Friday, November 10, 2006

LA CLIMATOLOGIA, UNA CIENCIA DE MUCHA ACTUALIDAD.


CURSO BASICO DE METEOROLOGIA

3ª. Parte del Curso Básico de Meteorología.

22. La nieve
Así como la lluvia cae en gotas más o menos gruesas, la nieve baja en copos más o menos grandes que, examinados al microscopio, presentan una estructura cristalina de variadas formas, aunque lo más corriente es que adopten forma de estrella de seis puntas. La nieve se forma cuando la temperatura es tan baja que el agua adquiere estado sólido. Los copos nacen cuando las gotas, al caer, atraviesan una capa de aire frío, por debajo de cero grados, y cerca del suelo.


Al igual que la lluvia, la nieve también puede formarse a partir de los cristales de hielo que integren una nube. Tan pronto como los cristales comienzan a caer a través de la nube, chocan con las gotitas de nube y con otros cristales de distintos tamaños, uniéndose y formando pequeños núcleos congelados.

En invierno, cuando la temperatura al nivel del suelo es inferior a la de fusión, el conglomerado de cristales de hielo alcanza la superficie terrestre en forma de nieve. Cuando la temperatura es superior a 0° C., la nieve se funde y se convierte en lluvia. A veces ocurre que hay una capa de aire caliente inmediatamente sobre el suelo, a pesar de que la temperatura de éste se halla por debajo del punto de fusión. Por ejemplo, la temperatura de la superficie terrestre y del aire en contacto con la misma puede ser de menos 2° C., mientras que a 1.200 metros de altitud puede haber una temperatura de 3° C. En este caso, cuando los copos de nieve atraviesan la capa donde la temperatura es superior a 0°, se funden y se transforman en gotas de lluvia.

Luego, a medida que éstas continúan cayendo, atravesando la capa más fría, se congelan nuevamente en parte o por entero, para alcanzar el suelo en forma de aguanieve.
Si la capa de aire frío cercana al suelo no tiene suficiente espesor o no es lo bastante glacial como para que las gotas se congelen, éstas llegan a la superficie terrestre como agua sobre enfriada. Al entrar en contacto con los objetos terrestres, mucho más fríos, el agua se solidifica rápidamente, recubriéndolo todo con una capa de hielo de caprichosas y exóticas formas. Esto se conoce como lluvia congelada o helada.


23. El granizo

Se conoce como granizo los granos o corpúsculos de hielo más o menos duros que caen de las nubes. El tamaño de estas partículas oscila, normalmente, entre unos milímetros y dos o más centímetros. Al contrario de la nieve, que se da casi siempre en invierno o regiones heladas propicias, el granizo se produce, generalmente, tanto en verano como en la estación invernal. El mecanismo de esta precipitación violenta de gránulos de hielo está relacionado con las tormentas, principalmente en plena canícula, en la que interviene la convección como elemento esencial en su formación, y con los fenómenos eléctricos. Cuando el tamaño es superior a los 5 mm recibe el nombre de piedra o pedrisco.

El trozo de granizo está constituido por varios cientos de diminutos cristales de hielo. Las capas de hielo opaco están formadas por pequeños cristales y burbujas de aire atrapadas, mientras que las de hielo transparente lo están por cristales grandes.

El porqué los cristales se disponen en capas alternadas, según su tamaño, dando lugar a un trozo de granizo o de piedra, tiene su explicación en la velocidad a la cual se recoge y congela el agua de las nubes. Cuando el granizo cae a través de una región de nubes bajas, e intercepta pequeñas cantidades de agua sobreenfriada, ésta puede congelarse casi instantáneamente, formando la capa opaca. En cambio, si la piedra o granizo acumula grandes cantidades de agua, ésta no puede congelarse de forma instantánea, y más si capta el líquido de las partes más calientes de la nube.

Entonces, el granizo se humedece y el proceso de congelación continúa lentamente, a medida que los cristales grandes crecen y expulsan el aire retenido, dando así origen a la capa transparente.

