Introducción a la atmósfera -...

IntroducciónIntroducción a a la la atmósferaatmósfera

Taller de Introducción a la MeteorologíaSegundo Semestre 2010Dr. Gustavo V. NeccoIMFIA – FING/ IF - FCIEN

Earth System Sciences(ESS)

Atmósfera

R=6370 km

H~30 km

Biósfera

Criósfera

Hidrósfera

Litósfera

Esfera rotando360 grados cada24 horas

La atmósfera

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra.

Es difícil determinar exactamente su espesor, puesto que los gases que la componen se van haciendo menos densos con la altura, hasta prácticamentedesaparecer a unos pocos cientos de kilómetros de la superficie.

La atmósfera está formada por una mezcla de gases, la mayor parte de loscuales se concentra en la denominada homosfera, que se extiende desde el suelo hasta los 80-100 kilómetros de altura.

El 99,00% de la masa total de la atmósfera se encuentra por debajo de los 30 km de altura. A esta altura, su espesor relativo al radio terrestre resulta sermuy pequeño: 1 en 200 (30km/6000km), y por consiguiente se presentacomo una capa muy delgada sobre una esfera rotante (la tierra).

Composición de la atmósfera

Es importante recordar que la concentración de estos gases varía con la altura, siendo especialmente acusadas las variaciones del vapor de agua, que se concentra sobre todo en las capas próximas a la superficie.

Las capas de la atmósfera

Según su estructura térmicavertical

ionosfera

TROPOSFERA : es la capa más cercana a la superficie, que se extiende hasta unos 12 km sobre ella (unos 19 km en el Ecuador y unos 9 km sobre los Polos). La temperatura disminuye a una tasa promedio de 6.5 °C por kilómetro. En esta capa, que concentra un 80% de toda la masa de la atmósfera, ocurren los fenómenos meteorológicos más relevantes. En el límite superior de la tropósfera, denominado TROPOPAUSA, donde la temperatura deja de disminuir, la temperatura es cercana a -55°C.

ESTRATOSFERA: se encuentra por encima de la tropósfera y se extiende hasta unos 45 km. En ella la temperatura aumenta con la altura hasta un valor cercano a 0°C en su límite superior denominado ESTRATOPAUSA. La concentración de masa atmosférica en los niveles superiores de la estratósfera y en las capas por encima de ella es tan baja (recuerde que un 99% de la masa está concentrada por debajo de los 30 km aproximadamente) que el significado de la temperatura no es el mismo que tiene a nivel de la superficie del planeta.


Por encima de la estratósfera la temperatura disminuye con la altura, definiendo la capa denominada MESOSFERA, la cual culmina a unos 80 km de altitud donde la temperatura es del orden de -90°C(MESOPAUSA).

Por encima de ese nivel, y hasta un nivel superior no bien definido la temperatura vuelve a aumentar con la altura definiendo la capa denominada TERMOSFERA.

Estas capas se han definido teniendo en cuenta el perfil térmico vertical.

También se distinguen otras capas, como la OZONOSFERA, entre los 12 y 50 km de altura, donde se encuentra el máximo de ozono (O3) y la IONOSFERA, una extensión de la termosfera, entre los 90 y 1.100 kilómetros de altura, donde existen capas formadas por átomos cargados eléctricamente, llamados iones. Al ser una capa conductora de electricidad, es la que posibilita las transmisiones de radio y televisión por su propiedad de reflejar las ondas. También se producen allí las auroras


Circulación general de la atmósfera

(Calentamiento diferencial)

La radiación solar


FRIO

FRIO FRIO

FRIO

CAL CALCALCAL

En el sistema Tierra-Atmósfera el calentamiento diferencial (a) porla radiación origina (b) circulaciones atmosféricas.

(a) (b)

SUPERFICIE FRIA SUPERFICIE CALIENTE

AIREFRIO

DENSO

AIRECALIENTELIVIANO

ADVECCION

Convección (en sentido amplio)Movimiento vertical resultante del calentamiento diferencial del aire por el contraste de temperaturas en superficie.

El flujo horizontal debido a una corriente convectiva es el « viento ».La convección en escalas grandes y pequeñas explican tanto las circulaciones hemisféricas como los vientos locales. El flujo horizontal se denomina « advección », pero normalmente se usa este término para el transporte de propiedades atmosféricas : p.e. advección caliente; advecciónfría, advección de vapor de agua.

