2. Dinámica Atmosférica Local: el tiempo

2. Dinámica Atmosférica Local: el tiempo
La dinámica atmosférica local se establece por los movimientos verticales de las masas de aire, los cuales
determinan, a su vez, el tiempo meteorológico en un lugar.
Los movimientos verticales que tienen lugar en la troposfera se denominan de convección y se deben a
variaciones de temperatura, humedad o presión atmosféricas:
•
Convección térmica: Estos movimientos son originados por el contraste de la temperatura del aire
entre la parte superficial (más caliente y menos denso), que tiende a elevarse formando corrientes
térmicas ascendentes, y el superior (más frío y denso), que tiende a descender.
•
Convección por humedad. Se originan por la presencia de vapor de agua en el aire, que lo hace
menos denso que el aire seco, ya que al contener más agua(de peso molecular 18), contiene una
menor proporción de los otros componentes atmosféricos, N2 , O2 y CO2 (de pesos moleculares: 28,
32 y 44, respectivamente), que son desplazados por el vapor de agua. Aunque no lo veamos, el
vapor de agua está presente en la atmósfera, sin embargo podemos medirlo de dos maneras:
•
Humedad absoluta. Es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado de
aire y se expresa en g/m3. Esta cantidad no es un dato significativo, porque la cantidad de
vapor de agua que cabe en el aire depende de la temperatura. El aire frío puede contener
muy poca humedad, mientras que el caliente puede admitir mucha. Cuando el aire no puede
contener más vapor de agua decimos que se ha saturado de humedad (Curva de
saturación). A cada punto de curva le corresponde una temperatura de saturación (en
abscisas), que se denomina punto de rocío y una cantidad de humedad concreta (en
ordenadas). Dado que la saturación del aíre no sólo depende de la humedad absoluta sino
que también depende de la temperatura, recurrimos a un nuevo parámetro: la humedad
relativa.
Representación de la curva de saturación
correspondiente a una masa de aire a
una temperatura y humedad absoluta
determinadas, se denomina punto de
rocío a la temperatura en la que se
produce su condensación.
•
La Atmósfera
Humedad relativa. Es la cantidad en tanto por ciento de vapor de agua que hay en 1 m3 de
aire en relación con la máxima que podría contener a la temperatura en la que se encuentra.
Por ejemplo, si decimos que la humedad relativa es del 25% queremos expresar que a una
determinada temperatura el aire podría contener cuatro veces más vapor del que contiene.
Por tanto la humedad relativa del 100% se corresponderá con un valor en la curva de
saturación, con un punto de rocío en el eje de las temperaturas y con un valor en el eje de la
humedad. Así, cuando una masa de aire se eleva, se va enfriando a medida que asciende,
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hasta que llega un momento en el que alcanza la temperatura del punto de rocío. Entonces,
el vapor de agua comienza a condensarse y se hace visible. A la altura donde esto sucede, o
nivel de condensación, comenzará a visualizarse en forma de una nube. Sin embargo, para
que se forme la nube es necesario que, además de alcanzar este nivel (humedad relativa del
100%), existan en la atmósfera unos núcleos de condensación: partículas de polvo, humo,
H2S, NOx y NaCI. Si existen muchos de estos núcleos la condensación puede comenzar
incluso antes (puede ocurrir con un 98% de humedad relativa). Si existen muy pocos, el aire
sobresaturado y sobreenfriado no podrá condensarse.
•
La presión ejercida por una columna de aire sobre la superficie terrestre se mide con el barómetro
(Torricelli, siglo XVII y su valor estándar, a nivel del mar y en condiciones normales, es de 1
atmósfera, que equivale a 760 mm de mercurio, a 1013 milibares (mb) o a 1013 HPa). Sin embargo,
la presión en un punto geográfico determinado no es siempre la misma, sino que varia en función de
la humedad y la temperatura del aire. En los mapas del tiempo se trazan una serie de isobaras,
líneas que unen los puntos geográficos de igual presión, en un momento dado. Así decimos que hay
un anticiclón cuando nos encontramos una zona de alta presión «A» rodeada de una serie de
isobaras cuya presión disminuye desde dentro hacia el exterior de la misma. Por el contrario,
decimos que hay una borrasca (o condición ciclónica) cuando nos encontramos con zona de baja
presión «B» rodeada de isobaras cuyos valores van aumentar desde el centro hasta el exterior de la
misma.
