DINÁMICA ATMOSFÉRICA HORIZONTAL
Circulación general atmosférica
La circulación general representa el flujo promedio de aire alrededor del mundo. Como los vientos pueden variar ampliamente respecto del promedio en cualquier tiempo y lugar, el estudio de los patrones de flujo promedio del viento puede servir para identificar los patrones predominantes de circulación en ciertas latitudes y entender sus causas.
La fuerza que impulsa la circulación general es el calentamiento diferencial de la superficie terrestre. Las regiones ecuatoriales reciben mucho más energía del sol que las polares. Las variaciones horizontales de la temperatura atmosférica, causadas por el calentamiento irregular, determinan diferencias de presión que dirigen la circulación atmosférica.
En 1686, Edmund Hadley propone un modelo de circulación basado en dos células convectivas (Modelo de CIRCULACIÓN FUNDAMENTAL ATMOSFÉRICA TERRESTRE) provocadas por el diferente calentamiento del planeta. Considerando que el aire del ecuador se calienta más que el de los polos, debido a que la radiación solar cae más perpendicularmente al suelo, se produciría un despegue del aire al ecuador que sería compensado por un descenso del aire en los polos, la zona más fría del planeta.
Debido a ese calentamiento diferencial, se genera un mecanismo de igualación o transporte de calor comparable a lo que sucedería en una habitación, una habitación de 10.000 kms de largo en cada hemisferio y 8 y 11 kms de altura en ecuador y polos respectivamente.
De esta manera se configuraría, en el hemisferio norte y en superficie, un viento del norte, que iría de una zona anticiclónica (el polo) a una zona depresionaria (el ecuador). El aire del ecuador, que recibe más radiación solar, sería mayor que el de los polos. Sería más cálido y ligero, y se elevaría debido a la convección. A medida que el aire ecuatorial cálido se eleva, se producen tormentas eléctricas que liberan más calor y hacen que el aire continúe elevándose hasta que llega a la capa superior de la atmósfera. En este punto, el aire empezaría a moverse hacia las regiones polares y se enfriaría a medida que se traslade. En los polos, el aire frío denso descendería a la superficie y volvería a fluir hacia el ecuador. En el hemisferio norte, el flujo del aire cercano a la superficie estaría siempre fuera del norte porque el aire más frío del polo norte remplazaría al aire cálido, ascendente desde el ecuador.
Circulación planetaria
hipotética del aire si la Tierra no rotara y si tuviera una superficie
uniforme
(MODELO DE CIRCULACIÓN FUNDAMENTAL ATMOSFÉRICA de Hadley)
Este modelo sería válido si la Tierra no girara y fuera perfectamente esférica, sin rugosidades superficiales. Sin embargo... la Tierra rota, lo que hace más complejo este flujo relativamente simple de aire.
¿Qué cambios introduce la rotación de la Tierra?
Como una consecuencia de la diferente velocidad tangencial de los sucesivos paralelos terrestres, la rotación de la Tierra también proporciona cierta aceleración (definida como Aceleración de Coriolis o Efecto Coriolis).
La aceleración de Coriolis hace que los móviles que se desplazan sobre una esfera en rotación experimentan una desviación lateral cuando se mueven en el sentido del eje de rotación, es decir cuando aumentan o disminuyen de latitud. Hacia la derecha (este) en el hemisferio norte y hacia la izquierda (oeste) en el hemisferio sur.
Animaciones:
http://uk.youtube.com/watch?v=_36MiCUS1ro
Y por otra parte se producen inestabilidades hidrodinámicas que rompen la estructura de las dos células convectivas que propuso Hadley
MODELO DE CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
DE LAS TRES CÉLULAS CONVECTIVAS O DE LA CIRCULACIÓN MERIDIANA
La consecuencia de dicho efecto es que la rotación de la Tierra rompe cada una de las estructuras celulares de Hadley en tres más pequeñas (que ocupan, aproximadamente, 30° cada una). Por qué tres? Parece que este número está relacionado con el valor de la velocidad de rotación de la Tierra y con su radio. Con el fin de conservar la continuidad del movimiento, se generaría un movimiento, con un anticiclón polar, una zona de bajas presiones a una latitud de 60°, una de altas presiones a 30°, y una zona depresionaria en el ecuador.
Es un modelo de la circulación atmosférica de tres células convectivas en cada hemisferio de recorrido oblícuo y cuyos ejes siguen la dirección de los paralelos y es el que se acepta actualmente.
Está formado por dos células directas (célula Ecuatorial y célula Polar) y una indirecta (célula de las latitudes templadas)
Celulas de Hadley o Ecuatoriales (directa)
En el ecuador, el aire cálido se eleva y muchas veces se condensa en grandes nubarrones y tormentas. De este modo, se desarrolla una banda de presión baja alrededor del ecuador. Estas tormentas eléctricas liberan calor, que conduce el aire hacia partes más altas de la troposfera. Allí, el aire empieza a trasladarse lateralmente hacia los polos y se enfría a medida que se mueve. El aire empieza a convergir o "reunirse" a una altura aproximada de 30° de latitud. La convergencia del aire hace que este se hunda o descienda en esta latitud. Esto determina la divergencia del aire en la superficie terrestre en estas zonas dando lugar al cinturón subtropical de altas presiones. Las latitudes de 30° se conocen también como zonas de calmas subtropicales porque era allí donde se encalmaban los barcos de vela que viajaban al Nuevo Mundo.
