1.1 SISTEMAS METEOROLOGICOS – MASAS DE AIRE
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Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo 1.1 SISTEMAS FRENTES METEOROLOGICOS – MASAS DE AIRE Y La representación más significativa del tiempo atmosférico como resultado de las diversas variables meteorológicas es el campo de la presión. Este campo, representado en un mapa meteorológico mediante sus isóbaras, constituye las depresiones, anticiclones, vaguadas, dorsales, etc., o sistemas meteorológicos, los cuales están asociados con el movimiento del aire denominado circulación atmosférica. Ahora bien, ese gran movimiento de masas aéreas, depende en gran medida de la diferencia entre las propiedades físicas del aire. Es decir, las variables significativas, presión, temperatura, humedad, son interdependientes y responsables del comportamiento de la masa aérea. Se presenta de este modo un modelo que podría ser estrictamente dinámico, con objeto de estudiar el movimiento de la atmósfera. Sin embargo, al considerar y superponer el resto de las variables atmosféricas, es decir las características físicas del aire, el modelo se complica, debiendo entrar en el estudio cuestiones termodinámicas. La atmósfera, lejos de ser homogénea, esta dividida en cuerpos o masas de aire, las cuales se diferencian entre ellas atendiendo a las características termodinámicas, fundamentalmente su temperatura y humedad. En el seno de una masa de aire, estas magnitudes varían muy poco, siendo sin embargo acusadas sus diferencias de una masa a otra. Los sistemas meteorológicos se definen determinando las masas de aire que lo componen, es decir se necesitará conocer tanto la circulación hidrodinámica de la masa de aire y su comportamiento termodinámico. La circulación hidrodinámica queda caracterizada mediante el trazado isobárico, el cual refleja los campos de presión y viento derivado. El aspecto termodinámico se caracteriza definiendo las distintas masas de aire que componen los sistemas meteorológicos, lo cual se realiza trazando los límites que las separan, conocidos como frentes. Concretando, en los mapas meteorológicos se podrán ver dos clases de líneas: Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo • • 1.2 Isóbaras, que caracterizan el concepto hidrodinámico. Frentes, que separan las distintas masas de aire y que caracterizan el concepto termodinámico. EL TIEMPO Y LOS FENOMENOS DINAMICOS ASOCIADOS Los sistemas meteorológicos son síntesis de los campos de presión, temperatura, viento, etc., que evolucionan, desplazándose, intensificándose o debilitándose, originando el tiempo atmosférico. Considerando los fenómenos dinámicos y termodinámicos que se superponen y se influyen mutuamente, se puede decir que las masas de aire frío se caracterizan desde el punto de vista termodinámico por desarrollar nubosidad cumuliforme, con chubascos y viento racheado. Es decir, una masa de aire frío, desde este punto de vista está constituida por aire inestable. Ahora bien, si a esa masa de aire, considerada desde el punto de vista termodinámico, le asociamos el campo bárico que la caracteriza, se podrán presentar los siguientes casos: • • El campo bárico asociado presenta curvatura anticiclónica1: Esto provoca que las características termodinámicas de la masa de aire se modifiquen de tal forma que la nubosidad disminuye, haciéndose nula o reduciéndose a estratocúmulos, sin desarrollo vertical, no se producen precipitaciones, disminuyendo la inestabilidad de forma apreciable. El campo bárico asociado presenta curvatura ciclónica2: Esto provoca que se acentúe la inestabilidad, desarrollándose nubes tipo cumulonimbo y apareciendo tormentas. De este modo, las características puramente físicas de la atmósfera pueden ser influenciadas por el comportamiento dinámico de la misma. Y a la inversa, los fenómenos dinámicos asociados a ciertas configuraciones del campo isobárico se producen como consecuencia de las discontinuidades o superficies de separación entre dos masas de aire, generalmente una fría y otra cálida. Dentro de estas discontinuidades, destacar los frentes, que separan aire frío polar del cálido tropical, como generadores de ciertos fenómenos dinámicos y de modificación del campo isobárico que estudiaremos más adelante. Esos fenómenos dinámicos son los que se presentan ante nosotros como mal tiempo. 1 2 Con la concavidad de las isobaras hacia las altas presiones. Con la concavidad de las isobaras hacia las bajas presiones. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Otras discontinuidades que podemos considerar, además de los frentes, son la superficie de separación en las gotas frías, formadas, en los niveles altos, por aire muy frío rodeado completamente por aire cálido, y que dan lugar a mal tiempo continuado; también la periferia de un ciclón tropical separa el aire cálido de éste, del más frío que le rodea. Una discontinuidad muy importante en la ciclogénesis de ciertas borrascas es la corriente en chorro que sirve de frontera entre el aire cálido que hay en su parte derecha del frío que existe en su izquierda. Todas estas discontinuidades y el campo determinan el tiempo meteorológico existente. 