiado desde un avioacuten a 2100 m de altitud b) Huracaacuten Isabel-2003
fotografiado desde la estacioacuten espacial ISS (httpenwikipediaorgwikiHurricane)
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En los mapas de altura es maacutes raro que aparezcan centros de accioacuten propiamente dichos (ie que las isoliacuteneas se cierren como en los anticiclones y depresiones por haber maacuteximos y miacutenimos relativos) debido a la inclinacioacuten media de las superficie isobaras (maacutes altas hacia el Ecuador) siendo lo maacutes normal que aparezcan ondulaciones que no llegan a cerrarse llamadas dorsales y vaguadas las cuales tambieacuten aparecen en el mapa de isobaras de superficie (pero en eacuteste no son tan importantes)
bull Dorsal o loma (o cuntildea anticicloacutenica si es en superficie) es una deformacioacuten de las isoliacuteneas (isobaras o isohipsas) hacia las altas latitudes (ie en forma de U-invertida en los mapas del hemisferio Norte y de U en el hemisferio Sur) dando lugar a maacuteximos (de presioacuten o de altitud) soacutelo a lo largo del eje de la dorsal (y no tambieacuten del perpendicular como en los anticiclones) En altura se etiquetan con la misma letra que los anticiclones (A) e indican que la masa de aire por debajo estaacute maacutes caliente que en sus alrededores
bull Vaguada o valle es una deformacioacuten de las isoliacuteneas (isobaras o isohipsas) hacia las bajas latitudes (forma de U en los mapas del hemisferio Norte) dando lugar a miacutenimos (de presioacuten o de altitud) soacutelo a lo largo del eje de la vaguada (y no tambieacuten del perpendicular como en las borrascas) En altura se etiquetan con la misma letra que las borrascas (B) e indican que la masa de aire por debajo estaacute maacutes friacutea que en sus alrededores
bull Collado es la regioacuten donde la topografiacutea es casi plana porque en ella cambia el signo del gradiente (como en una silla de montar) que alliacute es nulo (las isobaras o isohipsas aparecen muy alejadas) No suelen etiquetarse en los mapas (a veces se pone una C)
Los centros de accioacuten pueden clasificarse en diversos grupos
bull Seguacuten su origen en dinaacutemicos y teacutermicos como ya se ha indicado Los centros de accioacuten dinaacutemicos suelen aparecer contrapuestos en los mapas de superficie y de altura (eg a un anticicloacuten en superficie le corresponde una baja en el mismo lugar en altura) pero los centros de accioacuten teacutermicos no suelen tener correspondencia en altura
bull Seguacuten su situacioacuten en permanentes (se desplazan poco de su ubicacioacuten habitual siguiendo la declinacioacuten solar) y transitorios (aparecen y desaparecen con las estaciones o se desplazan mucho eg los teacutermicos) Los permanentes suelen tener una distribucioacuten zonal cinturoacuten de bajas presiones ecuatoriales (que pueden dar lugar a huracanes tropicales si alcanzan latitudes mayores de unos 15ordm) cinturoacuten de altas presiones subtropicales cinturoacuten de bajas presiones subpolares (asociadas al frente polar como la borrasca de Islandia) y cinturoacuten de altas presiones polares (anticiclones aacutertico antaacutertico canadiense y siberiano)
bull Seguacuten su extensioacuten en primarios (los grandes centros permanentes) y secundarios (eg la depresioacuten de Liguria o del golfo de Geacutenova el anticicloacuten del desierto de Sonora en Meacutexico y los anticiclones peninsulares de verano)
Masas de aire En meteorologiacutea una masa de aire es un gran volumen de aire con temperatura y humedad casi uniformes y distintas a las de los voluacutemenes adyacentes Puede tener gran extensioacuten horizontal hasta unos 1000middot1000 km2 y unos 3 km de altura y se forma sobre grandes superficies de caracteriacutesticas
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homogeacuteneas (grandes regiones oceaacutenicas o continentales) y vientos flojos (para que haya mucho tiempo de residencia) Suelen distinguirse cuatro tipos teacutermicos de masas de aire aacutertica (A) polar (P) tropical (T) y ecuatorial (E) y dos tipos higromeacutetricos mariacutetimo (m huacutemedo) y continental (c seco) a veces se antildeade una tercera letra para indicar la estabilidad respecto al suelo poniendo k (colder) si la masa es maacutes friacutea o w (warmer) si es maacutes caliente Las masas continentales polares cP son friacuteas en invierno pero caacutelidas en verano las demaacutes apenas variacutean estacionalmente El espesor de la separacioacuten entre masas de aire es del orden de 10 km y se llama frente el cual se designa con el nombre de la masa que empuja y tiene un movimiento baacutesicamente horizontal Asiacute pues las masas de aire pueden ser de los tipos siguientes
bull Aacutertica mariacutetima (mA o Am) friacutea y seca procedente de Islandia puede llegar en invierno si hay altas presiones alliacute puede dar precipitaciones de nieve en la cornisa cantaacutebrica
bull Aacutertica continental (cA o Ac) friacutea y seca procedente del Aacutertico o de la Antaacutertica en sus respectivos inviernos cuando hay altas presiones alliacute da lugar a heladas sin nieve (en Europa entran por el NE)
bull Polar mariacutetima (mP o Pm) friacutea y huacutemeda llega a Europa procedente del W de Irlanda tiacutepico del invierno produce lluvia en la zona NW en primavera suele cambiar y venir de las Azores siendo entonces la masa mP caacutelida y huacutemeda produciendo abundantes lluvias en el SW
bull Polar continental (cP o Pc) friacutea y seca procedente del norte de Europa Liberia o Canadaacute tiacutepico del invierno produce tiempo estable friacuteo y seco
bull Tropical mariacutetima (mT o Tm) caacutelida y huacutemeda procedente de las Azores tiacutepico del verano (produce lluvia en la zona NW) pero que puede darse tambieacuten en invierno (produce lluvia en la zona SW)
bull Tropical continental (cT o Tc) caacutelida y seca que puede llegar en verano procedente de Aacutefrica con calimas olas de calor e incluso con arena en suspensioacuten en el SE
Las masas de aire se van desplazando con el viento intercambiando masa (agua) y energiacutea (teacutermica) con la superficie donde el gradiente es mayor Cuando la masa se enfriacutea o toma agua se estabiliza y cuando se calienta o precipita se desestabiliza La interaccioacuten entre masas de aire es complicada porque la difusioacuten es pequentildea y por tanto el mezclado no es eficiente producieacutendose discontinuidad de propiedades (frentes)
Frentes Un frente meteoroloacutegico es una franja de separacioacuten (de unos 10 km de espesor) entre dos masas de aire (de unos 1000 km de extensioacuten) de diferentes caracteriacutesticas de temperatura y humedad y se clasifican en friacuteos calientes estacionarios y ocluidos Los frentes se mueven desde las altas a las bajas presiones por eso en latitudes medias suelen venir del oeste con los vientos predominantes En las imaacutegenes de sateacutelite los frentes se corresponden con franjas de nubes
bull Frente friacuteo Al avanzar sobre una masa de aire caliente y ser el aire friacuteo maacutes pesado hace de cuntildea y levanta el aire maacutes caacutelido produciendo bajas presiones y precipitacioacuten (al llegar el frente) Se mueven deprisa a unos 10 ms por su mayor densidad y causan una bajada brusca de