Lógicamente, cabe hacerse una pregunta: bajo que condiciones ascienden o descienden las masas de aire
troposférico. Recordemos que el aire de la troposfera no se calienta directamente por la radiación solar, sino
que lo hace indirectamente a partir del calor emitido por la superficie terrestre. Por ello, la temperatura de la
troposfera es máxima en su parte inferior, alrededor de 15 ºC de media, y a partir de ahí comienza a descender
con la altura según un Gradiente Vertical de Temperatura (GVT) de, en la mayoría de los casos, 0,65 ºC cada
100 m, hasta alcanzar un valor mínimo de unos -70 º C en su límite superior, la tropopausa. Sin embargo este
GVT no es constante y varía en función de la altura, la latitud y la estación del año.
El GVT es estático porque se determina en masas de aire que no se
desplazan en la vertical. Si determinamos el gradiente de una masa de
aire en movimiento vertical por desequilibrio de su humedad o
temperatura con el aire que la rodea, hablaremos de Gradiente
Adiabático Seco (GAS). [Adiabático: la masa de aire que se mueve en la
vertical no intercambia calor con el aire circundante]; [Seco: el agua está
siempre como vapor]. El GAS es constante y vale 1 ºC/100 m.
Cuando una masa de aire ascendente alcanza su punto de rocío, el vapor de agua que contiene, se condensa y
se forma una nube. En ese momento no podemos hablar de GAS porque dentro de la masa de aire ascendente
hay agua líquida, entonces hablamos de GAH (Gradiente Adiabático Húmedo), que es un valor variable que
oscila entre 0,3 y 0,6 ºC/100m.
2.1 Inestabilidad atmosférica. Ciclones, borrascas o bajas presiones
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En caso de inestabilidad atmosférica se producen
movimientos convectivos del aire, provocados en el seno de
una masa de aire estática por masas ascendentes de aire
caliente. La condición necesaria es que GAS < GTV, es decir,
que el aire que asciende se enfríe adiabáticamente menos
que el aire estático circundante, de modo que se pueden
producir precipitaciones en los casos en los que en la masa
de aire ascendente se produzca condensación del vapor de
agua.
El aire ascendente deja un cierto vacío en superficie que da
lugar a un descenso de la presión atmosférica en la zona:
situación de borrasca, bajas presiones o ciclones, y se
produce una afluencia de aire circundante que es atraído
hacia el centro de la borrasca, es decir, se originan vientos
convergentes.
Las condiciones de inestabilidad son favorables para la eliminación de la contaminación atmosférica, ya
que las corrientes de convección que se originan producen la dispersión de los contaminantes.
2.2 Estabilidad atmosférica. Anticiclones o altas presiones
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En este caso no hay corrientes de convección. Cuando GAS> GTV no se puede producir ascenso de aire,
ya que éste se enfriaría adiabáticamente más que el aire estático circundante. Lo que tiene lugar es una
acumulación de aire frío procedente de las partes altas que se aplasta (subsidencia) contra la superficie
(situación de anticiclón o altas presiones), y este aplastamiento contra la superficie origina vientos
divergentes que impiden la entrada de nubes y, por lo tanto, de precipitaciones a la zona. Las zonas con
anticiclón se caracterizan por tener un tiempo atmosférico seco.
