1.1 SISTEMAS METEOROLOGICOS – MASAS DE AIRE

Transcripción

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:
•
•
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.
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:
•
•
•
•
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.
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.
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.
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
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.
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
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.
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.
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.
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,
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
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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
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

1.1 SISTEMAS METEOROLOGICOS – MASAS DE AIRE

Transcripción

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