La fuerza de CoriolisEfecto de la rotación terrestremáximo en los polos

Nulo en el Ecuador

Nomenclatura global

meridi

ano

Fluj

om

erid

iona

l

90°N Polo Norte

30°N

Latitud =60°N

90°S Polo Sur

60°S

30°S

0°

Flujo zonal

polar

Paralelo 30

90°W 60°W = longitud

Ecuador

subpolar

latitudes medias

subtropical

ecuatorialo tropical

subtropical

subpolarpolar

latitudes medias

Rotación ciclónica:En el mismo sentido que la rotación de la tierra

Rotación anticiclónica:

En sentido contrario al de la rotación de la

tierra

L

BA

H

H.S. H.S.

Supone una Tierrade superficie lisay uniforme


Celda de Hadley

Celda de Ferrel

Vientos del Oeste

Alisios del NE

Alisios del SECorriente en chorrosubtropical

Corriente en chorropolar

Corriente en chorropolar

Celda de Hadley

Zona de ConvergenciaInterTropical (ITCZ)

Anticiclonessubtropicales

La rotación de la Tierradesvía los vientos hacia la derecha en el H.N. y haciala izquierda en el H.S.


Supone una Tierrade superficie lisay uniforme

Relación entre presión y viento: Depresión en superficie

Relación entre presión y viento: Anticiclón en superficie

Circulación alrededor de los sistemas báricos en superficie

En superficie el viento se dirige,en espiral, desde los centros de altapresion hacia los centros de baja presión, cruzando las lineasisobaras con un ángulo (debido al frotamiento)

La corriente en chorro (Jet-stream)

La corriente en chorro es un máximo de viento en altura, muy angosto y chato, que ondula alrededor del globo en forma de ondas. Se posicionan en las zonas de máximo contraste térmico.Pueden existir en zonas subtropicales, aunque son menos intensos que los de latitudes medias.


Gemini XII

Corriente en chorro sobre el Valle del Nilo y el Mar Rojo

Ondas en altura

L

A

H

B

Debido al gradiente de temperatura y a la rotación terrestre se forman ondasde miles de km de longitud en la corriente en chorro situada por encima delfrente polar

Estas ondas crecen de amplitud y las masas de aire frias y calidas se desprenden formando centros de baja presión (fríos) y de alta presión(calientes) en altura que dominan el tiempo en latitudes medias (sistemasdinámicos).

21 Agosto 0606:00 PM GMT


Ejemplos

Interpretación de las imágenes de los satélites meteorológicos

VISIBLE (VIS)Las imágenes en el espectro visible representan la cantidad de luz que es reflejada hacia el espacio por las nubes o la superficie de la tierra. El agua y la tierra sin nubes son normalmente oscuras, mientras que las nubes y la nieve se presentan brillantes. Las nubes espesas son más reflectivas y aparecen más brillantes que las tenues. Sin embargo, en estas imágenes del espectro visible es difícil discernir entre nubes altas y bajas. Para esto son útiles las imágenes de satélite en el infrarrojo. Las imágenes en el espectro visible no se pueden obtener en ausencia de luz solar.


INFRARROJO (IR)

Las imágenes del infrarrojo representan la radiación infrarroja emitida por las nubes o la superficie de la tierra. En realidad, son medidas de temperatura.

En una imagen infrarroja, los objetos más calientes aparecen más oscuros que los fríos. Las zonas sin nube serán normalmente oscuras, pero también las nubes muy bajas y la niebla pueden aparecer oscuras. Casi todas las otras nubes se presentarán claras.

Las nubes altas son más claras que las bajas.


VAPOR DE AGUA (WV)

Las imágenes de vapor de agua representan la cantidad de vapor de agua de la atmósfera.

Son útiles para indicar zonas de aire húmedo y seco.

Los colores oscuros indican aire seco, mientras que un blanco más brillante indica que el aire es más húmedo.

ZonaZona de de convergenciaconvergencia intertropicalintertropical

Zonasfrontales

GruposGruposde de nubesnubesconvectivasconvectivas

Vórtice ciclónico(Baja o depresión)

IR realzado

• Aéreos : viento• Acuosos: lluvia, nieve, granizo• Luminosos: arco iris, halos, auroras• Eléctricos: rayo

Variables fundamentales:> Presión> Temperatura del aire> Humedad

Variable atmosférica (P,T,H, viento) o fenómeno meteorológico (tormentas, nieblas, ciclones, anticiclones, etc) que caracterizan el estado del tiempo en un lugarespecífico y en un momento dado.

Qué es meteorología?