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temperaturas en pocas horas En mapas de tiempo los frentes friacuteos estaacuten marcados con el siacutembolo de una liacutenea azul de triaacutengulos que sentildealan la direccioacuten de su movimiento En latitudes medias-altas se situacutea permanentemente un frente polar que separa los vientos friacuteos del este (polares) de los vientos del oeste en latitudes medias Este frente se ondula y da lugar a frentes friacuteos hacia el Ecuador y frentes caacutelidos hacia los Polos (frontogeacutenesis)
bull Frente caacutelido Una masa de aire tibio que avanza maacutes despacio a unos 5 ms pasando por encima de una masa de aire friacuteo que retrocede Suelen venir de latitudes bajas y con el paso del frente caacutelido la temperatura y la humedad aumentan y la presioacuten sube Al llegar un frente caacutelido primero aparecen nubes altas (cirros) luego altoestratos y al cabo de unas 12 horas nimboestratos dejando un tiempo apacible excepto cuando el aire caacutelido ascendente es inestable y da lugar a fuertes chubascos y tormentas tras lo cual queda un tiempo caacutelido y despejado
bull Un frente ocluido se forma cuando un frente friacuteo (que avanza maacutes deprisa) acaba barriendo en superficie al frente caliente que antecede (maacutes lento) el conjunto de un frente caacutelido seguido de un frente friacuteo se denomina sistema frontal El frente ocluido da lugar a nubes medias con lluvias deacutebiles y persistentes hasta que al cabo de un diacutea o dos el frente ocluido desaparece por difusioacuten (frontolisis) En los mapas meteoroloacutegicos los frentes ocluidos se indican con una liacutenea punteada rosada entre las marcas del frente friacuteo y el frente caliente que sentildealan la direccioacuten de su desplazamiento
bull Un frente estacionario es un liacutemite entre dos masas de aire de las cuales ninguna es lo suficientemente fuerte para sustituir a la otra Suelen ocurrir sobre el oceacuteano En los mapas meteoroloacutegicos estaacuten marcados con una liacutenea de ciacuterculos rojos y triaacutengulos azules que se alternan puestos en direcciones opuestas simbolizando la naturaleza dual del frente
Circulacioacuten general La dinaacutemica de los fluidos medioambientales (atmoacutesfera y oceacuteano) es el movimiento originado por el desigual calentamiento por radiacioacuten solar de la Tierra que aunque a nivel global apenas variacutea temporalmente a nivel local el Sol no calienta todas las regiones por igual ni al mismo tiempo siendo la dinaacutemica atmosfeacuterica preponderante frente a la oceaacutenica porque ademaacutes de contribuir con algo maacutes de la mitad al transporte de energiacutea desde el Ecuador a los Polos (un 60 o asiacute principalmente en forma de calor latente del vapor de agua) es la causa directa del movimiento (por la inestabilidad atmosfeacuterica) mientras que la dinaacutemica oceaacutenica viene lsquoarrastradarsquo por el aire y soacutelo contribuye en un 40 o asiacute al trasporte de energiacutea Salvo el suave bombeo gravitacional principalmente debido a la Luna todo el movimiento del aire y el mar es debido a ese bombeo teacutermico solar calentamiento en la zona tropical y enfriamiento en las zonas polares El primero en explicar este origen de los vientos fue Torricelli (hacia 1640) y a la misma conclusioacuten llegoacute E Halley en 1686 (el astroacutenomo ingleacutes descubridor del cometa Halley) que fue el que maacutes influyoacute en el desarrollo posterior El primero en explicar por queacute los vientos permanentes tienen componente zonal (y no soacutelo latitudinal) fue G Hadley en 1735 aunque hasta el siglo XIX prevalecieron las ideas de Halley que era cientiacutefico de prestigio mientras que Hadley era abogado de formacioacuten y meteoroacutelogo de aficioacuten
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Hablando del bombeo gravitacional hay que tener presente que las mareas no soacutelo se dan en el agua oceaacutenica sino tambieacuten en la atmoacutesfera y la litosfera aunque en menor cuantiacutea por el efecto combinado de las diferentes densidad y fluidez dando lugar a oscilaciones en la altura de la capa de aire (suele medirse la presioacuten en superficie en lugar de la altura de la tropopausa por ejemplo) y en la altura del terreno (respecto al centro de la Tierra) de periodo semidiario (12 h) como las mareas tradicionales En la corteza terrestre se miden amplitudes de hasta 05 m en latitudes bajas disminuyendo hacia los Polos En la atmoacutesfera a nivel del mar y en latitudes bajas se miden amplitudes de unos 150 Pa disminuyendo hacia los Polos pero en este caso el bombeo gravitacional soacutelo contribuye unos 10 Pa (y la mayor parte no es debida a la marea propia de la masa del aire sino al bombeo que ocasionan las mareas oceaacutenicas) el resto de la marea atmosfeacuterica no es debido a la atraccioacuten gravitatoria luni-solar sino al bombeo teacutermico solar que aunque de periodo diario (24 h) genera armoacutenicos importantes por no ser la excitacioacuten solar senoidal Esta marea atmosfeacuterica suelen presentar los maacuteximos a las 10 h y a las 22 h Tanto en la atmoacutesfera como en los oceacuteanos juega un papel crucial un componente minoritario el agua en el caso del aire (globalmente un 03 en peso) y la sal en el caso del agua (un 35 en peso) La gran diferencia de inercia sin embargo hace que en la atmoacutesfera los tiempos y distancias caracteriacutesticos de cambio sean mucho menores (unos pocos diacuteas y algunos kiloacutemetros frente a varias decenas de diacuteas y decenas de kiloacutemetros en el oceacuteano) La circulacioacuten general de la atmoacutesfera puede explicarse de forma secuencial de la manera siguiente El movimiento del aire nace por asiacute decir en la zona ecuatorial donde la mayor absorcioacuten solar en superficie produce un sobrecalentamiento del aire que al disminuir su densidad y en presencia del campo gravitatorio origina una fuerza neta de flotabilidad que le hace ascender (efecto chimenea) Esta corriente ascensional en altura se encuentra con un gradiente horizontal de presiones (porque la columna de aire caliente desde el suelo ha disminuido menos su presioacuten hidrostaacutetica eg a 10 km de altitud la presioacuten sobre el Ecuador es de unos 30 kPa y en latitudes medias es de 20 kPa) que le hace divergir hacia regiones maacutes friacuteas a ambos lados del Ecuador hacia los Polos Si la Tierra estuviese inmoacutevil y el Sol diera vueltas a su alrededor soacutelo habriacutea una ceacutelula de circulacioacuten en cada hemisferio pues la depresioacuten ecuatorial atrae aire de mayor latitud en superficie (ie los vientos dominantes seriacutea friacuteos polares en todo el globo) las corrientes en altura cerrariacutean el ciclo en latitudes polares donde el aire maacutes friacuteo en altura descenderiacutea Sin embargo como la Tierra gira hacia la derecha (en sentido contrario a las agujas del reloj visto desde el Norte) la fuerza de Coriolis desviacutea las corrientes superficiales (de menos de 1 km de altura) que van hacia el Ecuador hacia la izquierda (vientos alisios del nordeste en el hemisferio Norte del sudeste en el Sur) y las corrientes en altura (cerca de la tropopausa) que van hacia los Polos hacia la derecha ie los vientos intertropicales en altura son del SW en el Norte y del NW en el Sur acortando la ceacutelula principal hasta latitudes de unos 30ordm (en las que el aire enfriado en altura cae) y apareciendo otras ceacutelulas en latitudes mayores en ambos hemisferios En la zona de convergencia intertropical apenas hay viento (calmas ecuatoriales en ingleacutes doldrums)
