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jueves, 19 de enero de 2012

LA CIRCULACION GENERAL DE LA ATMOSFERA Y LAS MASAS DE AIRE ( I )

Para comprender el clima de un país determinado, definir sus características y explicar sus variaciones en el espacio y en el tiempo, se necesita conocer cuáles son los factores climáticos que, aparte de la latitud, lo gobiernan y en qué medida lo hace cada uno. Dichos factores pueden dividirse en fundamentales y secundarios, comprendiendo los primeros aquéllos que actuando conjuntamente, definen las condiciones generales de una zona terrestre de extensión relativamente amplia; mientras que los segundos son los causantes de las características de los climas locales correspondientes a áreas restringidas o a lugares específicos.

Los factores fundamentales son cuatro:

1. La situación de la región geográfica considerada en el seno de la circulación general atmosférica.
2. Su situación y configuracioón geográfica.
3. Los grandes accidentes geográficos de la región
4. La influencia de la temperatura sobre la superficie del mar en los casos en que la región esté    rodeada, al menos en gran parte, por mares y océanos.

Los factores complementarios son muy diversos, siendo los más importantes la altitud, la exposición a la radiación solar y la naturaleza de la superficie local (vegetación natural, cultivos, lagos, embalses, ciudades, etc).

Considerando los procesos térmicos que tienen lugar en la atmósfera, debidos a la energía que procede del sol y que éste envía a la Tierra, y los efectos dinámicos consecuencia de estos mismos procesos, junto al hecho de que la Tierra posee un movimiento de rotación sobre sí misma, alrededor de un eje imaginario, y en el supuesto de que la superficie terrestre fuese homogénea, es posible establecer esquemas teóricos de la circulación general de la atmósfera. El hecho más significativo que estos esquemas ponen en evidencia, es la diferenciación de distintos sistemas de vientos en forma de cinturones circumpolares.

Esquema de la circulación general atmosférica sobre la superficie terrestre
El análisis de la imagen anterior muestra en ambos hemisferios tres cinturones de vientos bien diferenciados: En el hemisferio norte, entre el ecuador y los 30º de latitud, el viento sopla del NE; son los famosos vientos alisios. Entre los 30 y 60º de latitud, son vientos de componente SW; y finalmente, entre los 60º y el Polo, aparecen nuevamente vientos del NE. En el hemisferio sur se presenta una distribución similar en la que los vientos del NE son reemplazados por los del SE, y los del SW por los del NW.

Entre éstas zonas de vientos se definen en cada hemisferio, tres cinturones de vientos variables o calmas caracterizados por la importancia que tienen los movimientos verticales del aire en su seno. Así la convergencia de los vientos alisios del NE del hemisferio norte y los alisios del SE del hemsiferio sur, corresponde a un cinturón ecuatorial dentro del cual las corrientes ascendentes dan lugar a la formación de nubes con gran desarrollo vertical (cúmulos y cumulonimbos). En cambio, entre las zonas de los alisios y la de los vientos oestes, las condiciones son opuestas a las anteriores, ya que a los cinturones subtropicales centrados hacia los 30º de latitud corresponde el establecimiento de corrientes descendentes que impiden la formación de sistemas nubosos. Esos cinturones quedan caracterizados por su clima árido.

La corriente en chorro (Jet Stream)

La corriente en chorro es una zona de vientos muy rápidos de poniente que se ondula alrededor de cada hemisferio de forma más o menos continua en las latitudes medias. Se asemeja a un tubo aplastado de varios cientos de kilómetros de ancho y de uno a dos kilómetros de espesor vertical. Se sitúa justo debajo de la tropopausa y a una altura aproximada de unos 10 km. En su interior la velocidad del viento alcanza con frecuencia valores de 200 a 300 kms/h, pudiendo sobrepasar los 500 kms/h. En verano es menos marcada, pues el contraste de temperaturas es menor.

La corriente en chorro se debe al gradiente meridional de temperatura y a la rotación de la tierra. La diferencia de temperatura entre el ecuador y los polos crea una circulación del aire entre estas zonas. Si la Tierra no diese vueltas sobre sí misma, existiría sin duda la gran célula imaginada por Hadley en 1735 entre el ecuador cálido y los polos fríos, que formaría un gran anillo alrededor de cada hemisferio. Pero la Tierra gira ( a unos 1670 Kms/h hacia el Este) y ése anillo gira con ella. Al dirigirse hacia el polo el anillo ecuatorial reduce su radio.