1.3 isobárico asociado MASA DE AIRE Las propiedades físicas de la atmósfera varían bastante de unas zonas a otras. Se puede decir que la atmósfera está dividida en distintos volúmenes que tienen las mismas propiedades físicas y que se diferencian de los otros adyacentes. Cada uno de estos volúmenes con las mismas propiedades físicas, fundamentalmente temperatura y humedad, se denomina masa de aire. Estas propiedades se mantienen más o menos homogéneas, dentro de la masa de aire, en sentido horizontal ya que en el vertical aquellas magnitudes varían rápidamente con la altura, aunque esta variación vertical de las propiedades físicas es uniforme o casi uniforme dentro de una misma masa de aire, con lo que se registran valores constantes o casi constantes de temperatura y humedad a distintos niveles. Las masas de aire se mueven de unas regiones a otras, trasladándose desde su lugar de origen de acuerdo a las leyes de la circulación general de la atmósfera. Al hacerlo, modifican sus propiedades al pasar por regiones con otras propiedades físicas distintas a las que inicialmente tenía la masa de aire. Las masas de aire se pueden clasificar desde un punto de vista geográfico o desde un punto de vista termodinámico. Desde el punto de vista geográfico se clasificarán las masas de aire dependiendo de la situación de sus regiones de origen o regiones manantial. Se tendrán así: Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo • • • • Aire Aire Aire Aire ártico (A). polar (P). tropical (T). ecuatorial (E). Es necesario realizar una subdivisión, salvo en el aire ecuatorial, entre aire marítimo (m) o continental (c), dependiendo que la región manantial esté situada sobre el océano o sobre un continente. El punto de vista termodinámico identifica las masas de aire cuando abandonan su región manantial, distinguiendo masas frías (k) cuando tienen una temperatura inferior a la de la superficie sobre el que se mueven y masas cálidas (w), con temperaturas superiores a la de la superficie sobre la que circulan. De acuerdo a lo anterior, una masa de aire se identificaría con tres letras, las dos primeras responden al criterio geográfico y la tercera al termodinámico. Mientras no abandonen sus regiones manantiales, la Organización Meteorológica Mundial, se distinguen las siguientes masas de aire: DESIGNACIÓN CARACTERISTICAS IDENTIFICACIÓN Aire ártico marítimo Aire ártico continental Aire polar marítimo Aire polar continental Aire tropical marítimo Aire tropical continental Aire ecuatorial mA cA mP cP mT cT E Muy frío y húmedo Muy frío y seco Fresco y húmedo Frío y seco Templado y húmedo Cálido y seco Cálido y muy húmedo Cuando las anteriores masas de aire abandonan sus regiones manantial se convertirán, desde el punto de vista termodinámico, en frías o cálidas. De esta forma, una masa de aire cuya región manantial fuese la zona central del océano Atlántico y se moviese hacia el sur, a zonas ecuatoriales, sería aire tropical marítimo frío (mTk). 1.4 MASA DE AIRE FRIO Las características de una masa de aire determinan lo que se conoce como tiempo de masa de aire, mientras que las características de los límites de esa masa de aire determinan lo que se conoce como tiempo frontal. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Ya se dijo que las dos propiedades físicas más importantes en una masa de aire son la humedad y la distribución vertical de la temperatura. Teniendo en cuenta esta última, una masa fría se caracteriza por su inestabilidad ya que el contacto con la superficie sobre la que se mueve dará lugar a que sus capas bajas, las que entran en contacto con el suelo, se vayan calentando y aparecerá, así, un fuerte gradiente vertical de temperatura que provocará movimientos convectivos del aire. Cuanto mayor sea el contenido de humedad que tiene o adquiere la masa de aire en su traslado la inestabilidad será mayor ya que los movimientos convectivos provocarán condensación y formación de distintos tipos de nubes de desarrollo vertical, tanto mayores cuanto mayor sea el contenido en vapor. Las masas frías, que son muy estables en sus regiones manantiales ya que descansan sobre suelos muy fríos, son altamente inestables cuando se trasladan a regiones más cálidas, produciéndose en su seno vientos racheados y turbulentos debido a los fenómenos convectivos, con precipitaciones en forma de chubascos, buena visibilidad debido a la agitación vertical del aire que limpia las capas bajas, con nubosidad de desarrollo vertical, tipo cúmulos o cumulonimbos. Son masas de aire frío, por ejemplo, las masas árticas o polares cuando descienden hacia latitudes más templadas. 