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Asiacute la circulacioacuten general de la atmoacutesfera terrestre da lugar a tres arrollamientos zonales en cada hemisferio (aunque la ceacutelula intermedia no estaacute bien cerrada en altura) llamados en general ceacutelulas de Hadley o en maacutes detalle ceacutelulas de Hadley Ferrel y Polar (Fig 21) En Venus la fuerza de Coriolis es pequentildea porque el planeta gira maacutes despacio (tarda 243 diacuteas terrestres en dar una vuelta sobre su eje y de Este a Oeste no como los demaacutes planetas) y por ello soacutelo aparece una ceacutelula de Hadley en su atmoacutesfera Juacutepiter sin embargo gira tan raacutepido (tarda menos de 10 h) que aparecen muchas maacutes ceacutelulas de Hadley (las bandas que se ven en las fotos) La desviacioacuten por efecto Coriolis hace que los vientos permanentes en el hemisferio Norte tanto en superficie como en altura vayan o vengan entre el primer y el tercer cuadrante cartesiano y en el hemisferio Sur entre el segundo y el cuarto La circulacioacuten general es maacutes o menos constante (estacionaria) en las ceacutelulas de Hadley y Polar siendo mucho maacutes variable en la ceacutelula de Ferrel que es maacutes inestable y donde la meteorologiacutea se hace menos predecible La circulacioacuten general en superficie en la ceacutelula de Ferrel tiene una componente latitudinal preponderante hacia los Polos pero en altura la componente latitudinal es menos pronunciada y maacutes variable pues se trata de una zona de transicioacuten entre las ceacutelulas estables de Hadley y Polar
Fig 21 Circulacioacuten general de la atmoacutesfera ceacutelulas de Hadley Ferrel y Polar
Debido a la declinacioacuten solar estacional las dos ceacutelulas de Hadley no convergen en el Ecuador geograacutefico sino en la zona de convergencia intertropical (ITCZ) o Ecuador teacutermico cuya posicioacuten sigue el curso anual del sol desplazaacutendose una media de 10ordm hacia el Norte en julio y de unos 5ordm hacia el Sur en enero aunque la posicioacuten concreta viene modulada por la distribucioacuten de masas continentales pudieacutendo sobrepasar los troacutepicos en alguacuten caso (Fig 22)
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Fig 22 Variacioacuten estacional de la zona de convergencia intertropical (liacutenea gruesa) y de las
isotermas medias en superficie (enero y julio) Al considerar los vientos de la circulacioacuten general atmosfeacuterica surge la pregunta de por queacute predominan los vientos del oeste y eso que la Tierra gira en esa misma direccioacuten La respuesta maacutes sencilla es para conservar el momento angular en el movimiento general del aire desde el Ecuador a los Polos Esto es los vientos zonales son consecuencia de la desviacioacuten de Coriolis de los vientos meridianos y el promedio anual de estos uacuteltimos en un paralelo dado ha de ser nulo por conservacioacuten de la masa y simetriacutea por lo que al ser la desviacioacuten de Coriolis lineal con la velocidad el promedio anual de estos uacuteltimos en un meridiano dado tambieacuten ha de ser nulo En latitudes medias predomina el viento del Oeste tanto en superficie como en altura de hecho en altura son tambieacuten preponderantes los vientos del Oeste en todas las latitudes Pero todo esto ocurre en la troposfera En la estratosfera y la mesosfera aunque con grandes fluctuaciones predominan los vientos del Este en latitudes bajas durante todo el antildeo y en el verano de cada hemisferio para las demaacutes latitudes (y en superficie en las ceacutelulas de Hadley y Polar) En la ceacutelula de Ferrel los vientos en superficie son predominantemente del Oeste con velocidad creciente con la altitud hasta la troposfera donde alcanza valores medios de unos 10 ms (mucho maacutes en los extremos donde se desarrollan las corrientes en chorro) a partir de esa cota el viento disminuye con la altura maacutes o menos al mismo ritmo que habiacutea aumentado en la troposfera con lo que a unos 20 km cambia de sentido (velocidad media despreciable) y sigue creciendo siendo de unos 30 ms a la altitud de los globos estratosfeacutericos ie 40 km (ie por debajo de 20 km predomina el viento del oeste y por encima el viento del este) El viento del Oeste en superficie es bastante maacutes intenso en el hemisferio Sur porque en el hemisferio Norte se frena en las superficies continentales En Europa predomina el viento del oeste (del WNW en invierno y del WSW en verano)
Fuerzas actuantes Para entender mejor la dinaacutemica atmosfeacuterica es preciso considerar en detalle las fuerzas que actuacutean sobre una masa de aire y que son las que generan mantienen y disipan el viento seguacuten la ecuacioacuten de Newton del movimiento d dm v t F=sum
Para un volumen unitario elemental d dv t fρ =sum
las fuerzas son las de presioacuten pf
friccioacuten ff
gravitatoria gf
centriacutefuga cf
y de Coriolis Cf
estas dos uacuteltimas aparecen por no elegir ejes inerciales sino en rotacioacuten con la Tierra a Ω=2π86400=73middot10-6 rads Las fuerzas de presioacuten y de friccioacuten son de superficie y las demaacutes de volumen En maacutes detalle
bull La del gradiente de presioacuten pf p= minusnabla
cuyo efecto maacutes importante es en el movimiento horizontal porque el gradiente vertical de presioacuten pese a ser mucho mayor se compensa con la
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fuerza gravitatoria Por ejemplo la conveccioacuten teacutermica intertropical antes descrita aspira el aire del entorno de la zona caliente en superficie para alimentar la corriente ascendente el aire caliente ascendente hace que la presioacuten vaya disminuyendo en esa columna en menor grado que en el aire ambiente de alrededor por lo que el gradiente horizontal de presioacuten iraacute creciendo con la altura desviando el aire ascendente tropical hacia los polos Los gradientes horizontales de presioacuten son los que originan los grandes movimientos horizontales los llamados propiamente vientos pues las corrientes ascendentes y descendentes son en promedio mucho menores
bull La de friccioacuten 2ff vmicro= nabla
siendo micro la viscosidad del aire La fuerza de friccioacuten se opone siempre al movimiento y es mayor donde hay fuertes gradientes de velocidad ie en la capa liacutemite planetaria (hasta 1 km de altura sobre el terreno o asiacute) y otras zonas de cortadura maacutes localizadas (tornados corrientes en chorro frenteshellip) Surge aquiacute una de las mayores complicaciones de toda la mecaacutenica de fluidos y es que este modelo basado en la viscosidad real del fluido (una caracteriacutestica constitutiva intriacutenseca) soacutelo es aplicable al movimiento laminar de los fluidos o a la simulacioacuten directa del movimiento turbulento pero no es aplicable a las ecuaciones del flujo turbulento promediado Como el movimiento del aire a gran escala es siempre turbulento y la simulacioacuten numeacuterica directa (DNS) no es practicable con los ordenadores actuales es preciso introducir un modelo turbulento el maacutes sencillo es cambiar el coeficiente de viscosidad del fluido micro por un factor empiacuterico que tenga en cuenta la turbulencia microturb que depende del tipo de flujo y es difiacutecil de evaluar
bull La gravitatoria gf gρ=
que mantiene atrapado el aire contra la superficie y establece un fuerte gradiente vertical de presioacuten Si la atmoacutesfera no estaacute en equilibrio (y nunca lo estaacute) esta fuerza puede dar lugar a movimientos verticales de aire por fuerzas de flotabilidad Como el coeficiente de dilatacioacuten del aire es siempre positivo basta un pequentildeo gradiente horizontal de temperatura causado por un calentamiento solar desigual de la superficie para que el campo gravitatorio genere el movimiento de conveccioacuten natural
