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Meteorología
El estudio del tiempo
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I.
Introducción
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Meteorología y
Climatología
La meteorología
es la ciencia que se ocupa de los fenomenos que ocurren a corto plazo en
las capas bajas de la atmósfera, o sea, donde se desarrolla la vida de
plantas y animales.
La meteorología estudia los cambios atmosféricos que se producen a cada
momento, utilizando parámetros como la temperatura del aire, su humedad,
la presión atmosférica, el viento o las precipitaciones. El objetivo de
la meteorología es predecir el tiempo que va a hacer en 24 o 48 horas y,
en menor medida, elaborar un pronóstico del tiempo a medio plazo.
La climatología es la ciencia que estudia el clima y sus
variaciones a lo largo del tiempo. Aunque utiliza los mismos parámetros
que la meteorología, su objetivo es distinto, ya que no pretende hacer
previsiones inmediatas, sinó estudiar las características climáticas a
largo plazo.
El clima es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan las
condiciones habituales o más probables de un punto determinado de la
superficie terrestre. Es, por tanto, una serie de valores estadísticos.
Por ejemplo, aunque en un desierto se pueda producir, eventualmente, una
tormenta con precipitación abundante, su clima sigue siendo desertico,
ya que la probabilidad de que esto ocurra es muy baja.
Vea los climas y
temperaturas del mundo [Aquí]
La predicción del
tiempo atmosférico
La
meteorología y la climatología estudian la atmósfera desde varias
perspectivas. Por un lado, describen las condiciones generales del
tiempo atmosférico en una zona y época concretas. Por otro, investigan
el comportamiento de las grandes masas de aire con el fin de establecer
leyes generales respecto a su influencia sobre otros factores.
Finalmente, analizan cada uno de estos factores particulares (temperatura,
presión, humedad, ... ) con el fin de descubrir las leyes que los
gobiernan y poder hacer una previsión del tiempo acertada.
La meteorología tiene diversas aplicaciones prácticas, además de las
evidentes. Por ejemplo, la meteorología aeronáutica se especializa en
todo lo que afecta al tráfico aéreo; la meteorología agraria pretende
predecir las condiciones adecuadas para las distintas labores agrícolas;
la meteorología médica estudia la influencia de los factores
atmosféricos sobre la salud humana.
Los mapas del tiempo
El mapa del tiempo que
podemos ver en el periódico o la televisión es el resultado de siglos de
experiencia. Inicialmente se trataba de simples anotaciones sobre
fenómenos meteorológicos observados en distintos lugares.
Con el tiempo se fueron perfeccionando. La invención de diversos
aparatos de medición (higrómetro, termómetro, barómetro, anemómetro, ...
) hizo proliferar la aparición de estaciones meteorológicas y de
organismos, a nivel regional, nacional e internacional, encargados de
recopilar los datos y organizarlos.
El verdadero avance llegó, sin embargo, en el siglo XX, con la puesta en
órbita de satélites meteorológicos dotados de instrumentos fotográficos
y analíticos cada vez más sofisticados. La informática ha contribuido
enormemente a este avance, ya que los ordenadores son capaces de
procesar muchos datos en poco tiempo y de elaborar modelos climàticos y
de previsiones.
Meteorología, estudio científico de la atmósfera de la Tierra.
Incluye el estudio de las variaciones diarias de las condiciones
atmosféricas (meteorología sinóptica), el estudio de las propiedades
eléctricas, ópticas y otras de la atmósfera (meteorología física); el
estudio del clima, las condiciones medias y extremas durante largos
periodos de tiempo (climatología), la variación de los elementos
meteorológicos cerca del suelo en un área pequeña (micrometeorología) y
muchos otros fenómenos. El estudio de las capas más altas de la
atmósfera (superiores a los 20 km o los 25 km) suele implicar el uso de
técnicas y disciplinas especiales, y recibe el nombre de aeronomía. El
término aerología se aplica al estudio de las condiciones
atmosféricas a cualquier altura.