De las zonas de calmas subtropicales, una parte del aire superficial regresa al ecuador. Debido al efecto de Coriolis, los vientos soplan desde el nordeste al suroeste en el hemisferio norte y desde el sudeste en el hemisferio sur. Estos vientos constantes se llaman vientos alisios. Los vientos alisios convergen alrededor del ecuador en una región denominada la zona de convergencia intertropical (ZITC). Este aire ecuatorial convergente se calienta y se eleva cerrando el ciclo de la célula ecuatorial.
La zona de convergencia intertropical es la banda blanca de nubes cerca del ecuador. El aire tibio húmedo que asciende produce nubosidad y a su tiempo, cuando se enfría lo sificiente, precipitación. Por ello la ZCIT esta caracterizada por series continuas de tormetas que caen sobre las selvas tropicales.
La Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT o ITCZ) es una franja de bajas presiones ubicada en la zona ecuatorial. En ella confluyen los vientos alisios del sureste y del noreste. Debido a las altas temperaturas las masas de aire son forzadas a ascender originando abundante nubosidad y fuertes precipitaciones algunas acompañadas de descargas eléctricas. La ZCIT no es uniforme ni continua, se puede interrumpir su anchura y grosor variar de un sitio a otro, también su comportamiento en zonas marítimas y continentales.
ver animación circulación atmosférica
ver animación circulación atmosférica (2)
Celulas de las latitudes templadas (indirecta)
En las latitudes de 30°, otra parte del aire superficial lo hace hacia los polos, extendiéndose su área de influencia hasta los 60° de latitud. La fuerza de Coriolis desvía estos vientos hacia el este en ambos hemisferios. Estos vientos superficiales soplan del oeste al este y se denominan vientos del oeste en ambos hemisferios o westerlies. Entre las latitudes de 30° a 60°, los sistemas móviles de presión y las masas de aire asociadas (que se abordarán posteriormente) ayudan a transportar la energía. La mayor parte del aire húmedo de las regiones del sur se desplaza hacia el norte. Esta humedad se condensa y libera la energía que ayuda a calentar el aire en las latitudes del norte.
El aire frío de los polos y el aire más templado procedente de los anticiclones subtropicales situado a los 30° de latitud, están separados por el llamado frente polar, situado a unos 60° de latitud. Sobre éste y en altura (sobre unos 10 km) se observan unas fuertes corrientes de aire del oeste (en el hemisferio norte) producido por los fuertes gradientes de temperatura que existe en esta zona (pueden superarse vientos de 400 km/h). Este viento se llama jet polar o corriente de chorro (jet stream en inglés) y circula de oeste a este. Debido a inestabilidades hidrodinámicas acostumbra a estar fuertemente ondulado con sinuosidades y meandros. El chorro polar es el responsable del particular regimen meteorológico de las regiones templadas, que se caracteriza por la formación de estructuras atmosféricas en forma de frentes y depresiones y anticiclones en nuestras latitudes.
Mapa meteorológico de Europa Occidental
Si bien la corriente de chorro varía en tamaño y fuerza, la corriente es de miles de km de largo, centenares de km de ancho y pocos km de espesor. Se mueve a velocidades de entre 60 a 550 km/h (lo más frecuente, a 120 kms/h), y generalmente se encuentra a no más de 20 km de altura. Estos vientos de gran altitud afectan a los superficiales al mismo tiempo que ayudan a "dirigir" los sistemas superficiales del clima. La rotura del chorro polar es también el responsable de la formación de las gotas frías.
Existe también un jet o chorro subtropical, en torno a los 30°, aunque es mucho menos activo y tiene menos importancia meteorológica
La compleja dinámica de esta célula indirecta (porque es consecuencia de las otras dos) da lugar a la mayor variedad de climas del planeta (incluido el de la Península Ibérica).
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Celulas Polares (directa)
En las áreas que se encuentran entre las latitudes de 60° y los polos (90°), prevalecen los vientos polares o levantes polares. Estos forman una zona de aire frío que sopla desde el noreste hacia el suroeste (hemisferio del norte) y hacia el nordeste (hemisferio del sur) hasta que se encuentran con los del oeste, más cálidos. El encuentro entre los vientos polares del este y los del oeste es el frente polar, que se traslada a medida que ambas masas de aire se presionan entre sí de un lado al otro. El frente polar viaja del oeste al este y ayuda al aire frío a desplazarse hacia el sur y al aire húmedo y cálido, hacia el norte (hemisferio del norte) y, de ese modo, transporta energía calorífica a las regiones polares. Por consiguiente, el frente polar generalmente está acompañado por nubes y precipitaciones.
Esquemas del Modelo de las Tres células
convectivas de la circulación atmosférica
y sistemas de
vientos mundiales
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La circulación
general atmosférica está inducida por las diferencias de
presión
y calentamiento sobre la superficie de la Tierra y por
la rotación de ésta.
Recordar que junto con las corrientes marinas, la atmósfera a través de los movimientos del aire (calor sensible) y a través de los cambios de estado del agua (calor latente) equilibra el calentamiento diferencial entre el ecuador y las regiones polares.
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