bull La centriacutefuga ( )cf rρΩ Ω= minus times times
por tomar ejes giratorios Esta fuerza es pequentildea y se contabiliza junto a la gravitatoria (en el Ecuador donde es maacutexima es 300 veces menor que la gravitatoria) Las fuerzas centriacutefuga y de Coriolis son las fuerzas de inercia que se antildeaden en ejes giratorios en lugar de las aceleraciones del sistema de referencia no galileano que se deducen del movimiento relativo fijo moacutevil
d d d dr t r t rΩ= + times
rarr ( ) ( )2 2
moacutevil moacutevilfijo moacutevild d d d d d d dr t r t r t r t rΩ Ω Ω= + times + times + times
rarr
( )fijo moacutevild d d d 2v t v t v rΩ Ω Ω= + times + times times
Si se considerase la Tierra quieta y el Sol girando a su alrededor no habriacutea ni efectos centriacutefugos ni de Coriolis Pero habraacute que tener en cuenta la fuerza centriacutefuga que aparece en otros movimientos giratorios como vientos fuertes en trayectorias de gran curvatura ciclones y tornados
bull La fuerza de Coriolis (1835) 2Cf vρΩ= minus times
tambieacuten por tomar ejes giratorios es caracteriacutestica de los movimientos geofiacutesicos Como la Tierra gira hacia el Este (ie la velocidad angular Ω
apunta al Norte) en ejes Tierra los vientos que se alejen del eje de giro han de girar al Oeste para conservar el momento angular (seguacuten reconocioacute el meteoroacutelogo Norteamericano William Ferrel en 1859) mientras que los vientos que se acerquen al eje se desviaraacuten hacia el Este (por eso como
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en altura predominan los vientos del Ecuador a los Polos han de predominar los vientos del Oeste En superficie en cambio aunque en la ceacutelula de Ferrel (Fig 21) los vientos tienen componente polar y por tanto del Oeste en las ceacutelulas de Hadley y Polar los vientos en superficie van hacia el Ecuador y por tanto son del Este (Fig 21) Como el movimiento vertical del aire es de menor cuantiacutea el efecto Coriolis en eacutel es despreciable La fuerza de Coriolis en los movimientos geofiacutesicos soacutelo se aprecia a gran escala (ie es un efecto de largo recorrido) debido al pequentildeo valor de Ω
En resumen la ecuacioacuten del movimiento f c Cd d p gv t f f f f fρ = + + + +
pasa a ser
( )( )2D 2D
v p v g r vt
ν Ω Ω Ωρ
minusnabla= + nabla + minus times times minus times
(25)
donde D() D () ()t t v=part part + sdotnabla
es la derivada total (local maacutes convectiva) Para completar el modelo hay que antildeadir la ecuacioacuten de continuidad D Dt vρ ρ= minus nablasdot
(que es el balance maacutesico total) la del balance maacutesico de H2O (que es difiacutecil de modelar por culpa de los cambios de fase) y la de la energiacutea (que tambieacuten se complica por los cambios de fase y maacutes por los acoplamientos radiativos)
Vientos El viento es el aire en movimiento y se caracteriza por su velocidad media y su direccioacuten de procedencia (de donde vienen las nubes de donde viene el fuegohellip contrariamente a las corrientes oceaacutenicas que se etiquetan con la direccioacuten de destino ie a donde nos lleva la corriente) El viento es lo que maacutes directamente se nota del aire (lsquohace mucho airersquo) y normalmente nos da friacuteo (porque suele estar a menor temperatura que nuestro cuerpo si no sofoca) El viento dispersa las hojas caiacutedas y la contaminacioacuten empujando los barcos y las nubes y dando origen a las corrientes marinas superficiales lo que supone una doble accioacuten sobre la navegacioacuten mariacutetima el viento y el oleaje (precisamente en la correlacioacuten entre el estado de la superficie del mar y el viento se basa la escala Beaufort de clasificacioacuten de la fuerza del viento) El viento ayuda en la polinizacioacuten y es capaz de esculpir las rocas El viento puede apagar los pequentildeos fuegos como el de una cerilla o los quemadores de gas del hogar (con el consiguiente peligro al seguir saliendo gases sin quemar) debido a que desprende la llama de su anclaje pero puede avivar los fuegos de combustibles soacutelidos debido al mayor aporte de oxiacutegeno En meteorologiacutea se llama viento a la componente horizontal del viento llamando a las componente vertical ascensioacuten o subsidencia El aparato que mide la velocidad del viento es el anemoacutemetro cuyo primer desarrollo se debe a Hooke (1667) aunque el artista renacentista Alberti habiacutea usado un dispositivo similar la fuerza del viento se mediacutea por la deflexioacuten angular que sufriacutea una chapa colgando de una charnela todo ello enfrentado al viento mediante una veleta que haciacutea girar horizontalmente el conjunto El anemoacutemetro de tipo pitot usado en aeronaacuteutica se debe a Pitot (1732) El tipo maacutes comuacuten en meteorologiacutea es el anemoacutemetro de cazoletas (3 o 4 aspas) en el que se mide la velocidad de rotacioacuten aunque empieza a ser substituido por el anemoacutemetro soacutenico (se mide la diferencia de velocidad del sonido
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entre dos emisoressensores (montando tres pares se mide tambieacuten la direccioacuten del viento) La direccioacuten (de procedencia) se indica por el punto cardinal (rosa de los vientos) o en grados sexagesimales desde el Norte a derechas (eg un viento del E tiene 90ordm) En los mapas la direccioacuten e intensidad del viento se representan con una flecha (normalmente sin cabeza) con barbas soacutelo a un lado de la cola cada raya de las barbas indica 5 ms (se usa media barba para 25 ms y una banderola triangular para 25 ms) y la direccioacuten del viento es desde las bargas hacia la punta (noacutetese que en las veletas el viento va desde la punta de la flecha o cabeza del gallo hacia la cola) La manera maacutes antigua de medir las corrientes (de un riacuteo del viento) es mediante el posicionamiento de cuerpos flotantes (se supone que la velocidad es la de arrastre) ie el viento se mide desde tierra siguiendo la posicioacuten de las nubes o de globos aeroestaacuteticos (o en este uacuteltimo caso detectando su posicioacuten por radar o por radionavegacioacuten) En los sondeos la velocidad y direccioacuten del viento en funcioacuten de la altura puede representarse conjuntamente en un diagrama polar de los vectores velocidad con una curva que une sus extremos la odoacutegrafa en la que van marcadas las altitudes Desde un sateacutelite se puede medir el viento sobre la superficie del mar (velocidad y direccioacuten) por dispersioacuten raacutedar enviando desde una antena giratoria un pulso de microondas de haz estrecho que se refleja en el mar (transpasa las nubes) y produce un eco proporcional a la rugosidad del oleaje (a su vez proporcional al viento) Los vientos ademaacutes de servir de transporte convectivo de energiacutea desde el Ecuador a los Polos y originar por arrastre las corrientes oceaacutenicas sirven para la renovacioacuten del aire y la dispersioacuten de contaminantes en el entorno de los seres vivos (es bien conocida la tapadera lsquomarroacutenrsquo de polucioacuten que se forma sobre las grandes ciudades cuando no hay viento) La calidad del aire depende de la emisioacuten de contaminantes su transporte los procesos fiacutesico-quiacutemicos que sufre y de los sumideros actuantes iquestDoacutende nace el viento Deciacutea Aristoacuteteles que todo cuerpo en movimiento tiende a pararse por la friccioacuten pero iquestcoacutemo se crea el movimiento Newton lo explicaba asiacute todo cuerpo en movimiento tiende a mantenerse en movimiento