Una situación extrema se produce cuando, además, el GTV < 0. Se denomina inversión térmica, que es el
espacio aéreo en el cual la temperatura aumenta con la altura en vez de disminuir, es decir, el GVT es
negativo. Las inversiones térmicas impiden los movimientos verticales del aire y se pueden presentar a
cualquier altura de la troposfera. La tropopausa representa una inversión térmica permanente. Existen
también inversiones térmicas ocasionales, como las de invierno, en las que el suelo enfría a la atmósfera
inmediata resultando ésta más fría que la superior.
Las altas presiones invernales están asociadas a un descenso del GVT, a la formación de inversiones
térmicas y a la aparición de nieblas y heladas
2.3 Los fenómenos meteorológicos: la precipitación
La precipitación es uno de los meteoros más llamativos, es el depósito de agua sobre la superficie terrestre.
Puede ser de varios tipos:
•
Líquida: se puede producir por caída, como la lluvia o por contacto con una superficie fría como rocío.
•
Sólida: se puede producir por caída, como nieve, si la cristalización es ordenada y lenta; o como granizo, si
la cristalización es desordenada y rápida. También se puede producir por contacto con una superficie fría, a
menos de 0 ºC, como escarcha.
Las precipitaciones por contacto son debidas siempre a la condensación. Las que se originan por caída pueden
ser de varios tipos:
Convectivas: Por calentamiento local. El aire se expande y asciende, originando una zona de baja presión. Si
el calentamiento es intenso, el ascenso será rápido, con lluvia copiosa, producción de electricidad estática y, si
el aire llega a los 0 ºC, formación de granizo. Es el principal tipo de precipitación en los climas cálidos. En la
zona templada son las tormentas de verano.
Orográficas: Si una cordillera es perpendicular a una corriente de aire procedente del mar, los vientos
cargados de humedad son obligados a ascender por la cara de barlovento, donde pierden presión y se enfrían a
un ritmo de 1 ºC por cada 100 m. Cuando el aire alcance su punto de rocío, la humedad se condensará y, si
existen núcleos de condensación, se producirá la precipitación.
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Este tipo de precipitación es el que hace que la serranía de Ronda en sentido amplio, o si queremos emplear
apelativos biogeográficos, el sector rondeño de la provincia corológica bética, tenga el observatorio
meteorológico que registra mayores precipitaciones anuales en la península (Grazalema, en la Sierra de Cádiz).
Muy relacionadado con las lluvias orográficas está el efecto Föhen. Si en la cara de barlovento de la cordillera
es donde se producen la humedad y el tiempo fresco, en la cara de sotavento, se producirán temperaturas más
elevadas y aires más secos.
Frontales: Se produce cuando se crea un frente. Debido al contraste térmico, las masas de aire no se mezclan,
sino que chocan, ascendiendo el aire cálido de forma activa o pasiva, generándose lluvias a lo largo del frente
de ascenso. Estas lluvias son las predominantes en las zonas templadas y frías.
Explicación de los dibujos: formación y desarrollo de
una borrasca y de los frentes asociados:
a) El rozamiento entre el aire polar y el aire cálido
procedente del SW, produce irregularidades en la
superficie de separación.
b) Ambas masas de aire adquieren un movimiento
circular formando una borrasca con un frente cálido en
la que el aire cálido, por ser menos denso, asciende
sobre el frío, enfriándose adiabáticamente y dando
lugar a nubes y precipitaciones. Dichas borrascas
tienden a desplazarse hacia el Este, de forma que tras
el frente cálido suele aparecer una mejoría transitoria.
Posteriormente llegará el frente frío, que avanza
empujando e introduciéndose por debajo del aire cálido
con la formación correspondiente de precipitaciones.
c) El frente frío suele ser más activo y veloz que el frente cálido, con lo cual termina por alcanzarlo,
produciéndose la oclusión de los frentes.
d) Como consecuencia, se produce el debilitamiento y la desaparición de la borrasca.
2.4 Interpretación de un Mapa Meteorológico
Los mapas meteorológicos son básicamente representaciones de la presión atmosférica. En los mapas
meteorológicos la presión viene dada en milibares (mb) o hectopascales (hPa), en el Sistema Internacional
de medida.