Elemento meteorológico

La tendencia es hacia una Ciencia del Sistema Tierra en conjunto (CST), lo cual implica una aproximación integrada del estudio de la Tierra para explicar su dinámica, su evolución y el cambio global. En esta aproximación, la Tierra es considerada como un sistema unificado de componentes que interactúan.

La Meteorología dentro de la Ciencia del Sistema Tierra (CST)(ESS: Earth System Science)

Al tratar con la descripciónpasada, presente y futuradel completo sistema del

clima, la climatologíamoderna ha obtenido un

alcance mayor

OMM No 258, Vol. I, Cuarta edición, 2001

Escalas espaciales y temporales de fenómenos meteorológicos

(WMO No. 993, 2006)

(Tormenta severa)

TeóricaFísicaDinámicaExperimentalSinópticaMicrometeorologíaMesometeorologíaMacrometeorologíaHidrometeorologíaMédicaAplicada

- Aeronáutica- Marítima- Agrícola (o Agrometeorología)

Algunas ramas de la meteorología

Estaciones meteorológicas

- Metódicas- Sistemáticas- Uniformes- Ininterrumpidas- A horas fijas

Tipos de observaciones

- Sinópticas- Climatológicas- Aeronáuticas- Marítimas- Agrícolas- De altitud- Otras (especiales – contaminacion, radiación, etc)

Horas- en superficie Horas principales: 00:00 06:00 12:00 18:00 UTC

Horas intermedias: 03:00 09:00 15:00 21:00 UTC - en altitud 00:00 12:00 UTC- aeronáuticas horarias, en el momento del despegue o aterrizaje;

en vuelo en cualquier momento

Observaciones meteorológicas

Sistema Mundial de ObservacionesEstaciones en superficie

Alrededor de 11000 estaciones terrestres (4000 intercambian informacion en tiempo real)

From a network of

Sistema Mundial de ObservacionesEstaciones en altitud

Alrededor de 900 estaciones de altura lanzan diaramente radiosondas una o dos vecesal día (15 buques en áreas oceánicas)

Sistema Mundial de ObservacionesObservaciones marítimas

Alrededor de 7000 buques. (40 % en el mar en un momento dado) Se complementancon alrededor de 900 boyas a la deriva.

Sistema Mundial de ObservacionesObservaciones aeronáuticas

Más de 3000 aviones reportan P, T y viento durante el vuelo. El sistema AircraftMeteorological Data Relay (AMDAR) da viento y T de alta calidad en el ascenso, descenso y en crucero( 78000 informes en el 2000 / 300000 en el 2005).

Sistema Mundial de ObservacionesSatélites meteorológicos

5 orbitales6 geoestacionarios

Tiempo y clima

Cuando la repentina entrada de un frente frío nos arruina nuestros planes del fin de semana de salir al campo, nos estamos refiriendo a un fenómenometeorológico que puede durar desde varias horas a varios días. Estamoshablando de “tiempo” (meteorológico).

Cuando afirmamos que en nuestra ciudad los inviernos son muy fríos ysecos, estamos considerando un periodo de tiempo de decenas de añospara realizar una valoración promedio de las temperaturas y precipitacionesinvernales. En este caso, estamos hablando del « clima » de nuestraciudad.

Podríamos decir que el clima es la síntesis del tiempo. Formalmente, elclima se define como el conjunto de estados de tiempo atmosférico que se producen en una determinada región y que otorgan a ésta una particular idiosincrasia. El concepto de clima incluye no sólo los valores medios de las variables meteorológicas, sino también sus extremos.

Factores climáticos

La palabra clima tiene su origen en el idioma griego y significainclinación.

En la distribución de las zonas climáticas de la Tierra intervienen lo quese ha denominado factores climáticos, tales como la latitud, altitud y localización de un lugar y dependiendo de ellos variarán los elementosdel clima.

Justamente la latitud es uno de los factores principales que determinanlas grandes franjas climáticas. En ello interviene por un lado la inclinación del eje de la Tierra respecto del plano orbital (23.5°) y, porotro, la forma esférica de la Tierra, ya que su mayor extensión en el Ecuador permite un mayor calentamiento de las masas de aire en estaszonas permanentemente; disminuyendo progresivamente desde losTrópicos hacia los Polos, que quedan sometidos a las variacionesestacionales según la posición de la Tierra en su movimiento de traslación alrededor del Sol.

SOLSolsticiode junio

Solsticio de diciembre

Equinoccio de septiembre

Equinocciode marzo

Plano orbital

Estaciones del año

Luz solar Luz solar

Verano H.N.Invierno H.N.