si no hay fuerzas que lo aceleren o deceleren (para el movimiento unidimensional F=ma) Como consecuencia del calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por la radiacioacuten solar de la dilatacioacuten de aire y de la fuerza gravitatoria se generan movimientos convectivos en el aire (ascendencias y subsidencias) que a su vez dan lugar a corrientes horizontales de compensacioacuten que son de mayor amplitud porque las variaciones de energiacutea potencial son muy pequentildeas y todo desequilibrio pasa a energiacutea cineacutetica y porque tienen mayor extensioacuten para desarrollarse Aunque en media la componente horizontal del viento es varios oacuterdenes de magnitud mayor que la vertical eacutesta puede ser mayor en los movimientos convectivos de tormentas El viento aparece asiacute en las superficies con desigual calentamiento donde se desarrollan las corrientes convectivas (como el Sol es un foco casi puntual de calor en todas las atmoacutesferas planetarias habraacute viento) Pueden distinguirse dos tipos de vientos seguacuten su extensioacuten espaciotemporal Unos son globales (su extensioacuten es planetaria) y bastante permanentes (no variacutean mucho con el tiempo) Otros son regionales o locales (de extensioacuten menor de unos 1000 km) y bastante variables (aunque algunos tambieacuten son casi
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permanentes o ciacuteclicos) Los primeros constituyen la circulacioacuten general de la atmoacutesfera que engloba a los segundos El viento maacutes sencillo de describir es el que se da en reacutegimen estacionario por encima de la capa liacutemite terrestre (ie cuando las fuerzas de friccioacuten son ya despreciables) en latitudes no muy bajas que se llama viento geostroacutefico (Gr γεωminusστροφειν giro de la Tierra) en este caso la ecuacioacuten del movimiento (25) se reduce a
()0 2 0kp p pg v g f k v k fvΩρ ρ ρ
timesminusnabla minusnabla nabla= + minus times = + minus times rarr = minus times minus
d d
1 1cos
1 10
10
p g z
Z p pfv gx x R
Z p pgk Z fv fu gy y R
p gz
ρ
ρ ρ φ λ
ρ ρ φ
ρ
=minus
part minus part minus partminus = minus = = part part part part minus part minus part
rarr = timesnabla minus = minus = = part part part minus part
= minuspart
(26)
donde f=2Ωsinφ es el factor de Coriolis (la fuerza de Coriolis por unidad de volumen es Cf f k vρ= minus times
)) k
es el vector unitario vertical local Z(xy) es la superficie isobara que pasa por el punto considerado y habiendo tomado coordenadas cartesianas en la horizontal local (xyz) siendo x la distancia en direccioacuten longitudinal (positiva hacia el Este) y la distancia en direccioacuten latitudinal (positiva hacia el Norte) y z la distancia vertical hacia arriba para las uacuteltimas expresiones se ha supuesto Tierra esfeacuterica de radio R y la posicioacuten del punto definida por la latitud φ y la longitud λ (angulares) Noacutetese que el modelo de viento geostroacutefico no es vaacutelido cerca del Ecuador porque f=2Ωsinφ ya no es un factor preponderante Vemos que el viento geostroacutefico ( ) ( ) ( )1v g f k Z f k p ρ= timesnabla = minus times nabla
no tiene componente vertical y es perpendicular al gradiente de presiones (y al de isohipsas) y por tanto paralelo a las isobaras (y a las isohipsas) y de intensidad proporcional al gradiente (lo que permite calcular la velocidad del viento midiendo el gradiente de isohipsas en los mapas de altura) Otro corolario del flujo geostroacutefico es la llamada regla de Ballot que dice que en el hemisferio Norte el viento geostroacutefico tiene altas presiones a la derecha y bajas a la izquierda y al contrario en el otro hemisferio Noacutetese una vez maacutes coacutemo la termodinaacutemica gobierna la dinaacutemica atmosfeacuterica el viento geostroacutefico nace del gradiente horizontal de presiones que es debido a las variaciones horizontales de densidad que a su vez son proporcionales a las variaciones horizontales de temperatura Ejercicio 11 Determinar la velocidad y direccioacuten del viento geostroacutefico sobre Madrid (40ordmN) sabiendo que en un mapa de altura (50 kPa) se observa que las isohipsas son casi verticales (ie paralelas a los meridianos) pasando por Madrid la de 5700 m y por Lisboa (a unos 500 km al Oeste) la de 5760 m (estaacuten dibujadas cada 60 m) Solucioacuten Se trata de aplicar ( )v g f k Z= timesnabla
Ωsinφ =2middot(2π86400)middotcos40ordm=935middot10-6 rads y |nablaZ|=∆Z∆x=60(500middot103)=120middot10-6 luego v=(98(935middot10-
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k
vertical hacia arriba (pulgar) y hacia el Oeste (el dedo iacutendice a la izquierda) el viento v (el dedo corazoacuten) apunta hacia el Sur (ie viento del Norte) El gradiente de presioacuten en altura coincidiraacute con el gradiente de isohipsas luego las presiones altas quedan al Oeste y las bajas al Este como ocurre de ordinario con buen tiempo en Madrid dominado por el anticicloacuten de las Azores (el viento que suele acompantildear a la lluvia viene del Suroeste) Conviene apuntar que no se ha calculado el gradiente centrado en Madrid sino entre Madrid y Lisboa y que el gradiente promediado temporalmente siempre apuntaraacute de Norte a Sur (tanto el de altitud de 50 kPa como el de temperaturas y presiones Se suele llamar viento teacutermico (aunque no es un viento) al gradiente vertical del viento geostroacutefico d dv z
que es un vector contenido en la superficie de presioacuten constante y paralelo a las isotermas (el aire maacutes caliente queda siempre a la derecha) como se deduce a continuacioacuten
d d d 1 d lnd d d d pv g p R pk Z k k Tz z f z f f zρ
minus nabla minus= timesnabla = times = timesnabla
(27)
que tambieacuten se puede poner integrando entre dos cotas ( ) ( )2 1ln pv R f p p k T∆ = minus timesnabla
Como en el hemisferio Norte la temperatura decrece hacia el Polo dTdy|plt0 el viento teacutermico (27) hace que el viento geostroacutefico aumente su velocidad con la altitud y tiende a alinearlo con las isotermas en altura Basta conocer coacutemo gira el viento en altura (eg con un globo sonda) para saber si el viento es friacuteo o caliente (eg si en el hemisferio Norte la odoacutegrafa gira a derechas con la altura es porque el viento viene de regiones maacutes caacutelidas) Las corrientes en chorro que luego se describen son un buen ejemplo de viento teacutermico Noacutetese que si la atmoacutesfera fuese baroacutetropa (ie que la densidad soacutelo dependiese de la presioacuten y no de la temperatura) no habriacutea viento geostroacutefico porque nablapT=0 y se verificariacutea el teorema de Taylos-Proudman que dice que en estas condiciones el campo de velocidades es no puede variar en la direccioacuten del momento angular (aquiacute es d d 0v z = ) Se llama viento de gradiente al viento geostroacutefico cuando la fuerza centriacutefuga es importante como ocurre alrededor de un centro de alta o baja presioacuten en altura Volviendo ahora a cotas inferiores hay que indicar que la disminucioacuten de velocidad en la capa liacutemite terrestre es maacutes pronunciada cerca del suelo asiacute sobre terreno muy llano la velocidad en superficie (a 10 m del suelo que es donde se mide) es ya del orden del 90 de la velocidad geostroacutefica (y soacutelo ha girado unos 10ordm20ordm respecto a ella mientras que en terreno muy rugoso (como el urbano) a 10 m la velocidad puede ser la mitad de la geostroacutefica (y haber girado unos 45ordm respecto a ella) El perfil vertical de velocidad del viento suele ajustarse a una curva del tipo v=v10(zz10)n con n=01 para terreno liso y n=03 para terreno muy rugoso (eg si en un entorno urbano se miden 5 ms a 10 m de altura a 100 m de altura la velocidad del viento seraacute de unos 5(10010)03=10 ms) La circulacioacuten general de la atmoacutesfera da lugar a una distribucioacuten zonal de centros de accioacuten (altas y bajas) que a su vez condicionan los vientos a escala sinoacuteptica En el cinturoacuten ecuatorial de bajas
