Dinámica de la atmósfera

La atmósfera es el lugar en el que tienen lugar todos los cambios del tiempo climático, y por lo tanto del clima. Concretamente es en la tropósfera donde se dan todos los meteoros y los tipos de tiempo que definen el clima. (Ver: Formación de la atmósfera )

Tropósfera: gases y vapor de agua.

En la tropósfera es donde se encuentran la mayor parte de los gases y el vapor de agua de la atmósfera, y su turbulencia afecta directamente a la corteza terrestre modelando su relieve.

Por encima de la tropósfera se sitúan: la estratósfera, la mesósfera y la termósfera; con gases cada vez más enrarecidos, y con las respectivas tropopausa , estratopausa y mesopausa . No sabemos casi nada del papel que tienen en la definición del clima terrestre.

Lo más estudiado es el estrato o «capa de ozono» en la estratósfera, de la cual sólo sabemos que se sitúa a unos 50 km de altitud y que es la encargada de absorber la mayor parte de las radiaciones ultravioletas que llegan a la Tierra, por lo que se constituye en una importante reserva de calor.

En la tropósfera es donde tienen lugar los cambios de tipo de tiempo que nos interesan, y más nos afectan. Se compone fundamentalmente de nitrógeno 78%, oxígeno 21% y argón 1%, así como de CO ₂ y otros gases menores, todos ellos en proporciones más o menos estables. También contiene vapor de agua, agua, polvo y núcleos higroscópicos en suspensión, pero su proporción en la atmósfera es variable según los lugares. La concentración de vapor de agua y agua en suspensión depende de la existencia de un área de evaporación o una temperatura reducida.

La temperatura en la tropósfera, de manera general, disminuye en 1º C para las masas de aire no saturadas y en 0,5º C para las masas de aire saturadas, por cada 100 metros de altitud.

Decimos que una masa de aire está saturada cuando su humedad relativa es del 100%. El que una masa de aire esté o no saturada, sea húmeda o seca, o tenga o no la misma temperatura que otra contigua supone que pueda ascender, estabilizarse o descender; es decir, que la atmósfera esté estable, cuando la masa de aire desciende, o esté estática, o que esté inestable, cuando asciende: en cuyo caso puede llover.

Las capas de la atmósfera y su grosor, en kilómetros.

La humedad de una masa de aire no depende de la cantidad de agua por metro cúbico que contenga, eso es la humedad absoluta y obedece a la evaporación, sino de la capacidad del aire para absorber agua. Esta capacidad depende de la temperatura del aire, puesto que esta absorción de agua necesita energía calorífica. A esta capacidad se le llama humedad relativa y se mide en tantos por ciento. Para una misma humedad absoluta, la humedad relativa aumenta cuando desciende la temperatura.

Para el clima lo más interesante es la humedad relativa ya que una masa de aire saturada, o cercana a la saturación, es una masa de aire húmeda y las plantas pueden aprovechar su agua; mientras que de una masa de aire seca no; aunque tenga mayor humedad absoluta. En realidad, todo depende de la presión de vapor de agua.

Sobre 1.000 kilómetros, la exósfera.

Además, la atmósfera pesa, a una media de 1.013 milibares (o hectopascales) al nivel del mar, aproximadamente una tonelada por centímetro cuadrado. Pero cuando el aire está frío desciende, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad. Se forma, entonces, un anticiclón térmico. Cuando el aire está caliente asciende, haciendo bajar la presión y provocando inestabilidad. Se forma, entonces un ciclón, o borrasca térmica.

Sin embargo, también es cierto que el aire frío y el cálido tienden a no mezclarse, debido a la diferencia de densidad, y cuando se encuentran en superficie el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente provocando un descenso de la presión e inestabilidad, por causas dinámicas. Se forma, entonces un ciclón, o borrasca dinámica. Esta zona de contacto es la que se conoce como frente.

Cuando el aire frío y el cálido se encuentran en altura descienden en convergencia dinámica, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad, y el consiguiente aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticiclón dinámico.

En un frente podemos diferenciar varios tipos de nubes dependiendo de su altura: irisadas, cirros, cirrocúmulos y cirroestratos (altas); altoestratos y altocúmulos (medias); nimboestratos, cúmulosestrato, cúmulos y estratos (bajas).

