La causa de los movimientos de las masas de aire, dentro de la troposfera, es la existencia de regiones con diferentes características térmicas, de humedad y de presión atmosférica. Veamos cómo estos tres factores determinan los movimientos verticales del aire:
a)Diferencias de temperatura.
El aire caliente es más ligero que el aire frío y, por tanto, tiende a desplazarse hacia arriba; el aire frío se mueve hacia abajo. Este movimiento se denomina convección térmica.
b)Diferencias de humedad.
Diferenciaremos humedad absoluta, que es la cantidad de agua expresada en g/m3, de la humedad relativa. Ésta se define como la cantidad de vapor de agua que hay en una masa de aire en relación con la que cantidad máxima que puede contener a una temperatura dada; se expresa en tanto por ciento.
El punto de rocío representa la temperatura a la cual el vapor de agua se vuelve líquido.
Lógicamente esto también depende de la cantidad de vapor de agua (humedad absoluta), por eso hay muchos puntos de rocío. Obsérvese que la condensación o punto de rocío depende de la humedad absoluta y de la temperatura. Se pueden representar gráficamente todos los puntos de rocío y resulta una curva que separa las condiciones en que el aire contiene agua está en forma de vapor (a la derecha) de las condiciones en las que el aire está saturado (a la izquierda). La línea representa la condensación.
La densidad del aire seco es mayor que la densidad del aire cargado de humedad ya que el agua tiene menor peso molecular que los gases mayoritarios de la atmósfera (N2 y O2). Por eso el aire húmedo tiende a ascender mientras que el aire seco tiende a descender. Este fenómeno se denomina convección por humedad y nos permite entender la formación de nubes.
Cuando una masa de aire húmedo asciende ocupa regiones cada vez más frías por lo que se alcanza el punto de rocío, se produce la condensación y la formación de pequeñas gotitas de agua que constituyen las nubes. Este fenómeno es especialmente claro en verano, las nubes van creciendo a lo largo del día con una cúpula irregular pero una base muy horizontal que se corresponde con el nivel de condensación. Este nivel de condensación no está siempre a la misma altura ya que depende de la temperatura y de la humedad absoluta.
Un fenómeno parecido es el que da lugar a las precipitaciones orográficas. Los vientos empujan masas de aire húmedo hacia las montañas obligándolas a ocupar posiciones cada vez más altas.
Conforme el aire húmedo asciende se produce la condensación, la formación de nubes y las precipitaciones. Esto explica que las lluvias sean más frecuentes en las montañas.
c)Diferencias de presión.
La presión atmosférica no es igual en todos los sitios: las masas de aire de baja presión, denominadas borrascas, tienden a ascender mientras que las masas de aire de alta presión o anticiclones tienden a moverse hacia abajo. La presión se representa en los mapas meteorológicos mediante isobaras, líneas que unen puntos de igual presión; la diferencia entre isobaras consecutivas es de 4 milibares (mb). Por encima de 1015 mb se considera anticiclón; por debajo de 1015 mb, borrasca.
Resumiendo y considerando simultáneamente los tres factores anteriores, podemos decir que los movimientos verticales ascendentes se producen cuando hay masas de aire calientes, húmedas y de baja presión. Los movimientos descendentes corresponden a masas de aire frías, secas y de alta presión.
Cuando una masa de aire asciende los cambios de temperatura de ésta no se corresponde exactamente con el enfriamiento en altura del aire que la envuelve al que llamamos gradiente vertical de temperatura (GVT) y que tiene un valor de 0.65 ºC/100m. Una masa de aire en ascenso también se enfría pero lo hace a un ritmo diferente del GVT y variable según esa masa de aire contenga vapor de agua o agua líquida:
· El gradiente adiabático seco (GAS) determina cómo disminuye la temperatura de una masa ascendente de aire con agua en estado gaseoso; lo hace a razón de 1º C cada 100m, es decir
más rápidamente que el aire “de fuera” que sigue la pauta de 0.65ºC/100m.
· El gradiente adiabático húmedo (GAH) se refiere al cambio de temperatura de una masa que asciende cargada de agua en estado líquido. Su enfriamiento es más lento y variable entre 0.3 y 0.7ºC/100m.
En algunas ocasiones se producen inversiones térmicas, es decir, el aire de arriba está más caliente que el aire de las zonas bajas, lo que hace que éste no pueda ascender y quede atrapado entre la superficie del suelo y la capa caliente. Esta situación dificulta la dispersión de la
contaminación.
Los movimientos horizontales se deben a la existencia de masas de aire diferentes pero que se encuentran a una altitud parecida; nos interesan sobre todo los que se producen a nivel del suelo. En estos casos se produce un movimiento lateral, el viento, por el cual las masas más densas se desplazan hacia las más ligeras. Por eso el viento va de los anticiclones a las borrascas y su velocidad será tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de presión; en un mapa de isobaras las zonas de fuertes vientos se corresponden con zonas en las que las isobaras están muy próximas. Los vientos son convergentes en las borrascas y divergentes en los anticiclones.
Las diferencias de insolación entre regiones del planeta provocan importantes diferencias de temperatura y, como consecuencia, vientos característicos de cada una de las zonas climáticas. Esos vientos los estudiaremos en el apartado 3.4. Circulación general atmosférica y zonas climáticas.
Unos vientos particulares son las brisas marinas que tienen su origen en el desigual calentamiento continente-océano. Durante el día el continente se calienta antes de que lo haga el mar, que tiende a mantener las bajas temperaturas nocturnas durante más horas. Por eso se establece una circulación convectiva: el aire caliente del continente se mueve hacia el mar pero lo hace a cierta altura y el aire frío del mar se mueve hacia el continente cerca de la superficie; los habitantes de la costa perciben una brisa fresca de mar a tierra. Por la noche la situación se invierte, el mar está más cálido que el continente y la brisa fresca va de tierra a mar.
La dirección del viento no suele ser rectilínea porque sufre una desviación conocida como efecto Coriolis y que es debida a la rotación terrestre. La velocidad de rotación es menor en los polos, recorriendo en 24 horas un trayectoria mucho más pequeña que en el ecuador. Por eso cuando
una masa de aire parte del ecuador hacia el polo norte tiende a adelantarse en su rotación ya que la superficie terrestre va girando más despacio que ella, a medida que ésta avanza en latitud. De esta forma la dirección del viento en lugar de ser hacia el norte pasa a ser hacia el noreste, es decir se ha desviado a la derecha. Si la masa de aire fuera del polo al ecuador se encontraría con una superficie terrestre que gira cada vez más deprisa por lo que se iría quedando rezagada respecto a la velocidad de rotación; por eso el viento en lugar dirigirse hacia el sur lo hace hacia el suroeste, se desvía a la derecha. En el hemisferio sur ocurre algo parecido pero los vientos son desviados a la izquierda de su trayectoria inicial.
El efecto Coriolis también afecta a los vientos convergentes de una borrasca. Los vientos son desviados a la derecha provocando que la borrasca gire en sentido contrario a las agujas del reloj.
Los vientos divergentes del anticiclón son desviados de igual manera ocasionando un movimiento general del anticiclón a favor de las agujas del reloj (para el hemisferio norte en ambos casos).
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