1 bar = 1 Kp/cm2; 1 mb = 103 bar. En el Sistema Internacional la unidad de presión es el Pascal
(Pa);
1 Pa = 1 N/m2. Así pues, 1 bar = 105 Pa y 1 mb = 102 Pa = 1 hPa
Las líneas curvas que aparecen en un mapa meteorológico se denominan isobaras; representan a todos los
puntos que poseen la misma presión atmosférica. La presión media a nivel del mar es 1013 mb valor conocido
como una atmósfera. Los núcleos de altas presiones están representados por una A (alta presión o anticiclón);
y los núcleos de baja presión se presentan por una B (baja presión, borrasca o ciclón). A nivel del mar, se
considera que la presión es alta cuando es mayor de 1014 mb y baja cuando está por debajo de 1013 mb. No
obstante, en los mapas las bajas y altas presiones son relativas. En nuestra latitud, los núcleos de baja presión
relativa, con frecuencia, son ligeramente superiores a los 1013 mb.
Durante el otoño, el invierno y la primavera, las borrascas que afectan a la Península Ibérica, frecuentemente
llevan asociados frentes: el frente polar, que procede del W o del NW (afecta a toda la Península, aunque a
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Andalucía, con más suavidad y menor frecuencia); el frente de los alisios, que se forma en las costas atlánticas
africanas y entra por el SW afectando a Andalucía occidental y a su costa mediterránea pudiendo ocasionar
intensas precipitaciones (en otoño, estas situaciones y las del viento del Este pueden provocar una lluvia
especialmente violenta denominada gota fría. Más raramente se pueden formar frentes en el Mediterráneo.
Representación de los Frentes
FRÍO
CÁLIDO
OCLUIDO
2.4.1 Claves para interpretar un mapa meteorológico de la Península
Ibérica
Según el meteorólogo D. Mariano Medina, famoso “hombre del tiempo” en la televisión española de la década
de 1960 y 1970, el tiempo en la península viene determinado por la conjunción de dos factores: la situación de
la corriente en chorro y la potencia del anticiclón de las Azores. Sólo cuando el anticiclón se debilita (situación
que se produce en otoño y primavera), la corriente en chorro desciende a latitudes inferiores y se permite el
paso por la península de una sucesión de borrascas y anticiclones con frentes fríos y cálidos asociados.
La situación anticiclónica es propia de los meses de verano y de invierno debido a la influencia del
Anticiclón de las Azores: el tiempo es seco y los cielos están despejados (GAS>GVT). En invierno esta
situación conlleva un ambiente frío con nieblas matutinas e inversiones térmicas; en verano, las
temperaturas son calurosas. Si la situación anticiclónica se prolonga, pueden darse largas sequías.
Cuando la situación es de Baja presión hay nubosidad con riesgo de precipitaciones convectivas
(GAS<GVT) y temperaturas menos extremadas que en el caso anterior. En verano se suelen producir
borrascas muy débiles sobre la Península, son bajas presiones producidas por el calentamiento de la tierra
en verano, el riesgo de lluvias es reducido. Cuando la borrasca es más potente y lleva frentes asociados,
las lluvias suelen ser más intensas y generalizadas. Llueve, sobre todo por donde va pasando el frente; los
frentes fríos ocasionan más lluvia que los cálidos y entre los dos frentes puede haber una mejoría
meteorológica breve
Los vientos soplan en superficie formando un ángulo de unos 25º con las isobaras. En el hemisferio
norte soplan a favor de las agujas del reloj en los anticiclones y en sentido contrario en las borrascas, su
velocidad es proporcional al gradiente de presión, que en el mapa viene representado por la separación de
las isobaras. Si éstas están muy juntas, el viento será fuerte. La dirección del viento tiene mucha influencia
en la temperatura: cuando el viento desplaza masas de aire frío desde el norte, las temperaturas bajan,
esto se produce sobre todo en las situaciones anticiclónicas invernales.