Máxima recepción de radiaciónpor unidad de superficie

Mínima recepción de radiaciónpor unidad de superficie

23.5°

Zonas climáticas y clases de climas

Efecto invernadero

Dentro de un invernadero la temperatura es más alta que en el exterior porque entra más energía de la que sale, por la misma estructura del habitáculo, sin necesidad de calefacción para calentarlo.

En la atmósfera se produce un efecto natural similar de retención del calor gracias a algunos gases atmosféricos llamados de «efecto invernadero»{entre ellos el dióxido de carbono (CO2), el vapor de agua (H2O) y el metano (CH4)}.

El «efecto invernadero» hace que la temperatura media de la superficie de la Tierra sea 33ºC mayor que la que tendría si no existieran gases con efecto invernadero en la atmósfera.

La temperatura media en la Tierra es de unos 15ºC y si la atmósfera no existiera sería de unos -18 ºC.

Se le llama efecto invernadero por similitud, porque en realidad la acción física por la que se produce es muy distinta a la que sucede en el invernadero de plantas.Se estima que la intensificación de este efecto por la actividad humana, que aumenta la concentración de gases de efecto invernadero, es un factor mayor en el actual calentamiento global de la atmósfera.

Efecto invernadero natural

La radiación solar pasa a través de la atmósfera

Algo de la radiación solar se refleja por la tierra y la atmósfera

Pero la mayoría es absorbida por la superficie terrestre y la calienta (radiación IR). Parte de la radiación infrarroja pasa a través de la atmósfera y parte es reabsorbida y reemitida en todas direcciones por las moléculas de gases con efecto invernadero.

El resultado es el calentamiento de la superficie terrestre y de la baja atmósfera

Mantiene la temperatura media global de la atmósfera a unos 15°C. Si no existiera éstasería de –18°C

EL SISTEMA CLIMATICO Y SUS SUBSISTEMAS

SALINIDAD ESCORRENTIA

HUMEDAD DEL SUELO

H : Hidrosfera (oceános) L : Litosfera (tierras)

C : Criosfera (nieve & hielo)A : Atmosfera B : Biosfera

FUSION DENIEVES

CONGELAMIENTOY FUSION DEHIELO MARINO

PREC

IPIT

AC

ION

EVA

POR

AC

ION

GLACIARES

Earth System ScienceFenómenos

Astronómicos

Radiación

SOL

Hidrosfera

Criosfera Biosfera

Antroposfera

LitosferaTierra sólida

Atmosfera

TIERRA

Pérdida de calor

El clima es consecuencia del vínculo queexiste entre la atmosfera, la hidrosfera, lascapas de hielos (criosfera), los organismosvivientes (biosfera), los suelos, sedimentos y rocas (litosfera) y el hombre (antroposfera).

Sólo si se considera al sistema climático bajo estavisión holística, es posible entender los flujos de materia y energía en la atmosfera y finalmentecomprender las causas del cambio global .

342 Wm-2

235 Wm-2

Reflejada107 Wm-2

CLIMA desde el puntode vista del ESS

URUGUAYESTADÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS 1961-1990Estadísticas mensuales, para el periodo 1961-1990 de temperaturas, lluvias, días con lluvia, presión, humedad relativa, presión de vapor, velocidad de viento, etc., según 12 Estaciones Meteorológicas:

mm/mes

Las desviaciones típicas de las precipitaciones mensuales son similares a la mediade cada mes del año (“Si bien cada mes del año tiene una lluvia media de 100mm, cualquiermes puede llover más de 300mm o que no se registren lluvias”, de otra forma, “Encontrar unaño similar al ciclo medio anual medio de precipitación tiene probabilidad cero”).…existe una alta incertidumbre en la disponibilidad mensual de agua…

J.L. Genta, N. Failache

“El Uruguay es un pais seco donde llueve mucho” (Ing. Carlos M. Maggiolo)

OTD: Optical Transient Detector LIS: Lightning Imaging Sensor

Uruguay: zona con fenómenos meteorológicos severos

Supercelda en el Rio de la Plata, el dia 10 de marzo 2002, 13:30 hs

Fotos: Ignacio Landini

Nube arcusPunta delEsteDiciembre2001

Zona donde los fenómenos severosconvectivos son más frecuentes

Nascimento & Doswell, 2004

Supercelda en Pato BrancoParaná, 24 noviembre 2003

ULJ

LLJ

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