II. Historia
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Los estudiosos de la
antigua Grecia mostraban gran interés por la atmósfera. Ya en el año
400 a.C. Aristóteles escribió un tratado llamado
Meteorologica, donde abordaba el "estudio de las cosas que han sido
elevadas"; un tercio del tratado está dedicado a los fenómenos
atmosféricos y el término meteorología deriva de su título. A lo
largo de la historia, gran parte de los progresos realizados en el
descubrimiento de leyes físicas y químicas se vio estimulado por la
curiosidad que despertaban los fenómenos atmosféricos.
La predicción del tiempo
ha desafiado al hombre desde los tiempos más remotos, y buena parte de
la sabiduría acerca del mundo exhibida por los diferentes pueblos se ha
identificado con la previsión del tiempo y los almanaques climatológicos.
No obstante, no se avanzó gran cosa en este campo hasta el siglo XIX,
cuando el desarrollo en los campos de la termodinámica y la aerodinámica
suministraron una base teórica a la meteorología. Las mediciones exactas
de las condiciones atmosféricas son también de la mayor importancia en
el terreno de la meteorología, y los adelantos científicos se han visto
potenciados por la invención de instrumentos apropiados de observación y
por la organización de redes de observatorios meteorológicos para
recoger datos. Los registros meteorológicos de localidades individuales
se iniciaron en el siglo XIV, pero no se realizaron observaciones
sistemáticas sobre áreas extensas hasta el siglo XVII. La lentitud de
las comunicaciones también dificultaba el desarrollo de la predicción
meteorológica, y sólo tras la invención del telégrafo a mediados del
siglo XIX se hizo posible transmitir a un control central los datos
correspondientes a todo un país para correlacionarlos a fin de hacer una
predicción del clima.
Uno de los hitos más
significativos en el desarrollo de la ciencia moderna de la meteorología
se produjo en tiempos de la I Guerra Mundial, cuando un grupo de
meteorólogos noruegos encabezado por Vilhelm Bjerknes realizó estudios
intensivos sobre la naturaleza de los frentes y descubrió que la
interacción entre masas de aire genera los ciclones, tormentas típicas
del hemisferio norte. Los posteriores trabajos en el campo de la
meteorología se vieron auxiliados por la invención de aparatos como el
rawinsonde o radiosonda, descrito más adelante, que hizo posible la
investigación de las condiciones atmosféricas a altitudes muy elevadas.
Después de la I Guerra Mundial, un matemático británico, Lewis Fry
Richardson, realizó el primer intento significativo de obtener
soluciones numéricas a las ecuaciones matemáticas para predecir
elementos meteorológicos. Aunque sus intentos no tuvieron éxito en su
época, contribuyeron a un progreso explosivo en la predicción
meteorológica numérica de nuestros días.
III. Observación del
clima
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La mejora en las
observaciones de los vientos a gran altitud durante y después de la
II Guerra Mundial suministró la base para la elaboración de nuevas
teorías sobre la predicción del tiempo y reveló la necesidad de cambiar
viejos conceptos generales sobre la circulación atmosférica. Durante
este periodo las principales contribuciones a la ciencia meteorológica
son del meteorólogo de origen sueco Carl-Gustav Rossby y sus
colaboradores de Estados Unidos. Descubrieron la llamada corriente en
chorro, una corriente de aire de alta velocidad que rodea el planeta a
gran altitud. En 1950, gracias a las primeras computadoras, fue posible
aplicar las teorías fundamentales de la termodinámica y la hidrodinámica
al problema de la predicción climatológica, y en nuestros días las
grandes computadoras sirven para generar previsiones en beneficio de la
agricultura, la industria y los ciudadanos en general.