O sea que la existencia de estas diversas capas se atribuye al hecho de que el granizo es arrastrado muchas veces hacia lo alto de la nube por las fuertes corrientes y elevado de nuevo, como un prolongado torbellino, hasta que alcanza tal tamaño y peso que cae a tierra, al no tener el aire fuerza suficiente para retenerlo por más tiempo prisionero de su alocada vorágine.

Otras veces, el granizo se origina gracias a la presencia de los consabidos cristalitos de hielo. Una vez que éstos comienzan a nacer, el crecimiento se efectúa con mucha rapidez. La mayor parte de las gotas de agua de la nube se ordena alrededor de los mismos, los cuales toman la forma que determinan las condiciones reinantes en el interior de la nube, como ya hemos dicho.

Como los cristales de hielo se agitan turbulentamente, rozan unos con otros, ya uniéndose, ya puliendo sus superficies, convirtiéndose muchas veces en cuerpos esféricos bastante perfectos. Cuando las corrientes ascendentes y descendentes en el interior de la nube de tormenta, son de tal clase y naturaleza que los trozos de granizo suben y bajan varias veces, y, por tanto, el granizo tarda en caer al suelo, es cuando aparecen las piedras de gran tamaño, pues varias gotas y cristales se van acumulando y congelando sobre el gránulo primitivo.

24. El rocío

Existen otro tipo de precipitaciones que, a diferencia de las anteriormente descritas, se puede decir que se originan directamente sobre la superficie terrestre, aunque el proceso de condensación viene a ser el mismo. La más conocida de estas precipitaciones es el rocío, que consiste en la aparición de gotitas de agua sobre los objetos y cuerpos expuestos a la intemperie, principalmente los vegetales.

El rocío se forma a causa de que los cuerpos que, como las plantas, son malos conductores del calor, se enfrían considerablemente en las noches claras y serenas, al emitir gran cantidad de radiación calórica hacia el espacio. Debido a este proceso, las capas de aire en contacto con el suelo y los vegetales se enfrían demasiado, no pudiendo mantener, por tanto, todo el agua en forma de vapor, la cual se condensa en forma de gotitas, siempre que la temperatura sea > 0º C. Estas diminutas gotas, unas veces se depositan directamente sobre los objetos que están en contacto con el aire enfriado, y otras caen desde alturas <1>

Vulgarmente se cree que el rocío sólo se forma en las primeras horas de la noche y madrugada, pero lo cierto es que se produce siempre que la temperatura del suelo desciende lo necesario.
La escarcha.- La escarcha no es el rocío que se hiela, como puede parecer, sino que es un fenómeno independiente. Cuando la condensación del vapor de agua se produce a una temperatura <>


25. Formación de las tormentas

Las tormentas son uno de los fenómenos atmosféricos más espectaculares, y a veces pueden llegar a ser muy virulentas. Estos fenómenos se producen por los cumulunimbus, nubes que se desarrollan cuando la atmósfera está inestable. Se entiende por atmósfera inestable aquella situación en la que se producen importantes movimientos del aire en sentido vertical. Esto pasa cuando el aire es más frío de lo habitual en la parte más alta de la troposfera, lo que suele ocurrir cuando pasa un frente frío o bien en situaciones de bajas presiones.