Mapas meteorológicos correspondientes a diferentes épocas del año:
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3. Origen y evolución de la atmósfera terrestre
Todos los cambios sucedidos en la atmósfera van paralelos a los cambios sucedidos en el conjunto del planeta.
Para estudiar su origen y evolución distinguimos cuatro etapas que se suceden gradualmente:
Génesis
Hace entre 4.700 y 4.600 m.a. se produce la nucleación de planetoides para formar la Tierra. A partir de la
nebulosa solar se formó una espiral de gas muy caliente en cuyo núcleo, a 2 000 K (1 727 ºC), empieza la
combustión de los materiales fundidos que irradia grandes cantidades de luz y calor, De esta manera nace el
Sol.
El resto del gas y polvo esparcido se va enfriando y condensando en un disco, el extremo del cual sólo tiene 50
K (-223 ºC). En una zona intermedia a 600 K (230 ºC), temperatura que permite la génesis de minerales
hidratados, se enfrían y condensan unos cuerpos sólidos que giran alrededor del Sol, son los planetesimales
que darán origen a la Tierra. Dichos planetesimales chocan entre sí para formar asteroides que, o bien se
rompen, o bien se unen para formar el planetoide Tierra que, a su vez, va chocando y creciendo por agregación
de materiales. Cuanto más crece, mayor es su masa, mayor su gravedad y más asteroides atrae. Se ha tardado
100.000 años en llegar hasta aquí.
Primera diferenciación
Hace entre 4.500 y 2.500 m.a. la Tierra se diferencia en cuatro geosferas: núcleo, manto, corteza y atmósfera.
Las colisiones mayores provocan la fusión de la costra del planeta. La Tierra, que nació fría, es ahora caliente:
*
A los 3.000 ºC se clasifican los minerales en profundidad según su densidad:
· Fe, Ni y otros metales pesados forman el núcleo metálico
· Si, Mg, Al, Ca y otros metales ligeros se combinan para dar sales metálicas en superficie.
* La temperatura va bajando lentamente por disminución del número de colisiones y el oxígeno forma óxidos
con los metales de la superficie:
*
Entre 1.700 y 1.500 ºC se diferencia la corteza terrestre:
· Se solidifican los óxidos y forman silicatos que originan granitos y basaltos.
· El granito, más ligero, flota sobre el basalto.
*
Sigue el descenso de temperatura. Se forma la atmósfera:
· El enfriamiento de la corteza provoca su desgasificación. El agua que contiene, asociada a otros gases,
forma gruesas nubes a más de 500 Km de altura,
· Los gases más ligeros se escapan y quedan: Nitrógeno, Hidrógeno y compuestos de Cloro y Azufre. El
Hidrógeno es retenido debido a su gran afinidad química.
*
A los 500 ºC la litosfera es delgada y flexible:
· Comienza la dinámica del núcleo y se magnetiza la Tierra
· La atmósfera es reductora
*
A los 300 ºC se forman los océanos:
· Bajan las nubes a la superficie.
· Se condensa el vapor de agua y comienza a llover formándose los océanos.
· Se disuelven las sales corticales y el agua se vuelve salada.
·
Comienza la evolución química en las aguas. Aguas y atmósfera eran ricas en CO2, CO, H2O,
hidrocarburos y sales minerales.
*
Hace unos 3.000 m.a. la temperatura baja a los 100 ºC (70 ºC en los mares).
· Aparecen las primeras células y comienza, pues, la evolución celular. Estos primeros seres vivos serían
anaerobios quimioorganotrofos. Posteriormente aparecerían los anaerobios fotoorganotrofos,
fotolitotrofos y quimiolitotrofos.
· Las aguas son ácidas y predomina la meteorización química.
Segunda diferenciación
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Hace entre 2.500 y 600 m.a. existen dos núcleos continentales, aparece probablemente la tectónica de placas.
