Meteorología

I. Introducción

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

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

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

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

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

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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