A. Observaciones desde
la superficie
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Las observaciones hechas a
nivel del suelo son más numerosas que las realizadas a altitudes
superiores. Incluyen la medición de la presión atmosférica, la
temperatura, la humedad, la dirección y velocidad del viento, la
cantidad y altura de las nubes, la visibilidad y las precipitaciones (la
cantidad de lluvia o nieve que haya caído).
Para la medición de la
presión atmosférica se utiliza el barómetro de mercurio. Los barómetros
aneroides, aunque menos precisos, son también útiles, en especial a
bordo de los barcos y cuando se usan junto con un mecanismo de registro
llamado barógrafo para registrar las tendencias barométricas a lo largo
de un cierto periodo de tiempo. Todas las lecturas barométricas
empleadas en los trabajos meteorológicos se corrigen para compensar las
variaciones debidas a la temperatura y la altitud de cada estación, con
el fin de que las lecturas obtenidas en distintos lugares sean
directamente comparables.
Para la observación de la
temperatura se emplean muchos tipos diferentes de termómetros. En la
mayor parte de los casos, un termómetro normal que abarque un rango
habitual de temperaturas es más que suficiente. Es importante situarlo
de modo que queden minimizados los efectos de los rayos solares durante
el día y la pérdida de calor por radiación durante la noche, para
obtener así valores representativos de la temperatura del aire en la
zona a medir.
El instrumento que se
utiliza más a menudo en los observatorios meteorológicos es el
higrómetro. Un tipo especial de higrómetro, conocido como psicrómetro,
consiste en dos termómetros: uno mide la temperatura con el bulbo seco y
el otro con el bulbo húmedo. Un dispositivo más reciente para medir la
humedad se basa en el hecho de que ciertas sustancias experimentan
cambios en su resistencia eléctrica en función de los cambios de humedad.
Los instrumentos que hacen uso de este principio suelen usarse en el
radiosonda o rawisonde,
dispositivo empleado para el sondeo atmosférico a grandes altitudes.
El instrumento más
utilizado para medir la dirección del viento es la veleta común, que
indica de dónde procede el viento y está conectada a un dial o a una
serie de conmutadores electrónicos que encienden pequeñas bombillas (focos)
en la estación de observación para indicarlo. La velocidad del viento se
mide por medio de un anemómetro, un instrumento que consiste en tres o
cuatro semiesferas huecas montadas sobre un eje vertical. El anemómetro
gira a mayor velocidad cuanto mayor sea la velocidad del viento, y se
emplea algún tipo de dispositivo para contar el número de revoluciones y
calcular así su velocidad.
Las precipitaciones se
miden mediante el pluviómetro o un nivómetro. El pluviómetro es un
cilindro vertical abierto en su parte superior para permitir la entrada
de la lluvia y calibrado en milímetros o pulgadas, de modo que se pueda
medir la profundidad total de la lluvia caída. El nivómetro es también
un cilindro que se hinca en la nieve para obtener una muestra. Después
se funde ésta y se mide en términos de profundidad equivalente de agua,
permitiendo con ello que su medición sea compatible con la de las
precipitaciones. Las mediciones de la profundidad de la nieve caída se
efectúan con una regla similar a las reglas comunes.
Los recientes avances
producidos en el campo de la electrónica han ido acompañados de un
desarrollo concomitante en el uso de instrumentos meteorológicos
electrónicos. Uno de estos instrumentos es el radar meteorológico, que
hace posible la detección de huracanes, tornados y otras tormentas
fuertes a distancias de varios miles de kilómetros. Para tales fines, se
usan las ondas de radar reflejadas por las precipitaciones asociadas con
las alteraciones, que sirven para trazar su curso. Otros instrumentos
meteorológicos electrónicos incluyen: el empleado para medir la altura
de las nubes y el que se usa para medir el efecto total del humo, la
niebla y otras limitaciones a la visibilidad. Ambos instrumentos
suministran importantes mediciones para el despegue y aterrizaje de los
aviones.