Se produce la fusión parcial del manto y se generan magmas basálticos. El vulcanismo es intenso.
* Hace entre los 2.300 y los 1.800 m.a.
· Aparece la fotosíntesis y la respiración aerobias, se desprende Oxígeno y en la atmósfera se forma el
Ozono.
· No hay enzimas reductoras en los seres vivos y el Oxígeno, perjudicial, se reduce por medio de iones
ferrosos. Aparecen las menas ferruginosas.
* Hace unos 1.500 m.a. aparece la célula eucariota, la reproducción sexual y comienza la evolución hacia la
diferenciación de los cinco Reinos actuales.
* Hace entre 1.500 y 1.100 m.a. la atmósfera se vuelve oxidante por acumulación del oxígeno debido a la
actividad fotosintética aerobia.
Movilidad horizontal de los niveles superiores
Se genera corteza oceánica, la tectónica de placas es activa y se crea Pangea I
(Cada “|” son 100 m.a.)
|± 4.700 m.a. GÉNESIS
|± 4.600 m.a.
* Nucleación de planetesimales para formar la Tierra
|± 4.500 m.a. PRIMERA DIFERENCIACIÓN
AZOICO
|
* El planeta se consolida y diferencia en cinco geosferas
|
* Se enfría la corteza y se forma la atmósfera primitiva
|
* Se forman los mares
|
* Comienza el ciclo del agua y la evolución bioquímica y orgánica.
|± 4.000 m.a.
PRECÁMBRICO
--CRIPTOZOICO
|
« 3.900 Primeros núcleos continentales
|
« 3.800 Restos fósiles de Groenlandia
|
|
|
|« 3.500
|
|
Atmósfera reductora, sin oxígeno
|
|
Primeros restos fósiles en estromatolitos
|
|
La evolución orgánica está en marcha
|
|« 3.100
|
« 3.000 La temperatura ya es baja, sobre todo en el mar (70 ºC)
|
|
|
|
|± 2.500 m.a. 2ª DIFERENCIACIÓN
--- PROTEROZOICO
INFERIOR
|
* Fusión parcial del Manto con vulcanismo intenso
|
|« 2.300
* Indicios de Tectónica de Placas. Dos núcleos continentales
|
|
Fotosíntesis y respiración aeróbicas
|
|
Menas ferruginosas bandeadas
|
|
Capa de ozono estable
|
|
Oxígeno libre en la atmósfera
|
|« 1.800
|± 1.700 m.a.
--- PROTEROZOICO MEDIO
|
|
|« 1.500
|
|
Atmósfera oxidante por acumulación del oxígeno fotosintético
|
|
Célula eucariota y reproducción sexual
|
|
Evolución hacia los cinco reinos actuales
|
|« 1.100
|
|± 900 m.a.
--- PROTEROZOICO SUPERIOR
|
|
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|± 590 m.a.
|
|
|± 250 m.a.
|
|± 65 m.a.
MOV. HORIZONTAL DE LOS NIVELES SUP.
PALEOZOICO
* La Tectónica de placas es activa
* Se genera Corteza Oceánica
* Se crea Pangea I
MESOZOICO
* Continua la dinámica terrestre hasta nuestros días
CENOZOICO
Índice de contenido
2. Dinámica Atmosférica Local: el tiempo................................................................................................................1
2.1 Inestabilidad atmosférica. Ciclones, borrascas o bajas presiones ..........................................................................................................2
...................................................................................................................................................................................................................3
2.2 Estabilidad atmosférica. Anticiclones o altas presiones ..........................................................................................................................3
...................................................................................................................................................................................................................4
2.3 Los fenómenos meteorológicos: la precipitación......................................................................................................................................4
2.4 Interpretación de un Mapa Meteorológico.................................................................................................................................................5
2.4.1 Claves para interpretar un mapa meteorológico de la Península Ibérica........................................................................................6
3. Origen y evolución de la atmósfera terrestre........................................................................................................7
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