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presiones de origen teacutermico los vientos no son importantes En el cinturoacuten subtropical de altas presiones de origen dinaacutemico (eg anticicloacuten de las Azores) se originan los vientos dominantes en latitudes medias eg vientos del W en la peniacutensula ibeacuterica sobre todo en primavera aunque en invierno la alta centroeuropea puede dar lugar a vientos del E muy friacuteos y secos y en verano la baja norteafricana puede dar lugar a vientos caacutelidos y secos y en otontildeo la baja del golfo de Geacutenova de caraacutecter dinaacutemico puede traer vientos caacutelidos y huacutemedos del Mediterraacuteneo que si se combinan con un embolsamiento de aire friacuteo por depresioacuten aislada en niveles altos (DANA) pueden ocasionar episodios de gota friacutea La DANA (cut-off low en ingleacutes) se forma cuando un ramal de la corriente en chorro (polar o subtropical) queda desprendido y aislado de la corriente principal y se mueve independientemente del chorro (del Oeste) y puede ser estacionaria o incluso retrograda (del Este) la DANA se situacutea a unos 6 km u 8 km de altitud observaacutendose en el mapa de altura como un miacutenimo local en las isotermas (que aparecen casi conceacutentricas) y apenas tienen correspondencia en superficie El tamantildeo de los centros de accioacuten puede estimarse con el modelo de viento geostroacutefico en latitudes medias y velocidades tiacutepicas del viento de unos 10 ms pues igualando la aceleracioacuten de Coriolis aC=2ωvsinφ=2middot(2π86400)middot10middotsin45ordm=10-3 ms2 con la centriacutefuga ac=v2R se obtiene un radio tiacutepico R=v2aC=10210-3=100 km con un periodo de rotacioacuten ∆t=2πRv=2πmiddot10510=18 h Aunque mucho menos pronunciadas que las ceacutelulas de Hadley Ferrel y Polar la disimetriacutea azimutal en la distribucioacuten de masas continentales origina unas ceacutelulas de recirculacioacuten o arrollamientos de eje meridiano (ceacutelulas de Walter) con ascensiones en Aacutefrica (30ordmE) Ameacuterica (90ordmW) y Oceaniacutea (150ordmE) y subsidencias en las zonas mariacutetimas intermedias La capa liacutemite planetaria ocupa unos 500 m sobre terreno llano por la noche pero a media tarde llega hasta uno o dos kiloacutemetros de altura en general (maacutes incluso sobre zonas muy calientes y secas debido a la conveccioacuten vertical) la altura de la capa liacutemite puede medirse con radares (o mejor lidares) sintonizados para detectar gradientes teacutermicos y turbulencia En altura pese a que las velocidades son mucho mayores los gradientes son muy pequentildeos (excepto en la corriente en chorro) Es dentro de esta capa liacutemite terrestre donde tiene lugar las ceacutelulas locales de conveccioacuten teacutermica (o lsquoteacutermicasrsquo) que se originan por calentamiento solar a lo largo del diacutea sobre terrenos secos y llanos y que aprovechan las aves y los veleros (aviones sin motor) El calentamiento solar del aire cercano al suelo produce una capa de unos 100200 m con flotabilidad positiva en la que se desarrollan pequentildeas chimeneas de aire caliente que se juntan y forman una gran columna teacutermica ascendente de unos cuantos cientos de metros tanto en anchura como en altura (hasta 1 km o maacutes el mismo tamantildeo de la nube cumuliforme a que suelen dar lugar) Estas teacutermicas estaacuten 1 ordmC o 2 ordmC por encima del ambiente su velocidad ascensional estaacute entre 1 ms y 3 ms y se van enfriando hasta condensar al sobrepasar la altura de la capa liacutemite y ser entonces la atmoacutesfera estable la corriente teacutermica diverge horizontalmente y tiende a caer (con menor velocidad) por el exterior de la columna ascendente
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La friccioacuten por gradiente de velocidad es la causa de que la capa liacutemite planetaria sea turbulenta Para velocidades tiacutepicas de 10 ms y longitudes caracteriacutesticas de 1 km (vertical 1000 km horizontal) el nuacutemero de Reynolds es Re=vLν=10middot10310minus5=109 para el movimiento vertical (1012 para el horizontal) habiendo tomado ν=10-5 m2s para la viscosidad cinemaacutetica del aire Esta capa liacutemite turbulenta llega praacutecticamente hasta el suelo pues la subcapa laminar (donde Relt103) proacutexima al suelo (velocidades tiacutepicas de 1 ms) apenas tiene un centiacutemetro de espesor L=νRev=10-5middot1031=10-2 m Al ir disminuyendo la velocidad al acercarse al suelo la direccioacuten geostroacutefica del viento va girando hacia la del gradiente de presioacuten (lo que se llama espiral de Ekman) La circulacioacuten general de la atmoacutesfera estaacute relacionada con la circulacioacuten oceaacutenica como ya se ha dicho y como se sabiacutea desde antiguo eg los vientos favorables alisios en latitudes bajas y del W en latitudes medias dan lugar a corrientes marinas favorables la corriente del Golfo en el Atlaacutentico Norte y la de Kuro-Shivo en el Paciacutefico Norte Por eso Coloacuten (1492) bajoacute hasta 25ordmN para ir al Oeste en busca de las Indias (y tuvo suerte de que ese antildeo los alisios fuesen fuertes en esas latitudes) y subioacute hasta 40ordmN para volver a Europa tambieacuten Andreacutes de Urdaneta (1565) subioacute hasta 35ordmN para regresar a Acapulco (16ordmN) desde Manila (13ordmN) sin tener que volver por El Cabo como Elcano (primera circumnavegacioacuten 1519-1522) Ademaacutes de esta correlacioacuten entre los vientos y las corrientes superficiales hay muchos otros procesos de intereacutes debidos a este acoplamiento atmoacutesfera-oceacuteano como la el afloramiento costero (upwelling) la deriva nor-atlaacutentica (NAO North Atlantic Oscillation) la oscilacioacuten sur-paciacutefica (ENSO El Nintildeo Southern Oscillation) la oscilacioacuten Aacutertica (AO Artic Oscillation relacionada con la NAO) y la oscilacioacuten paciacutefica decenal (PDO Pacific Decadal Oscillation) La oscilacioacuten de El Nintildeo (ENSO) consiste en un cambio pronunciado cada 4 o 6 antildeos de la circulacioacuten de los alisios en el Paciacutefico Sur Como ya se ha dicho lo normal es que los alisios soplen del Este y arrastren las aguas oceaacutenicas hacia el Oeste desarrollando una circulacioacuten general de vientos y corrientes oceaacutenicas en sentido horario en el hemisferio Norte y antihorario en el Sur por las fuerzas de Coriolis (la componente longitudinal de esta circulacioacuten da lugar a las ceacutelulas de Walker) Cuando estas corrientes de aire y agua vuelven hacia el Ecuador por la parte oriental de las cuencas oceaacutenicas el aire estaacute friacuteo y por tanto con poca humedad absoluta y en el agua tiene lugar una surgencia de aguas profundas para reemplazar a las aguas superficiales que son arrastradas por los alisios Este afloramiento trae muchos nutrientes que mantienen grandes bancos de pesca (en el Sur Chile-Peruacute Namibia y la costa Oeste de Nueva Zelanda en el Norte California y Canarias) En diciembre (Navidad o El Nintildeo) estas corrientes son menos intensas y en la cuenca del Paciacutefico Sur cada 4 o 6 antildeos llagan a pararse y dejan de llegar agua y aire friacuteos a las costas de Peruacute dejando aire caacutelido y huacutemedo que ocasiona grandes lluvias Estas oscilaciones en el hemisferio Norte son mucho menos pronunciadas Los vientos pueden clasificarse por su escala (vientos globales que constituyen la circulacioacuten general anteriormente descrita regionales o locales) por su altitud (en superficie o en altura) o por su componente vertical (anabaacuteticos si es ascendente o catabaacuteticos si es descendente) Los vientos en