Cirros

Cuando se acerca un frente comenzamos a ver las nubes más altas, hasta que llegan las bajas. Además, tenemos las nubes de desarrollo vertical que forman las tormentas: cúmulos y cumulonimbos. Las nubes medias pueden dar lloviznas débiles y las bajas lluvias y nieblas húmedas. Las lluvias que más lluvias dan son los nimboestratos.

Vemos que la presión del aire no es uniforme, sin embargo tiende a serlo. Las disparidades de presión generan desplazamientos de las masas de aire en forma de vientos, tanto más fuertes cuantos mayores sean las diferencias de presión contiguas. La dirección de los vientos es siempre de las altas a las bajas presiones, y en general de oeste a este, debido a la rotación de la Tierra.

Altoestratos

Las diferencias de presión pueden ser regionales, pero también locales que generan brisas térmicas. Los vientos locales generados por las brisas térmicas se deben a la existencia de dos medios diferenciados con temperaturas notablemente contrastadas, como la tierra y el mar o las cumbres y los valles de las montañas.

Las brisas marinas se caracterizan porque la tierra durante el día se comporta como zona cálida y el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío del mar, y por lo tanto en superficie el aire circula del mar a la tierra. Por la noche la zona más cálida es el mar, es aquí donde el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío de la tierra, y por lo tanto en superficie el aire circula de la tierra al mar.

Lo mismo ocurre en las montañas. Durante el día la cima se comporta como zona cálida y el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío del valle, y por lo tanto en superficie el aire circula del valle a la cima. Por la noche la zona más cálida es el valle, es aquí donde el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío de la cima, y por lo tanto en superficie el aire circula de la cima al valle. La dirección de los vientos se mide en las estaciones meteorológicas y se representan en una rosa de los vientos.

Vientos locales: la geografía manda.

Otro de los elementos que influyen en el clima es la distribución de la energía calorífica que llega del Sol. La Tierra obtiene la energía suplementaria que necesita de su proximidad al Sol. Del Sol nos llegan radiaciones en forma de calor, pero esas radiaciones no se distribuyen uniformemente por toda la Tierra. Esto ocurre porque los rayos solares llegan paralelos a la Tierra, pero al ser esférica la cantidad de superficie que deben calentar es menor en el ecuador que en los polos.

La cantidad de energía por unidad de superficie disminuye con el aumento de la latitud. Esta variación es decisiva en la distribución de las temperaturas en la Tierra, las latitudes bajas son cálidas y las altas frías.

También debemos tener en cuenta que la distribución de energía no es constante durante el año, sino que sufre una variación estacional por el hecho de que el plano del ecuador está inclinado 23º 27’ sobre el plano de la eclíptica, y el eje de rotación de la Tierra 66º 33’; latitudes que corresponden respectivamente a los trópicos y los círculos polares. El movimiento de traslación de la Tierra hace que el ángulo de mayor incidencia de los rayos solares se desplace entre el trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio, lo que da lugar a las estaciones y a los ciclos anuales de tipos de tiempo.

En la distribución de las temperaturas, y sobre todo en su contraste, tiene mucho que ver la distribución de las masas de agua y las tierras. La diferencia de calor específico permite que en las regiones cercanas a grandes masas de agua las temperaturas sean más constantes.

Aguas, tierra y temperatura.

El agua absorbe calor, y lo desprende más despacio que la tierra, por lo que puede calentar o enfriar el ambiente. Además, en las regiones cercanas a masas de agua oceánicas las temperaturas pueden estar modificadas por la existencia de corrientes marinas, bien cálidas, bien frías. Su influencia es decisiva. La ausencia de este mecanismo se llama continentalidad.

La continentalidad es otro factor fundamental que define el clima ya que la lejanía de las grandes masas de agua dificulta que llegue aire húmedo hasta estas regiones.

En estas regiones se observa un aumento de la amplitud térmica y descenso de las precipitaciones debido a la ausencia de masa de agua. De esta manera se dificulta el efecto invernadero . La amplitud u oscilación térmica es la diferencia entre la temperatura más cálida y la más fría registradas en el transcurso de un año o de un día.