La formación de la tormenta se desarrolla según el siguiente proceso:
-El calentamiento de la tierra origina una corriente de aire ascendente. Este aire se enfría progresivamente hasta condensarse con la consiguiente formación de pequeños cúmulos.
- A diferencia de las situaciones de buen tiempo, la corriente ascendente no se para y la nube crece rápidamente en sentido vertical.
-El cúmulo continúa creciendo en sentido vertical y está a punto de convertirse en una nube de tormenta. Cuando alcanza la isoterma de los º C, las cargas eléctricas que se han ido generando comienzan a ordenarse dentro de la nube. La parte superior será positiva y la inferior negativa. Además, se comienzan a formar dentro de la nube grandes gotas o partículas de granizo. La fuerte corriente ascendente los mantiene en suspensión.
-El cúmulos se ha transformado ya en un cumulunimbus que puede llegar a tener hasta 10 km de altura. En su parte superior la temperatura puede ser muy baja (-20º C o -30º C). Esto favorece una intensa sobresaturación del aire que origina una gran cantidad de gotas de lluvia o de granizo, algunas de las cuales caerán en forma de precipitación.
-La nube de tormenta se desgasta al desaparecer la corriente ascendente que la alimentaba. La tierra ya se ha enfriado y fuertes corrientes descendentes de viento provocan chubascos de gran intensidad que acaban por deshacer la nube. La tormenta ha acabado y algunas capas de cirrus o cirroestratos serán los únicos restos de este extraordinario fenómeno de la naturaleza.


Las tormentas formadas por convección o por un frente frío suelen tener una duración corta ya que, como hemos visto, cuando la tierra se enfría la tormenta se acaba.
Las depresiones también pueden formar tormentas cuya duración suele ser más larga ya que se acostumbran a formar numerosos cumulunimbus.


En las zonas del litoral también se producen formaciones de tormentas que pueden llegar a ser muy virulentas ya que las corrientes ascendentes tardan mucho en pararse porque el agua del mar se enfría muy lentamente. Y eso hace que se formen nubes de tormenta durante varias horas.

26. Los rayos y los relámpagos

Uno de los hechos más característicos de las tormentas es el acompañamiento a las mismas de fenómenos eléctricos: rayos, relámpagos y truenos.
Durante el transcurso de una tormenta se favorece la formación de iones particulares que confina la atmósfera. Los iones positivos en la parte alta y los negativos en la parte baja de la nube. Además, la tierra también se carga de iones positivos.


Todo ello genera una diferencia de potencial de millones de voltios que acaban originando fuertes descargas eléctricas entre distintos puntos de una misma nube, entre nubes distintas o entre la nube y la tierra: a dicha descarga eléctrica la denominamos rayo. El relámpago es el fenómeno luminoso asociado a un rayo, aunque también suele darse este nombre a las descargas eléctricas producidas entre las nubes.

El trueno.- El calor producido por la descarga eléctrica calienta el aire y lo expande bruscamente y después se contrae al enfriarse, dando lugar a ondas de presión que se propagan como ondas sonoras. Estas ondas sonoras que se propagan a la velocidad del sonido (300 m/s) son el denominado trueno.

Puede determinarse, de una forma aproximada, la distancia en metros a la que se produce la descarga eléctrica, para ello se multiplica por 300 los segundos transcurridos entre el momento de producirse el rayo y el momento que oímos el trueno.

27. El viento - La circulación del aire

La circulación del aire en la atmósfera se realiza por el intercambio de calor que se produce entre los gases o fluidos calientes que ascienden y los gases fríos que descienden. Este trasvase de energía lo llamamos convección. La circulación general atmosférica se produce, pues, por convección.

A causa de la rotación de la Tierra, la circulación de los vientos no es la misma en todos los sitios. En el hemisferio norte, la rotación de la Tierra desvía los vientos de manera que se mueven en el sentido de las agujas del reloj alrededor de un área de alta presión (anticiclón), y en sentido contrario en un área de bajas presiones (depresión o ciclón). En el hemisferio sur los vientos se mueven en sentido contrario.

En las zonas ecuatoriales la temperatura del aire que está más en contacto con la superficie es muy elevada y la presión es baja. Esto provoca que el aire ecuatorial bajo suba hasta la tropopausa, circule hacia el norte o el sur y se vaya enfriando. A causa de este cambio de temperatura y al cambio de presión, el aire desciende hasta las zonas bajas de la troposfera y vuelve al ecuador, cerrando el ciclo. A este ciclo se le llama célula convectiva. Debido al movimiento de la rotación de la Tierra en cada hemisferio se pueden encontrar tres filas de células convectivas.