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superficie son mayores en las latitudes medias y en el hemisferio sur (maacutes del doble de velocidad) Los vientos locales suelen ser de ciclo diurnos (brisas marinas continentales de montantildea y de valle) Los vientos anabaacuteticos aparecen en las laderas de las montantildeas o altiplanicies en diacuteas soleados (durante el diacutea) debido a la mayor irradiacioacuten solar sobre las partes altas (el efecto es auacuten maacutes acusado si otras montantildeas hacen sombra sobre el valle y durante la primavera) Estas corrientes ascensionales (teacutermicas) son aprovechadas por las aves (y los veleros) para elevarse El viento anabaacutetico sufre un enfriamiento adiabaacutetico al subir que a veces llega hasta condensar el vapor de agua y producir precipitaciones Los vientos catabaacuteticos aparecen en las laderas de las montantildeas o altiplanicies en diacuteas despejados al atardecer y durante la noche debido a la mayor emisioacuten de radiacioacuten terrestre en las partes altas (el efecto es auacuten maacutes acusado si en el valle hay focos teacutermicos como grandes ciudades o industrias y durante el otontildeo) El viento catabaacutetico sufre un calentamiento adiabaacutetico al bajar pero como su temperatura en origen era maacutes baja suele considerarse viento friacuteo En Europa son de este tipo los vientos del norte que caen desde los Pirineos (el Cierzo) el Macizo Central franceacutes (el Mistral) los Alpes occidentales (la Tramontana) y los Alpes orientales (el Bora) En los grandes glaciares de la Antaacutertica y Groenlandia al caer el aire desde gran altura se alcanzan velocidades de 5060 ms La Antaacutertica es la regioacuten con meteorologiacutea maacutes extrema se han registrado vientos de hasta 80 ms (300 kmh) temperaturas de minus90 ordmC humedades menores de 1 gkg y su altitud media es mucho mayor que la de otras grandes regiones (2400 m de media) la temperatura del aire en el Polo Sur es de unos minus60 ordmC de marzo a octubre y unos minus30 ordmC de diciembre a enero siendo el viento menos fuerte que en latitudes menores (el viento aumenta con la altura hasta la tropopausa que no estaacute muy definida porque el gradiente teacutermico no cambia bruscamente sino que la temperatura sigue disminuyendo hasta unos 25 km de altitud) Cuando un viento en superficie cargado de humedad encuentra una montantildea se produce el efecto Foumlhn que consiste en una corriente ascendente que por enfriamiento adiabaacutetico produce saturacioacuten y precipitaciones que pasa a tener componente descendente a sotavento con el consiguiente calentamiento adiabaacutetico que al ser sin condensacioacuten da lugar a un fuerte calentamiento global del viento en superficie (puede ser de maacutes de 20 ordmC desde barlovento a sotavento) El Foumlhn vocablo alemaacuten proviene del latiacuten Favonius que era un viento caacutelido favorable suele aparecer en las laderas septentrionales de los Alpes produciendo cielos muy despejados y derritiendo raacutepidamente la nieve En las zonas de baja presioacuten el viento horizontal se acelera y gira conforme se acerca al eje tomando una componente vertical cada vez mayor hasta que en el ascenso la espiral se va ensanchando y la velocidad reduciendo cada vez maacutes como se aprecia en los pequentildeos remolinos tornados y borrascas Las corrientes de aire en cortadura o cizalla (wind shear) son muy peligrosas en aeronaacuteutica porque dan lugar a cambios bruscos de sustentacioacuten Ademaacutes de en las zonas de turbulencia debidas a la capa liacutemite terrestre las cortaduras maacutes peligrosas son las convectivas (en las que una fuerte ascensioacuten de aire da lugar a flujos convergentes cerca del suelo) y las no-convectivas (en las que una inversioacuten teacutermica un
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frente o una brisa fuerte de mar o de montantildea ocasiona vientos muy estratificados) Puede decirse que en general las condiciones meteoroloacutegicas maacutes adversas para la navegacioacuten aeacuterea tienen lugar en cotas bajas y son por orden de gravedad la formacioacuten de hielo las cizalladuras la niebla y las tormentas En cotas altas pueden representar alguacuten riesgo las turbulencias y las ceniacutezas volcaacutenicas Los vientos ocasionales y las tormentas son maacutes frecuentes por la tarde debido a la inestabilidad que origina el calentamiento solar diurno
Corrientes en chorro Se llaman corrientes en chorro (jet stream) a unos vientos fuertes y persistentes (gt30 ms) que tienen lugar en un estrecho cinturoacuten zonal cerca de las discontinuidades de la tropopausa donde hay fuertes gradientes horizontales de temperatura La anchura tiacutepica es de unos 200 km y el espesor de 1 km a 2 km estando el eje (velocidad maacutexima) maacutes cerca del lado friacuteo del chorro Hay un chorro ecuatorial (en la ZCIT) de viento del este a unos 1516 km de altitud con grandes velocidades sobre el Iacutendico en verano (cuando el monzoacuten) luego sendos chorros subtropicales del oeste a unos 1213 km de altitud y menor intensidad que llegan a desaparecer en sus respectivos veranos y finalmente sendos chorros polares tambieacuten del oeste a unos 910 km de altitud y mucho maacutes fuertes sobre todo en invierno particularmente en el hemisferio norte que delimitan los voacutertices cicloacutenicos circumpolares (ie forman el frente polar) La corriente en chorro principal (la subpolar norte) suele estar a unos 910 km de altitud (unos 3025 kPa) y unos 50ordmN en verano y unos 40ordmN en invierno con tres o cuatro ondulaciones latitudinales principales (de unos 5ordm latitudinales de amplitud aumentando con la velocidad) y otras ondulaciones menores) aunque variacutea bastante con el tiempo Las dorsales y vaguadas que originan estas ondulaciones se corresponden en superficie con las bajas (B) y altas (A) respectivamente y asiacute se etiquetan La posicioacuten del chorro (a unos 2530 kPa de altitud presioacuten) se corresponde con la isoterma de minus28 ordmC o minus29 ordmC en un mapa de altura de 50 kPa (que tambieacuten es donde el gradiente de las isotermas es maacuteximo) y con la posicioacuten del frente polar en superficie La velocidad maacutexima que variacutea bastante a lo largo del eje siendo maacutexima en el Paciacutefico suele ser de unos 30 ms en verano (unos 100 kmh) y de unos 50 ms en invierno aunque pueden llegar a maacutes de 100 ms en invierno en algunas zonas (maacutes de 300 kmh) Las compantildeiacuteas aeacutereas tratan de aprovechar este viento de cola de Asia a Norteameacuterica y de Norteameacuterica a Europa en lugar de ir por la distancia maacutes corta (ortodroacutemica) Cuando una ondulacioacuten se hace muy pronunciada puede llegar a desprenderse del chorro principal y formar una DANA (cut-off low) o el chorro puede ramificarse La ruptura ocasional de esta circulacioacuten zonal da paso a corrientes meridianas que ocasionas bruscos cambios meteoroloacutegicos La corriente en chorro contribuye a mantener el gran salto teacutermico entre la masa de aire polar en baja presioacuten y la de la zona anticicloacutenica templada aunque en algunas ocasiones ocurren episodios de relajacioacuten (Oscilacioacuten Aacutertica) en los que la diferencia de presiones no es tan acusada porque los anticiclones de latitudes medias se acercan maacutes al Ecuador y las depresiones polares son menores