B. Observaciones en la
atmósfera superior |
Los métodos modernos de
predicción, así como las necesidades de la aviación, exigen que la
medición cuantitativa del viento, la presión, la temperatura y la
humedad se realicen en la atmósfera libre. Estos datos son recogidos hoy
por observadores distribuidos en varios cientos de estaciones dispersas
por todos los continentes (sobre todo en el hemisferio norte) y desde
unos cuantos barcos dispersos por los océanos.
Para las mediciones
rutinarias realizadas en las capas superiores de la atmósfera, los
meteorólogos han desarrollado el rawinsonde
(radio-wind-sounding device) o radiosonda, que consiste en un
instrumento meteorológico ligero capaz de medir la presión, la
temperatura y la humedad equipado con un pequeño transmisor de radio de
alta frecuencia. El instrumento se sujeta a un globo de helio que lo
lleva hasta la atmósfera superior. Las mediciones realizadas por los
instrumentos meteorológicos son transmitidas automáticamente y recibidas
por una estación en tierra. Un radiodetector sigue la dirección del
globo mientras éste es arrastrado por los vientos de las capas
superiores de la atmósfera y, midiendo la posición del mismo en momentos
sucesivos, se puede calcular la velocidad y dirección del viento a
diferentes altitudes.
Para obtener datos sobre
la atmósfera superior se emplean también aviones, en especial cuando los
huracanes o los tifones amenazan con afectar a zonas habitadas. Se sigue
la pista a estas peligrosas tormentas tropicales mediante aviones de
reconocimiento que se envían para localizar el centro u ojo de la
tormenta y realizar mediciones meteorológicas del viento, la temperatura,
la presión y la humedad tanto en el interior como en las cercanías de la
tormenta.
Los métodos convencionales
de observación de la atmósfera superior empiezan a resultar cada vez más
inadecuados para hacer frente a las necesidades de los nuevos métodos de
predicción numérica. Las teorías modernas sobre la circulación
atmosférica hacen cada vez más hincapié en la importancia de la unidad
global de la atmósfera, y produce gran preocupación que existan enormes
regiones oceánicas que permanecen ignotas en la práctica para los
métodos convencionales. Se mantienen, con un coste muy elevado, algunos
barcos meteorológicos, pero disponer de ellos en número suficiente para
lograr una cobertura apropiada, aunque sólo fuera en el hemisferio
norte, tendría un coste prohibitivo.
Uno de los nuevos métodos
de mayor éxito para la observación general de la atmósfera ha sido el
empleo de satélites artificiales. Los satélites que fotografían de forma
automática la Tierra desde órbitas polares, suministran imágenes de los
patrones nubosos y las tormentas, una vez al día, a cualquier estación
meteorológica equipada para recibir sus transmisiones de radio. Casi
todos los servicios meteorológicos importantes del mundo están equipados
para recibir estas imágenes, y los países ribereños de los grandes
océanos se benefician de la capacidad para mantener una vigilancia
continua de las tormentas que amenazan a sus costas. Los sensores de
infrarrojos permiten determinar la temperatura de la parte superior de
las nubes, y de esta forma hacen posible estimar la altitud aproximada
de los sistemas nubosos de la atmósfera. Otros satélites en órbita polar
han demostrado que pueden obtenerse imágenes de alta resolución de los
sistemas tormentosos durante la noche por medio de la luz infrarroja.
Hoy se fotografían de modo continuo los patrones climáticos de más de la
mitad de la Tierra desde satélites situados en órbitas geoestacionarias
sobre puntos predeterminados del ecuador a una altitud de unos 35.400
kilómetros.
Por desgracia, los
patrones fotográficos suministrados por los satélites tienen una
utilidad limitada para los métodos modernos de predicción meteorológica,
que se basan en el empleo de mediciones de la temperatura y la presión
en el interior mismo de la atmósfera. Se están realizando grandes
esfuerzos en la investigación de nuevos métodos para recoger datos sobre
la atmósfera superior en todo el mundo. Una de las propuestas en estudio
es la Técnica de Sondeo Horizontal Global (Global Horizontal Sounding
Technique, GHOST), que combinaría una red general de globos de flotación
libre equipados con instrumentos y los datos obtenidos por los satélites
para recopilar la información necesaria.