1.5 MASA DE AIRE CALIDO Son masas de aire muy estables ya que al descansar sobre superficies más frías disminuye el gradiente térmico vertical bloqueándose cualquier fenómeno convectivo. Debido a lo anterior, los viento en su seno son de intensidad constante, no produciéndose rachas, la visibilidad suele ser regular o mala ya que la ausencia de procesos convectivos evitarán una limpieza de las capas bajas, con nieblas frecuentes, la nubosidad será de tipo estratiforme al no haber movimientos ascendentes del aire, con estratos, estratocúmulos o nimbostratos, generalmente abundante, produciéndose lluvias constantes y ligeras o moderadas. La tabla a continuación muestra las características más importantes de las masas de aire frías y cálidas. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo MASA ESTABILIDAD Fría Inestable VIENTO Racheado VISIBILIDAD Buena NUBOSIDAD PRECIPITACIONES Cumuliforme Chubascos (Cu, Cb) Cálida Estable Constante Mala a regular Estratiforme (St, Sc, Ns) Lluvia o llovizna continua Fig.76 Comportamiento de las masas de aire en su traslado sobre el mar 1.6 REGIONES MANANTIALES DE MASAS DE AIRE Para que una determinada región pueda ser considerada como región manantial debe de poseer unas características suficientemente homogéneas, en una zona extensa, que dejen impronta en un volumen importante de la masa de aire que descansa sobre ella. La divergencia favorece la uniformidad de la temperatura de una masa de aire, por lo que las zonas con anticiclones3 permanentes serán buenas regiones manantial. Por otro lado, para que el suelo y sus características de temperatura y humedad puedan pasar a la masa de aire, ésta debe permanecer sobre aquél un tiempo suficientemente largo. Concretando, deberemos buscar regiones manantiales de masas de aire en zonas en las que ésta permanezca el suficiente tiempo para que se transmitan las propiedades uniformes en áreas extensas y con una divergencia acusada en el aire que las forma. Estas características se encuentran en los anticiclones permanentes, que suelen encontrarse en las zonas glacial o templada y, dentro de cada 3 En un anticiclón el aire diverge desde el centro hacia la periferia. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo una, sobre océanos o continentes, generando de esta forma las distintas masas de aire que ya se han clasificado anteriormente. Vamos a ver de manera breve las distintas regiones manantiales en el hemisferio norte: • • • • • • • Aire ártico marítimo: Situada entre Groenlandia y Alaska, en la parte marítima del anticiclón ártico, tanto en verano como en invierno. Aire ártico continental: Situada sobre Siberia y el norte de Rusia, en la parte continental del anticiclón ártico, tanto en verano como en invierno. Aire polar marítimo: Situada entre Islandia y Canadá, en la zona atlántica, sobre los 50º N, y desde el sur de la costa occidental de Alaska y Japón y Filipinas en invierno, retrocediendo en latitud en verano. Aire polar continental: Generada en los anticiclones fríos de invierno sobre Norteamérica, abarcando Canadá y zona septentrional de EE.UU y Siberia, abarcando hasta el Himalaya. Estos anticiclones desaparecen en verano con lo que las regiones manantiales de aire polar continental quedan muy reducidas retrocediendo hacia latitudes muy altas. Aire tropical marítimo: Generada en los anticiclones permanentes que se encuentran en el Pacífico y en el Atlántico. Estos anticiclones son menos extensos en invierno que en verano y producen masas de aire cálido y húmedo que llegan a latitudes más altas. Aire tropical continental: Generada en invierno en la zona norte de África y extendiéndose en verano hasta el sur de Europa, Arabia y Asia Central. La zona suroeste de los EE.UU también genera aire tropical continental. Aire ecuatorial: Generada en el cinturón ecuatorial que rodea la Tierra en latitudes cercanas al Ecuador, zona predominantemente marítima, con lo que la masa de aire que descansa sobre esta región tiene un alto contenido en humedad y debido a la elevada temperatura de la capa en contacto con el suelo, es altamente inestable. Viento (dirección) Viento (intensidad) Nubosidad AIRE TROPICAL Marítimo Continental W a SW SE Fuerte St, Sc, Ns Moderado a fuerte St, Sc, As AIRE POLAR Marítimo Continental W a NW Componente E Moderado Moderado a fuerte Cu, Cb, Ac Cu, Sc, Ac AIRE ARTICO Marítimo Continental N a NW N a NE Moderado Fuerte Cu, Cb, Ac Cu, Sc Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Visibilidad Hidrometeoros 1.7 Menos de 4 km Niebla, lluvia, llovizna 10 km Niebla, llovizna. En verano poco nuboso Más de 10 km Chubascos. Lluvia 10 a 30 km 50 km 20 a 50 km Nieve intermitente. Cielos con claros Chubascos de nieve Nieve y ventisca EVOLUCION DE LAS MASAS DE AIRE Al trasladarse desde sus regiones manantiales a otras, las masas de aire modifican sus propiedades al entrar en contacto con suelos que tienen características diferentes a aquellas que tenían sus lugares de origen. En suma, las masas de aire evolucionan cuando se trasladan desde sus regiones