El viento.-

El viento es aire en movimiento. Este desplazamiento es consecuencia, como ya hemos visto, por las diferencias de presión y temperatura entre distintas zonas. El viento va de las zonas de alta presión a las de baja presión intentando igualarlas. Hay dos parámetros importantes relacionados con el viento: la velocidad, que nos indica si es fuerte o flojo, y su dirección.
La velocidad se mide con el anemómetro, y la dirección con la veleta.


28. Dirección y velocidad del viento

Como ya se ha explicado anteriormente, el viento es el aire en movimiento, el cual se produce en dirección horizontal, a lo largo de la superficie terrestre. La dirección, depende directamente de la distribución de las presiones, pues aquel tiende a soplar desde la región de altas presiones hacia la de presiones más bajas.

Se llama dirección del viento el punto del horizonte de donde viene o sopla. Para distinguir uno de otro se les aplica el nombre de los principales rumbos de la brújula, según la conocida rosa de los vientos. Los cuatro puntos principales corresponden a los cardinales: Norte (N), Sur (S), Este (E) y Oeste (W). Se consideran hasta 32 entre estos y los intermedios, aunque los primordiales y más usados son los siguientes con su equivalencia en grados del azimut:

Ver imagen de la Rosa de los Vientos al inicio de este curso.

29. Las masas de aire - aire polar


Se llama aire polar al originario de las altas latitudes y que, en ocasiones, desciende hasta los trópicos. Este aire, que posee en sus inicios una temperatura muy baja, escasa humedad específica y una gran estabilidad, se calienta en la base durante su desplazamiento hacia el sur, haciéndose cada vez más "inestable", lo que favorece el desarrollo de las nubes de convección, cúmulos y cúmulo nimbos, y cielos "variables" que lo caracterizan, por lo menos en las latitudes medias.

La visibilidad es buena, ya que la débil estabilidad vertical del aire no permite la concentración de humedad. La coloración extremadamente característica del cielo, a menudo verde pálido, permite casi con absoluta certeza, diagnosticar la presencia de una masa de aire frío.

Cuando el desplazamiento hacia el sur de este aire es rápido y directo, se le llama aire polar "directo". En las regiones donde llega sólo a latitudes relativamente bajas después de un trayecto más o menos largo, recibe el nombre de aire polar "indirecto" o de "regreso". Cuando ha efectuado un largo recorrido a través del océano, permitiéndole cargarse de humedad, se convierte en aire polar "marítimo", pero si se ha desecado en un largo recorrido por encima de un continente, se denomina aire polar "continental". En el aire polar indirecto y en el de regreso, se encuentran las características del aire polar directo más o menos atenuadas; la inestabilidad vertical es más débil.

Variaciones de la inestabilidad en el aire polar.-

Todas las causas que comportan un descenso de la temperatura en las capas inferiores de la atmósfera favorecen la disminución o desaparición de la inestabilidad, porque dichas causas disminuyen el gradiente térmico vertical de la masa de aire polar. Inversamente, las que aumentan su gradiente térmico vertical provocan un incremento de la inestabilidad.

Por ejemplo:
-En el aire frío, por la noche, la nubosidad disminuye y a menudo desaparece, puesto que bajo la acción de la radiación se enfrían las capas inferiores de la atmósfera. Esto explica la debilitación de las "colas" por las noches.
-Durante los períodos fríos, particularmente en invierno, los chaparrones son más numerosos en el mar y en las regiones costeras que sobre los continentes; la película de aire continental que los recubre provoca un suficiente descenso de temperatura en las capas bajas del aire polar, barriéndolas para que la inestabilidad resulte imposible. Esto explica la ausencia casi absoluta de "cola" en invierno en las zonas continentales.
-En verano aumenta la inestabilidad en los continentes fuertemente recalentados, mientras que es casi nula en el mar. Esto permite explicar las diferencias de estructura de las "colas" de los sistemas nubosos entre el mar y el continente.