C. Circulación de la
atmósfera |
La causa de todos los
movimientos atmosféricos es el calentamiento desigual de la superficie
terrestre por el Sol. La mayor parte del calor y la luz inciden sobre
las regiones ecuatoriales y sólo una pequeña parte va a parar a las
zonas polares. Como consecuencia de las diferencias resultantes en la
temperatura, existe una compleja circulación atmosférica que, como uno
de sus efectos, produce la transferencia de calor desde las regiones más
cálidas hacia los polos.
En los trópicos, la
circulación atmosférica sigue un patrón meridional, llamado célula
tropical de Hadley, en el que el aire desciende en cinturones situados
en torno a los 30º de latitud N y los 30° de latitud S respecto del
ecuador y asciende en las inmediaciones de éste. A baja altitud hay una
deriva general del aire hacia el ecuador, mientras que a mayor altitud
se produce una deriva compensadora hacia los polos, que completa la
célula. Al converger las dos corrientes superficiales hacia el ecuador
desde el Norte y el Sur en un cinturón de bajas presiones llamado de
calmas ecuatoriales, éstas se ven obligadas a ascender, expandirse y
enfriarse. La humedad del aire se condensa formando nubes, que tienden a
producir lluvias frecuentes sobre el área. El cinturón de convergencia
tiende a desplazarse unos cuantos grados al Norte y al Sur con los
cambios de estación. A 30º de latitud N y a 30° de latitud S respecto
del ecuador, los ramales descendentes de la célula se calientan por
efecto de la compresión, y las posibles nubes presentes tienden a
evaporarse. Como resultado, el tiempo es cálido y soleado, y predominan
los climas desérticos. Debido a la rotación de la Tierra, las corrientes
de aire ecuatoriales, llamadas vientos alisios, son desviadas hacia el
Oeste y, por consiguiente, soplan del Noreste en el hemisferio norte y
del Sureste en el hemisferio sur. Las corrientes de retorno, de gran
altitud, tienen a convertirse en vientos del Oeste (en términos
meteorológicos, los vientos se nombran en función de la dirección desde
la que soplan).
A latitudes medias y altas,
los rasgos más notables de la circulación atmosférica son los ciclones y
anticiclones migratorios, y sólo emerge una imagen clara de la
circulación global cuando se obtienen los valores medios de estos
movimientos durante varios días. Esta circulación procede del Oeste en
casi en todo el mundo, y su velocidad aumenta rápidamente con la altitud
hasta unos 23 km, donde la velocidad media del viento puede superar los
160 km/h. La presión a nivel del mar disminuye hacia el Norte desde los
30º hasta los 60º de latitud, donde tiende a producirse un mínimo, y a
los 60º de latitud N se desarrolla un anticiclón poco profundo en el que
prevalecen los vientos del Este.
La circulación media al
Norte de los 30º de latitud tiende a ser fuerte durante el invierno,
cuando se producen las mayores diferencias en temperatura entre las
latitudes altas y bajas. Los cinturones de altas y bajas presiones
situados en los 30º y los 60º de latitud N se desplazan ligeramente con
las estaciones, tendiendo a seguir al Sol hacia el Norte y hacia el Sur.
Los continentes ejercen también una notable influencia sobre el flujo
medio, y sus efectos son sobre todo llamativos en el hemisferio norte,
donde el contraste entre la temperatura de las masas terrestres y la de
los océanos es máxima. Durante el invierno se desarrollan sobre
Norteamérica y Asia anticiclones muy fríos, mientras que en verano
tienden a prevalecer las bajas presiones cálidas. Los sistemas de
vientos estacionales asociados a estos patrones de presión reciben el
nombre de monzones; son muy llamativos en la India y el Sureste
asiático.