El efecto invernadero es un mecanismo natural que garantiza que en la Tierra durante la noche no desciendan las temperaturas hasta límites insoportables para la vida. Consiste en el calentamiento de la atmósfera por parte de la radiación de onda larga. La radiación de onda corta no calienta la atmósfera pero sí el agua y las rocas. Durante la noche la energía acumulada en estas superficies se desprende en forma de calor, onda larga capaz de calentar la atmósfera.

El relieve es un factor decisivo en el clima de muchas regiones. La altitud refresca la temperatura y enfría las masas de aire. La cercanía a grandes masas de agua hace aumentar la humedad absoluta de las masas de aire, las cadenas montañosas y las costas rectifican el régimen de vientos, los grandes relieves generan el efecto barrera y el efecto foehn. Incluso la continentalidad es uno de los factores de clasificación de los climas.

Aire frío en la altura.

El efecto barrera es el que sufre el aire frío al ascender en altura por causa de la presencia de un relieve. Ese ascenso le hace perder temperatura y por lo tanto aumenta la humedad relativa hasta, saturarse y hacer que llueva. El efecto foehn es el contrario. Una vez que el aire se ha secado en la vertiente de barlovento, pasa la cima y desciende por la ladera contraria provocando vientos muy fuertes, secos y cálidos. En Estados Unidos se llama efecto chinook y en los montes Dálmatas, bora.

Circulación general de la atmósfera

Existe en la Tierra una circulación general de la atmósfera de carácter zonal en la que entran en juego: las masas de aire, la temperatura, la humedad y la rotación y traslación de la Tierra. Estas variables, junto con la posición con respecto al continente, son las que definen los climas zonales más importantes del globo.

De manera general, el aire frío de los polos desciende y al llegar a la superficie terrestre se expande hacia las latitudes bajas provocando un viento de componente noreste debido a la fuerza desviatoria de Coriolis.

Aire frío desde los polos.

La fuerza desviatoria de Coriolis es el efecto que sufre un objeto en movimiento que se mueve en línea recta en un objeto en rotación. En la Tierra el efecto se nota cuando los vientos se desplazan en dirección norte-sur y la rotación hace que la masa de aire se desvíe hacia el oeste. Es tanto más acusada cuanta más velocidad tiene el viento. Fue descubierta por el francés Gustave Gaspard Coriolis en 1835 y desarrollada por W. Ferrel en 1855.

Los centros de acción

Podemos definir, pues, para el conjunto del planeta, una serie de altas y bajas presiones a las que llamaremos centros de acción ya que son responsables de los tipos de tiempo que actúan en un determinado clima zonal. Estos centros de acción son: las bajas presiones ecuatoriales, las altas presiones subtropicales que por su estabilidad tienen nombre: como los anticiclones de las Azores, Hawai, Índico, del Pacífico Sur o del Atlántico Sur; las bajas presiones polares del frente polar; y las altas presiones polares, que también tienen nombre, como los anticiclones ártico, antártico, canadiense o siberiano.

Huracán

Estos centros de acción no son estáticos y se desplazan de norte a sur en verano y en invierno, con el desplazamiento aparente del Sol, modificando su extensión y latitud, hasta llegar a desaparecer; como en el caso de los anticiclones térmicos, o incluso llegar a aparecer otros más pequeños y secundarios.

Los centros de acción de las bajas presiones no suelen tener nombre, por su carácter temporal, salvo los huracanes o las regiones en las que aparecen borrascas de forma permanente, como la borrasca de Islandia.

Existen, además, otros centros de acción secundarios que afectan a lugares concretos y en determinadas estaciones, y que provocan tipos de tiempo específicos, como las borrascas, la del mar de Liguria o la de Sonora.

Los centros de acción son las regiones manantiales de las masas de aire. Las masas de aire tienen características de temperatura y humedad son homogéneas. Tienen gran extensión lateral, hasta centenares de kilómetros y está separada de otra masa de aire por un frente.

Distinguiremos entre:

Fuentes Internet:

http://club.telepolis.com/geografo/clima/atmosfera.htm

http://www.astromia.com/tierraluna/elemclima.htm

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0151-01/capitulos/cap2.htm

http://centros3.pntic.mec.es/cp.la.canal/clima/clima.htm