Aire tropical.-

Es originario de las latitudes tropicales y llega frecuentemente hasta las latitudes medias. Este aire, desplazándose hacia el norte, se enfría por su base y se vuelve cada vez más "estable". Por razón de su gran estabilidad, a su llegada a las regiones templadas va acompañado de nieblas, brumas o nubes estratificadas, (estratos o estratocúmulos), seguidas muy a menudo de lloviznas.

Si el aire tropical es de origen marítimo, posee una gran humedad específica, aportando nubes tormentosas. Si es seco (aire tropical sahariano), faltan las formaciones nubosas. En ambos casos, la visibilidad es escasa porque la gran estabilidad del aire permite la concentración de humedad a muy baja altitud.

La variación diurna de la nubosidad y las precipitaciones en el aire tropical es inversa a la de los mismos elementos en el aire frío; se observa, efectivamente, un mínimo durante el día y un máximo por la noche. Entre el aire polar directo y el aire tropical típico, se encuentran masas de aire que presentan características intermedias. Una misma masa de aire puede presentar alternativamente las de aire polar y aire tropical, puesto que estos caracteres dependen de la trayectoria seguida (por ejemplo, contorneando por el sur el anticiclón atlántico).

Aire ártico.-

Merece unas observaciones particulares: originario del Océano Ártico, tiene siempre, por su fuerte densidad, un gran espesor, comprendido entre los 3 y 5 km. La base de su estratosfera desciende a veces por debajo de los 6 km. El aire ártico es particularmente inestable. Posee además propiedades eléctricas particulares y provoca casi siempre chaparrones y tormentas con granizo, lluvia o nieve. Las masas de aire ártico van siempre acompañadas de grandes descensos de temperatura y de tempestades, a consecuencia de la turbulencia térmica y del incremento de la turbulencia dinámica. Van seguidas en general de una brusca subida del barómetro una vez pasado el frente. La visibilidad suele ser óptima, superior a los 30 km.

30. Superficies de discontinuidad

Las diversas masas de aire troposféricas no se desplazan a la misma velocidad, y además sus densidades son distintas. Generalmente están separadas por zonas de transición más o menos anchas, denominadas superficies de discontinuidad, o simplemente "frentes", marcados por las superficies en cuestión, de los cuales los más importantes son, para el Atlántico Norte y Europa:

-El frente polar, que separa las masas de aire polar del aire tropical.
-El frente ártico, que separa las masas de aire polar del aire ártico.


Están constituidas por una sucesión de frentes cálidos y frentes fríos. La capa de transición corresponde a una zona de mezcla entre las dos masas de aire, mezcla provocada por un efecto de turbulencia a lo largo de la superficie de discontinuidad. Dicha turbulencia tiende a mezclar las dos masas de aire, provocando, en ausencia de causa conservación del frente, la lenta desaparición del mismo.

Centros de presión.-

Tal como ya se vio anteriormente, en las zonas de baja presión el aire es cálido y, por tanto, al ser más ligero asciende. Esto hace que el aire de las zonas circundantes se desplace en superficie hacia el centro de las zonas de baja presión para llenar el vacío creado por el aire que se eleva. El aire que asciende se condensa formando nubes que provocan precipitaciones. Es una zona de "mal tiempo".

Por el contrario, en las zonas de alta presión el aire es más frío y pesado, baja de las partes más altas de la troposfera y hace un desplazamiento en superficie que le aleja del centro de altas presiones. En este caso, el aire que desciende se calienta progresivamente y apenas se forman nubes. Es una zona de "buen tiempo".

Por otra parte hay que tener en cuenta el efecto de la rotación de la Tierra, que hace que estos desplazamientos se desvíen siguiendo una curva.

En el hemisferio Norte:
-En las zonas de los anticiclones el viento gira en el sentido horario.
-En las zonas de las depresiones el viento gira en el sentido antihorario.


En el hemisferio Sur se produce el fenómeno inverso.
Si la Tierra no se moviera, el viento seguiría una trayectoria rectilínea de las zonas de alta presión a las de baja presión.