Un aspecto notable de la
circulación del Oeste a latitudes medias y altas es la presencia de
vórtices ciclónicos y anticiclónicos que derivan desde el Oeste hacia el
Este y producen cambios en el clima de un día para otro. Los vórtices
que giran en sentido antihorario reciben el nombre de ciclones
extratropicales, y su intensidad tiende a ser máxima durante el
invierno, cuando los contrastes de temperatura son mayores. Estos
ciclones tienden a formarse o a regenerarse a partir de alteraciones
débiles en ciertas áreas, situadas sobre todo a lo largo de las costas
de Norteamérica y Asia, en el hemisferio norte, y también al este de las
barreras montañosas de Norteamérica y el sur de Europa. Las tormentas se
intensifican al ir desplazándose hacia el Este y el Noroeste, y tienden
a alcanzar su desarrollo máximo en las regiones de Islandia y las
Aleutianas. En estas tormentas pueden producirse vientos de más de
160 km/h en mar abierto, y las enormes olas que generan pueden recorrer
miles de kilómetros, dificultando la navegación en otras zonas y
abatiéndose sobre sus costas.
Dentro del flujo dominante
hacia el Este a latitudes medias se encuentra la corriente en chorro,
una banda estrecha de viento del Oeste de alta velocidad que sigue un
curso ondulante de Oeste a Este. Sopla a una altitud media de 12.200 km
en invierno y de 13.700 km en verano. La velocidad del viento de la
corriente en chorro puede llegar a superar los 400 kilómetros por hora.
D. Masas de aire y
frentes
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En torno a los 30º latitud
N y los 30º latitud S y sobre los continentes, suelen ser dominantes en
invierno las altas presiones y los vientos débiles. En estas regiones,
los vientos se dispersan con lentitud en sentido horizontal, y el aire
seco desciende de las alturas para reemplazarlos. Debido al
calentamiento producido por la compresión del aire descendente, los
anticiclones tienden a estar asociados con el buen tiempo, excepto allá
donde el contacto del aire con una superficie fría pueda producir
nieblas o nubes bajas.
La mayoría de las regiones
donde tienden a prevalecer los anticiclones son bastante uniformes en lo
que se refiere a sus características superficiales y, con los lentos
movimientos divergentes, tienden a generarse grandes masas de aire con
características uniformes.
Las masas de aire tropical
marítimo que se forman sobre los océanos a unos 30º latitud N y S,
pueden ser transportadas a miles de kilómetros de distancia, produciendo
periodos de clima inusualmente cálido y húmedo y aportando abundante
agua para la formación de nubes y precipitaciones en latitudes medias y
altas. Otro tipo característico es el aire polar continental. Situadas
sobre las extensiones nevadas de Norteamérica y Asia en invierno, estas
masas de aire se vuelven muy frías, produciendo temperaturas mínimas de
-68 ºC en Siberia y de -63 ºC en Norteamérica.
Las masas de aire tienden
a juntarse para producir zonas de grandes contrastes térmicos. Estas
regiones, que fueron objeto de gran atención por parte de los
meteorólogos suecos en tiempos de la I Guerra Mundial, recibieron el
nombre de frentes y fueron reconocidos como zonas de cambio
climatológico estrechas y altamente activas. Los frentes más notables
tienden a situarse en las inmediaciones de la costa este de Norteamérica
en invierno y en las costas del Pacífico en Asia. Las masas
continentales de aire polar tienden a descender y se extienden por
debajo de las masas tropicales marítimas cálidas. Así pues, las masas de
aire caliente son empujadas hacia arriba, sobre las de aire polar, a lo
largo de las zonas frontales, y se enfrían por expansión, lo que hace
que se condensen, liberando su humedad en forma de precipitaciones.
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