manantial. Hay dos factores importantes que afectan al ciclo evolutivo de la masa de aire: • • 1.8 Los lugares que recorre la masa de aire: En este sentido, la masas de aire puede pasar por suelos que estén más calientes o más fríos que los de la región manantial, con lo que la masa se calentará o se enfriará; también podrá pasar por regiones oceánicas o continentales, con lo que la masa de aire aumentará o disminuirá su contenido de humedad. El tiempo que hace que la masa de aire abandonó su región manantial, distinguiéndose así masas de aire jóvenes y masas de aire envejecidas. Las modificaciones de las características físicas sobre una masa de aire siempre son más intensas sobre una masa joven ya que las masas envejecidas habrán cambiado ya tanto sus características iniciales que, probablemente, se hayan convertido en masas distintas en cuanto a sus propiedades de temperatura y humedad. DIVERGENCIA Ya se han visto las características fundamentales de las distintas masas de aire, con lo que ahora se deberán estudiar los fenómenos que se producen en sus fronteras con objeto de conocer el denominado tiempo frontal, que debido a las bruscas variaciones de las características físicas que se producen entre unas masas y otras, suele ser más espectacular que el tiempo de masa. También se ha comentado que las masas de aire son zonas de divergencia, con lo que la zona frontal, entre dos masas de aire, será una zona de convergencia. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo El concepto hidrodinámico de divergencia de un fluido tiene que ver con la velocidad de dicho fluido. Supongamos un volumen de masa aérea inmersa en una corriente de aire. Cuando la velocidad del aire que entra es mayor que la velocidad del aire que sale habrá acumulación de masa dentro de aquel volumen. A este fenómeno se denomina divergencia negativa o convergencia. Cuando la velocidad del aire que entra es menor que la velocidad del aire que sale habrá disipación de masa dentro de aquel volumen. A este fenómeno se denomina divergencia positiva. Fig. 77 Divergencia Fig. 78 Convergencia En las figuras anteriores se pueden observar casos de divergencia y de convergencia, en un punto, en un recinto ideal o tal como aparecería en los mapas meteorológicos. Es evidente que en las áreas donde se produzca convergencia, se presentarán corrientes de aire ascendente, que permita escapar hacia arriba la acumulación de masa, mientras que en las áreas donde se Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo produzca divergencia habrá corrientes descendentes, que equilibren la disipación de masa producida. Como las regiones manantiales de masas de aire son zonas divergentes, anticiclónicas, la frontera entre dos masas de aire será una zona de convergencia. Si las dos masas de aire tienen propiedades físicas diferentes, esa zona de convergencia se convierte en un frente. Si las masas de aire tienen las mismas características de temperatura y humedad4, la discontinuidad entre ambas masas solo será una línea de convergencia. La línea de convergencia más importante que hay en la Tierra es la llamada zona de convergencia intertropical (ITCZ), que separa el aire ecuatorial del hemisferio norte del aire ecuatorial del hemisferio sur. Esta zona de convergencia se genera debido al enorme calentamiento que se produce en la zona ecuatorial que hace que la masa de aire en dicha zona ascienda, con lo que se crea una afluencia de masa de aire de las zonas adyacentes para mantener el equilibrio de masa. Se forman así los alisios en ambos hemisferios. La distribución de la ITCZ varía con la estación del año y la posición de los océanos y continentes. 1.9 ZONA FRONTAL. SUPERFICIE FRONTAL. SEPARACIÓN ENTRE MASAS DE AIRE FRENTES Y La zona que separa dos masas de aire de características diferentes que se ponen en contacto es un área donde se producen cambios bruscos de propiedades físicas. A esta zona se le denomina zona frontal. Podemos pensar en esas zonas como superficies que separan masas de aire adyacentes y a través de las que se producen los cambios de propiedades, mezclándose ambas masas. A estas superficies se les denominan superficies frontales. La masa de aire caliente, poco densa y ligera, se situará siempre por encima de la masa de aire frío, más densa y pesada, por lo que las superficies frontales nunca serán paredes verticales separadoras sino que mantendrán una pendiente que variará entre 1/30 y 1/200 y por tanto con ángulos de inclinación muy pequeños. La intersección de la superficie frontal con el suelo se denomina frente. 4 Por ejemplo, las masas de aire ecuatorial del hemisferio norte y sur. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Fig. 79 Superficie frontal De forma general, la zona de separación entre dos masas de aire es una zona de convergencia, como ya se dijo. De esta forma, dentro de cada masa de aire, el viento presentará una componente perpendicular a la superficie frontal. Cuando las dos masas tienen características físicas diferentes, la discontinuidad entre ambas es un verdadero frente, produciéndose en esa zona frontal los fenómenos meteorológicos característicos del tiempo frontal, más o menos intensos dependiendo de la actividad del frente que, fundamentalmente será función de los contrastes termodinámicos entre las masas de aire y de la mayor o menor convergencia de vientos. Hay veces que entre las masas de aire no hay convergencia de vientos, los cuales circulan en ambas masas de forma paralela pero en sentidos opuestos. Se produce entonces un efecto cizalladura, con frentes de muy poca actividad. La separación entre estas masas de aire no constituye una superficie frontal verdaderamente sino una simple separación entre masas de aire. Concretando, en la zona de contacto entre masas de aire se pueden producir los siguientes efectos: • • • Convergencia entre dos masas de aire que tienen las mismas propiedades físicas y por tanto no hay contraste térmico. La zona de contacto constituye una línea de convergencia. Hay contraste térmico entre las masas de aire pero no hay convergencia, sino simplemente cizalladura. La zona de contacto constituye una separación de masas de aire. Hay contraste térmico y convergencia. La zona de contacto constituye un frente. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo 1.10 FRENTES FRIOS Y CALIDOS Una superficie de discontinuidad en el campo de la temperatura asociada a una línea de convergencia en el suelo son condiciones necesarias y suficientes para que exista un frente. A lo largo de esa superficie de discontinuidad las dos masas de aire que la bordean se ponen en contacto violentamente, dando lugar a los fenómenos meteorológicos denominados tiempo frontal. La superficie de discontinuidad, y por tanto los frentes, separan una masa de aire fría de una masa de aire cálida que remonta sobre la cuña fría. Los frentes se recurvan y se ondulan, tanto más cuanto más activos son y se trasladan a velocidades tanto mayores cuanto más fuertes son los vientos que convergen hacia ellos. Un frente frío se produce cuando el aire frío desplaza al aire cálido, introduciéndose como una cuña por debajo de éste. Un frente cálido se produce cuando el aire cálido desplaza al aire frío, remontando el aire cálido sobre la cuña fría. Hay frentes denominados estacionarios, que son muy poco activos y en los que no hay desplazamiento de masas de aire, es decir, no deja de ser otra cosa que una zona de separación de masas de aire, con poca o nula convergencia. En los frentes activos la convergencia es fuerte, produciéndose siempre un ascenso de masa cálida sobre fría. En los frentes cálidos la masa cálida remonta de forma espontánea sobre la cuña fría. Al ascender, la masa de aire alcanzará el nivel de condensación y las nubes del frente cálido ocuparán una gran extensión desde ese nivel. Los topes de las nubes están muy altos, entre los 6.000 y los 8.000 metros. Al producirse el ascenso de forma suave y espontánea, sobre una cuña fría, las nubes serán de tipo estratiforme, presentándose familias de nubes unas junto a otras, al ir variando la altura, según la masa cálida va ascendiendo la rampa fría. La primeras nubes que se encontrarán antes de la llegada del frente propiamente dicho, serán Ci, después llegarán los Cs, As y Ns. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Fig. 80 Frente calido En los frentes fríos la masa fría empuja, irrumpiendo en cuña por debajo, la masa cálida y obliga a ésta a ascender de forma violenta y prácticamente vertical. Esta subida rápida y casi vertical da lugar a que cuando la masa de aire alcance el nivel de condensación se generen nubes de desarrollo vertical, tipo cumuliforme, fundamentalmente Cb. Fig. 81 Frente frío En los frentes cálidos, la superficie frontal se extiende a lo largo de hasta 600 km, pudiendo incluso extenderse hasta los 1.400 ó 1.500 km, apareciendo inicialmente nubes tipo Ci, y aumentando posteriormente el espesor de las formaciones nubosas, con Cs, As, Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo donde empiezan a aparecer las primeras lloviznas, que se convertirán en lluvias cuando llegan los Ns. Los frentes fríos, por su propia formación de aire frío en cuña que provoca la violenta ascensión vertical de aire cálido, son de una extensión mucho menor, aproximadamente unos 300 km. Las nubes formadas son Cb, Ac, Cu y las lluvias son fuertes, de carácter tormentoso. TIPO FRENTE FRIO FORMACIÓN Aire frío desplaza al cálido y lo obliga a subir (desplazamiento pasivo) CALIDO Aire cálido sube por encima de una cuña fría (desplazamiento activo) TIEMPO PENDIENTE MOVIMIENTO Localizado en las proximidades del frente Acusada (1/30 a 1/100) Se extiende desde el frente hasta incluso 1.500 km por delante de él Suave (1/100 a 1/200) El frente se retrasa por rozamiento y se abomba la superficie frontal produciéndose turbulencia El frente se retrasa por rozamiento