Origen de la corriente en chorro  (Jet Stream)
Según la ley de conservación del movimiento cinético, la velocidad de rotación de un sólido sobre sí mismo aumenta conforme éste reduce su radio, como una bailarina que gira más rápido al recoger los brazos sobre su cuerpo. Nuestro anillo, al dirigirse al norte, va a girar más rápido. Al comienzo, el aumento de velocidad no es muy grande, pero aumenta rápidamente a medida que sube en latitud. Se trata de valores teóricos; las observaciones dan valores relativamente menores, incluso a gran altura, donde el efecto de frenado sobre el viento debido al suelo es pequeño. Y la fuerza de origen térmico que desplazaba este aire hacia el polo no es capaz de darle aún más energía. La célula ya no puede seguir más hacia el norte. En éste lugar, el viento de poniente es muy rápido a gran altura: Es la corriente en chorro.

Fuerzas que actúan sobre las masas de aire




La experiencia del péndulo de Foucault, efectuada bajo la cúpula del Panteón de París, en 1851, es bien conocida: El plano de oscilación del péndulo, en lugar de ser invariable como sucede, por ejemplo, con un columpio, gira lentamenter alrededor de un eje vertical. Foucault había puesto en evidencia que el péndulo estaba afectado por la rotación de la Tierra. Esa energía que desviaba el péndulo es la Fuerza de Coriolis. Todo cuerpo situado sobre un sólido en rotación está sometido a dos fuerzas aparentes. La primera es la fuerza centrífuga (es la que nos desplaza hacia afuera cuando un coche toma una curva). También es la fuerza centrífuga debido a la rotación de la Tierra la que ha hecho que nuestro planeta esté abombado y no sea una esfera perfecta. Esta fuerza no tiene por otra parte efectos sobre nuestros movimientos ni en los de la atmósfera, ya que es una fuerza que queda integrada en el peso.

Demostración de la Fuerza de Coriolis
En contrapartida, la Fuerza de Coriolis desvía los cuerpos que se desplazan sobre la Tierra. La existencia de ésta fuerza fué demostrada matemáticamente por el mismo Coriolis en 1853. Si desde el ecuador se quisiera enviar un misil hacia el polo Norte se dará la orientación hacia el norte al lanzamisiles. Cuando el misil esté en el aire entrará en movimiento; a su propia velocidad se le añade la de la rotación de la Tierra hacia el Este. Al principio, la dirección es la deseada siguiendo un meridiano, pues la Tierra gira a la vez que lo hace el misil. Cierto tiempo más tarde, el misil va a sobrevolar puntos del planeta con menor velocidad. Ahora bien, la velocidad absoluta del misil hacia el Este es siempre la del inicio (1670 kms/h). Así pues respecto a la Tierra, el misil va a ganar una velocidad hacia el Este respectivamente de 30, 100 y 220 kms/h. El misil aparecerá cada vez más desviado hacia el Este. Todo será como si una extraña fuerza (la de Coriolis), lo hubiera desviado hacia la derecha.

Esta fuerza, debida a la rotación de la Tierra, se aplica a todos los cuerpos en movimiento, incluído el viento. Aunque sea muy débil posee una importancia vital, de forma que es el motivo de la formación de los vórtices en la atmósfera y en los océanos de nuestro planeta.

Podría pensarse que el aire aspirado por una borrasca debería dirigirse directamente hacia el centro de la depresión. Esto, efectivamente, sucede a veces cerca del suelo, particularmente en las zonas con relieve. Pero cuando no hay obtáculos al flujo, el viento se pone a girar alrededor de las borrascas, de la misma manera que el agua gira en un lavabo que se vacía.

Nos encontramos en el hemisferio Norte; el viento que gira alrededor de una borrasca está sometido a dos fuerzas que deben equilibrarse: La fuerza del gradiente de presión hacia el centro de la borrasca, y la fuerza de Coriolis (las demás fuerzas, como la centrífuga son mucho más débiles). Como sabemos que la fuerza de Coriolis actúa hacia la derecha de la trayectoria, la fuerza del gradiente de presión lo hace en sentido contrario. Así pues la borrasca debe encontrarse hacia la izquierda de la trayectoria y el viento debe girar alrededor de su centro en el sentido contrario a las agujas del reloj. Lo mismo, pero en sentido inverso, ocurre en los anticiclones.

Se dice que el viento deja el mal tiempo a su izquierda. Esta vieja aseveración se desprende del sentido de rotación del viento alrededor de las borrascas. Así pues, si nos situamos de espaldas al viento, el mal tiempo está, teóricamente, a nuestra izquierda.


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