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disminuyendo en intensidad y ondulaacutendose mucho la corriente en chorro dejando que el aire aacutertico fluya en superficie hacia las zonas templadas lo cual se nota maacutes en invierno (eg en Europa hace que el invierno sea mucho maacutes friacutea de lo habitual y en el Aacutertico maacutes caliente como ocurrioacute a finales de 2009) iquestPor queacute las corrientes en chorro se producen cerca de la tropopausa y justo en los bordes entre las ceacutelulas Pues porque el origen de la corriente en chorro es teacutermico en uacuteltima instancia pues son los fuertes gradientes horizontales de temperatura en esas regiones de la tropopausa lo que da lugar a los fuertes gradientes horizontales de presioacuten que dan lugar a ese movimiento geostroacutefico
Conclusiones
La atmoacutesfera es una delgada capa gaseosa atrapada sobre una esfera de materia condensada en rotacioacuten Si no fuera por el calentamiento solar diferenciado y dejando aparte el pequentildeo efecto de las mareas la atmoacutesfera estariacutea en reposo (con la distribucioacuten de presiones gravitatoria y centriacutefuga adecuada) Toda la dinaacutemica atmosfeacuterica es debida al diferente calentamiento solar de unos lugares a otros (en el espacio y en el tiempo) La mayoriacutea de los fenoacutemenos atmosfeacutericos desde la estela de condensacioacuten que dejan los aviones hasta los cambios climaacuteticos que estaacute empezando a causar el hombre son procesos termodinaacutemicos que se pueden reducir a efectos de la temperatura y la humedad del aire Aunque de ordinario no prestamos atencioacuten al hecho de vivir inmersos en un oceacuteano de aire los procesos sobresalientas (lluvia tormentas) ya captaron el intereacutes humano desde la maacutes remota antiguumledad pero el avance maacutes significativo en la comprensioacuten de la fiacutesica de la atmoacutesfera ha tenido lugar con el desarrollo de la aeronaacuteutica en el siglo XX y sobre todo de la astronaacuteutica en las uacuteltimas deacutecadas con la visioacuten global que de la Tierra proporcionan los sateacutelites artificiales La informacioacuten del tiempo ha sido siempre una de las maacutes demandadas por todos los puacuteblicos iquestQuieacuten no se preocupa de si va a llover o haraacute friacuteo antes de salir de casa Y eso que en las sociedades avanzadas pasa uno la mayor parte del tiempo bajo techo Por descontado que el intereacutes por el tiempo y el clima aumenta al preparar una excursioacuten o un largo viaje Resulta sorprendente que la atmoacutesfera una capa de gas tan delgada que apenas se atisba desde los sateacutelites sea el elemento de control de todo el clima en la Tierra (global y localmente) Hemos visto el sorprendente perfil vertical de temperatura atmosfeacuterica con su doble vaguada teacutermica (con miacutenimos en la tropopausa y la mesopausa) que se explica en base a la especificidad del filtro atmosfeacuterico respecto a las radiaciones electromagneacuteticas Hemos visto tambieacuten coacutemo la interaccioacuten de la atmoacutesfera con la hidrosfera gobierna los intercambios maacutesicos y energeacuteticos que dan suporte a la vida en la Tierra principalmente mediante el ciclo hidroloacutegico Y coacutemo la rotacioacuten de la Tierra hace que los vientos predominantes (que si fuese el Sol el que girase alrededor de una Tierra inmoacutevil seriacutean siempre polares (ie del Norte en el hemisferio Norte) sean del Este en latitudes pequentildeas (los alisios) del Oeste en latitudes medias y ora vez del Este en latitudes polares
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Pero la comprensioacuten de los procesos atmosfeacutericos no se limita a la meteorologiacutea y la climatologiacutea hay otros muchos procesos de intereacutes como los asociados a la renovacioacuten del aire respirable que va desde la problemaacutetica de la contaminacioacuten en grandes espacios urbanos (dispersioacuten de contaminantes) a la del control ambiental en ambientes cerrados (desde el aire acondicionado en una habitacioacuten hasta la atmoacutesfera artificial en una nave espacial) No parece que pueda compararse el intereacutes ciudadano por la atmoacutesfera con el intereacutes por la hidrosfera por la litosfera o incluso por la biosfera (si de ella excluimos a los seres humanos) Ha habido grandes avances en este campo en las uacuteltimas deacutecadas con instrumentos de teledeteccioacuten cada vez maacutes sofisticados y con modelos matemaacuteticos cada vez maacutes poderosos y precisos con gran capacidad de prediccioacuten aunque nos queda mucho por conocer (sobre todo de la formacioacuten de nubes y su precipitacioacuten y del efecto de otros aerosoles) y apenas hemos progresado en el control de estos fenoacutemenos eg llueve cuando quiere y todaviacutea estamos en la etapa de aprovechar la lluvia y los vientos favorables cuando los haya protegernos de meteorologiacuteas y climas adversos y tratar de conocerlos con antelacioacuten para estar mejor preparados Parece mentira que con los grandes logros cientiacutefico-teacutecnicos de los uacuteltimos 50 antildeos (desde la televisioacuten en blanco y negro y canal uacutenico hasta las agendas moacuteviles con conexioacuten a Internet GPS) no hayamos avanzado maacutes en el control atmosfeacuterico Pero la curiosidad la necesidad la reflexioacuten y el tesoacuten humano que al fin y al cabo son los motores del progreso nos iraacuten permitiendo avanzar en el aprovechamiento maacutes eficiente de estos recursos vitales (la disponibilidad de agua limpia es un condicionante baacutesico para el desarrollo humano) y en procurar soluciones alternativas cuando asiacute nos interese desde la lucha contra los cambios climaacuteticos y meteoroloacutegicos adversos a los sistemas artificiales de soporte de vida en vehiacuteculos aeroespaciales en otros mundos e incluso en eacuteste si deviniera necesario
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- Introduccioacuten
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- La termodinaacutemica y la atmoacutesfera
- Estructura teacutermica de la atmoacutesfera
- El modelo de atmoacutesfera estaacutendar
- La termodinaacutemica
- La atmoacutesfera como sistema termodinaacutemico
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- Balance energeacutetico terrestre
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- Posicionamiento la altitud y su medida
- Presioacuten y temperatura atmosfeacutericas modelos y medidas
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- Humedad del aire
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- Diagramas termodinaacutemicos meteoroloacutegicos
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- Las nubes
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- Formacioacuten de las nubes
- Nucleacioacuten
- Condensacioacuten por depresioacuten inducida por el vuelo
- Precipitaciones
- Formacioacuten de hielo
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- La atmoacutesfera a escala sinoacuteptica mapas del tiempo
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- Fuerzas actuantes
- Vientos
- Corrientes en chorro
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