produciéndose una vesícula fría a poca altura que produce nieblas antes del frente 1.11 RESBALAMIENTO Y SUBSIDENCIA Se dijo que todo frente supone convergencia en las capas bajas ya que se produce una ascensión del aire cálido sobre el frío. Puede sucre, sin embargo, que haya masa de aire descendente a lo largo de la superficie de separación de dos masas de aire. Esto implicara divergencia en las capas baja y convergencia en las altas. A estas superficies se les denomina superficies de subsidencia o con resbalamiento hacia abajo. Por el contrario, los frentes serían superficies de resbalamiento hacia arriba. Hay veces, en los frentes fríos, que en los niveles altos se producen ligeros fenómenos de subsidencia que amortiguan la ascensión del aire cálido. Estos frentes se denominan frentes fríos pasivos y se producen cuando la componente del viento, que es perpendicular a frente y la superficie frontal, crece con la altura. De esta forma el frente no obliga a ascender a la masa cálida de una manera tan violenta ya que en capas altas se produce una especie de taponamiento provocado por la subsidencia. El frente resulta así de poca actividad, aunque si el aire cálido es inestable, con elevada Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo temperatura y alto contenido en humedad, se produce lo que se conoce como línea de turbonada, que precede al frente frío y es mucho más activa que él, apareciendo una línea de Cb, produciéndose chubascos fuertes y tormentas. Cuando la componente de viento perpendicular a la superficie frontal disminuye con la altura, el frente frío será activo, ya que no se producirá subsidencia en altura, no existirá línea de turbonada y el tiempo en el frente será tanto más violento cuanto mayor sea la inestabilidad de la masa de aire cálido obligada a ascender. En términos generales las superficies de subsidencia solo aparecen de forma completa en los anticiclones. El resbalamiento hacia debajo de la masa de aire puede ser activo, a lo largo de la superficie de separación de masas de aire, o pasivo, al hacer retroceder al aire frío situado debajo. De cualquier modo, los fenómenos de subsidencia dan lugar a estabilidad y buen tiempo. SUPERFICIES DE RESBALAMIENTO HACIA ARRIBA (FRENTES) HACIA ABAJO (SUBSIDENCIA) CALIDO FRIO ACTIVA PASIVA Generalmente Activo: Pasivo: Aire superior fluye Aire superior fluye activo, con El viento El viento activamente hacia hacia abajo por pendientes madias decrece crece abajo retroceso del aire entre 1/100 a con la con la inferior 1/200 altura altura Pendientes madias Pendientes medias entre 1/400 a 1/500 entre 1/30 a 1/100 1.12 FRONTOGENESIS Y FRONTOLISIS Todos los fenómenos meteorológicos que dan lugar a la constitución, o a la regeneración, de un frente se denomina frontogénesis. Por el contrario, las causas que dan lugar a la desaparición, o debilitamiento, de un frente se denomina frontolisis. Para que la frontogénesis o la frontolisis sucedan se deberán producir cambios en el campo de las temperaturas e hidrodinámica de la atmósfera. De esta forma, la frontogénesis se producirá cuando la temperatura atmosférica se modifique de forma que las isotermas se aproximen entre si, dando lugar a que se generen las diferencias de temperatura necesarias para exista un frente. Por el contrario, la frontolisis necesitará de una modificación térmica que de lugar a una separación de las isotermas, disminuyendo así las diferencias de temperatura entre las masas de aire. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Cualquier movimiento de la atmósfera podrá descomponerse en otros movimientos básicos que son: • • • • Traslación: Representada en un mapa isobárico por isóbaras rectas y paralelas. Rotación, que puede ser ciclónica o anticiclónica: Representada en un mapa meteorológico por las isóbaras de una borrasca o de un anticiclón respectivamente. Divergencia, que puede ser positiva o negativa (convergencia): no tiene representación en un mapa meteorológico isobárico. Deformación: representada en un mapa meteorológico por las isóbaras alrededor de un collado (punto neutro). Ni la traslación ni la rotación pueden dar lugar a fenómenos de frontogénesis o de frontolisis, siendo el único movimiento que da lugar a aquellos fenómenos la deformación. Supongamos, por tanto, un collado isobárico o campo de deformación, en el que, la masa de aire se moverá siguiendo isóbaras aproximadamente hiperbólicas, dando lugar a corrientes de aire enfrentadas, a lo largo de un eje denominado eje de contracción (eje CC) y bifurcadas a lo largo de otro eje denominado eje de dilatación (eje DD). Si sobre este modelo hidrodinámico se superpone el campo térmico, con isotermas crecientes de valores T1, T2, T3,……, etc., y teniendo en cuenta que cada partícula traslada consigo su temperatura, dichas isotermas serán arrastradas por el campo hidrodinámico. De acuerdo a la argumentación anterior una partícula como la P1, perteneciente a la isoterma T5, se verá arrastrada hacia el centro del collado mientras que una partícula P2, perteneciente a la misma isoterma, se alejará de dicho centro. Debido a lo anterior, la isoterma T5 presentará una tendencia a situarse paralela al eje de dilatación y a acercarse a él. Aplicando el mismo supuesto a las demás isotermas, el resultado final producirá un acercamiento de las mismas, con un aumento de la diferencia térmica a lo largo del eje de dilatación, que no deja de ser otra cosa que una discontinuidad que puede producir un frente. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Fig. 82 Campos de deformación y frontogénesis En la figura a continuación se observa lo que podría ser un caso real de frontogénesis en un mapa isobárico. Las flechas de color azul muestran la dirección y sentido de las corrientes de aire, coincidiendo de forma sensible con las isóbaras y dando lugar a convergencia en la parte central del campo de deformación, convergencia que añadida a la diferencia térmica más acusada provocada por la aproximación de las isotermas entre si, origina un frente que casi coincide con el eje de dilatación del campo de deformación. Si, inicialmente, las isotermas son paralelas al eje de dilatación, la frontogénesisi será muy acusada, denominándose frontogénesis perfecta, mientras que si son perpendiculares o casi perpendiculares a dicho eje, se producirá una homogeneización del campo térmico, induciéndose una frontolisis. Para los casos intermedios, con isotermas formando ángulos determinados, distintos de 0º o 90º, con el eje de dilatación, se inducirá frontogénesisi o frontolisis, cuando el ángulo sea menor o mayor de 45º, respectivamente. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Cuando ambos ejes del campo de deformación no se cortan bajo un ángulo de 90º, se dice que aquél no es puro, produciéndose sobre el campo una rotación ciclónica, cuando el ángulo que mira a las bajas presiones es agudo, o anticiclónica cuando dicho ángulo es obtuso. Fig. 83 Frontogénesis en la realidad 1.13 FRENTES IMPORTANTES EN METEOROLOGIA Ya se había hablado de las regiones manantiales de masas de aire y de las posiciones medias en las que se encontraban, por lo que sus fronteras están más o menos definidas. Cuando dichas fronteras coinciden con campos de deformación habrá posibilidades ciertas de que se formen frentes activos. También se había hablado de la existencia de depresiones y anticiclones casi fijos o permanentes que implicarán la existencia de campos de deformación, también más o menos permanentes desde el punto de vista geográfico. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo De entre estos frentes más o menos permanentes, los más importantes son: • • Frente polar: Separa la masa de aire polar de la masa de aire tropical. No es continuo alrededor de la Tierra sino que tiene amplias interrupciones, siendo activo solo donde se presentas campos de deformación importantes. Se divide en dos zonas principales, conocidas como: o Frente polar pacífico: Desde Filipinas hasta la costa occidental de EE.UU, en invierno, trasladándose en verano hacia el norte y debilitándose, cuando lo hace el campo de deformación asociado5. o Frente polar atlántico: Desde Bermudas hasta la costa sur Noruega, en invierno, trasladándose en verano hacia el norte y debilitándose, cuando lo hace el campo de deformación asociado6. Frente ártico: Separando la masa de aire ártica de la masa de aire polar. El frente ártico no genera, normalmente, depresiones, al contrario que el frente polar y en ocasiones puede descender en latitud en relación con su posición media, dando lugar a oleadas de aire muy frío que incluso puede afectar a paises del Mediterráneo. Tampoco es continuo alrededor de la Tierra, dividiéndose en dos zonas principales: o Frente ártico pacífico: Desde Kamtchatka hasta el Estercho de Behring y Alaska. o Frente ártico atlántico: Desde Groenlandia e Islandia hasta la costa meridional siberiana. En el hemisferio sur el frente polar muestra zonas activas desde Sudáfrica hasta el sur de Australia y en el área sur de Chile y Argentina. También existe un frente antártico que separa las masas polares de las antárticas, aunque no reviste tanta importancia para la meteorología marítima debido a que son rutas menos frecuentadas por la navegación. • 5 Zona de convergencia intertropical (ITZC): En ella convergen las masas de aire ecuatorial de ambos hemisferios, que siempre presentan componente E, con vientos del NE en el hemisferio norte (alisios del NE), y vientos del SE en el hemisferio sur (alisios del SE). Esta línea se extiende por el hemisferio norte en verano y prácticamente toda por el hemisferio sur en invierno. Anticiclón polar de Liberia y tropical del Pacífico con las depresiones Aleutianas y bajas presiones ecuatoriales. 6 Anticiclón polar de Norteamérica y tropical de las Azores con las depresiones de Islandia y bajas presiones ecuatoriales. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo En las ocasiones en las que los alisios del SE cruzan el Ecuador, y pasan al hemisferio norte, se produce una recurva en su trayectoria debido a la fuerza de Coriollis, pasando a tener componente SW. Al contrario, cuando los alisios del NE pasan al hemisferio sur, cruzando el Ecuador, recurvan su trayectoria pasando a soplar del NW. ENERO JULIO Fig. 84 Frentes importantes Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Las figuras anteriores contienen gráficos que muestran los frentes mencionados en Enero y en Julio, donde se observan las variaciones estacionales que se producen. 1.14 FRENTES Y METEOROLOGIA ASOCIADA Los frentes, como zonas de transición entre dos masas de aire, estarán acompañados de diversos fenómenos meteorológicos, consecuencia de la variación de las características físicas de dichas masas. Esos fenómenos meteorológicos se denominan tiempo frontal, siendo distintos según se trate de frentes fríos o de frentes cálidos. En los frentes cálidos ya se comentó que se produce una elevación espontánea de la masa de aire cálida sobre la fría. Esto producirá una sucesión de nubes como la ya vista anteriormente en la figura 80. Primero se observarán Ci, entre los 5500 a 8000 metros de altura, continuando con Cs que van bajando en altura hasta convertirse en As. Después de éstos aparecerán los Ns que producirán lluvias. Los Ns indican el paso del frente propiamente dicho. A veces, cuando la masa cálida ascendente es inestable pueden aparecer Cb que producirán chubascos más fuertes; estos Cb en general estarán enmascarados por los Ns. En los frentes fríos, también se comentó, se produce una elevación forzada del aire cálido, dando lugar a una inestabilidad que genera Cb de gran espesor que alcanzan alturas considerables y que provocando fuertes y violentos chubascos, con tormentas y granizo. En algunas ocasiones al aire forzado a subir no tiene la suficiente inestabilidad y la nubosidad formada es más bien del tipo Ns, con precipitaciones continuadas y más suaves. Con frentes no activos puede que no se den precipitaciones, aunque si se produce el fenómeno ya estudiado de la línea de turbonada, los chubascos pueden ser muy violentos antes de que pase el frente. La unión de un frente cálido y otro frío producirá una depresión que desde el punto de vista de la nubosidad dará lugar a lo que se conoce como sistema nuboso, estudiado en epígrafes anteriores. En este sentido la cabeza del sistema nuboso precedería al frente cálido, siendo el cuerpo el conjunto de los dos frentes y la cola vendría después del frente frío. Otras variables meteorológicas, asociadas a los frentes y que interesa estudiar y comprender son la presión, la temperatura y el viento. Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo Al paso de un frente, el viento siempre experimenta un salto brusco, que es mucho más pronunciado al paso del frente frío. Ciñéndonos al caso del hemisferio norte, donde el viento, en una depresión gira en sentido antihorario, generalmente tiene componente S o SW antes del paso del frente cálido, rolando al W cuando éste pasa y de forma brusca al NW al paso del frente frío. Los cambios en la dirección del viento se explican por la inflexión que las isóbaras presentan en la zona frontal, teniendo aquellas forma de V. En cuanto a la presión, la aproximación de un frente cálido da lugar a una bajada continuada del barómetro, que se estabiliza una vez que aquél frente ha pasado. Cuando se va aproximando el frente frío el barómetro puede descender aunque de una forma ligera, subiendo de forma rápida e intensa tras el paso del frente frío. Para la temperatura las cosas suceden al contrario que con la presión. La aproximación de un frente cálido tiene como consecuencia la subida de la temperatura que será más acusada tras el paso de aquél, ya que el frente cálido separa una masa fría de otra caliente. Al aproximarse el frente frío la temperatura descenderá, y lo hará de forma acusada tras el paso de aquél. Los cuadros a continuación reflejan de forma resumida los cambios de las variables principales: FRENTE CALIDO Variable Antes del frente En el frente Nubes Viento Presión Ci, Cs, As, Ns S o SW Baja Ns espesos y bajos Rola al W Para de bajar Temperatura Sube ligeramente Sube Precipitaciones Llovizna y lluvia Visibilidad Buena Lluvia e incluso para de llover Mala (nieblas) Después del frente St, Sc SW o W Se mantiene o cambios leves Se mantiene o cambios leves Llovizna Regular a mala Escuela Náutica ALAVELA: Curso Patrón de Yate / Meteorología/Anexo FRENTE FRIO Variable Antes del frente Nubes Viento Presión Ac, As W o SW Baja Temperatura Precipitaciones Se mantiene cambios leves Lluvia suave Visibilidad Regular a mala o En el frente Cb Rola Sube de forma rápida Baja de forma rápida Chubascos y tormentas Mejora con rapidez Después del frente Cu (aislados) NW (arreciando) Sube Se mantiene cambios leves Chubascos ocasionales Muy buena o
