DINÁMICA GENERAL ATMOSFÉRICA

Factores que determinan el movimiento de las masas de aire

1 Presión atmosférica

La presión atmosférica es el peso que ejerce la masa de gases de la atmósfera por unidad de superficie. Este valor de presión atmosférica se denomina atmósfera, y equivale a 1.013 mb. Se mide mediante el barómetro que puede ser de mercurio o metálico. Las líneas que unen los lugares que tienen la misma presión atmosférica se denominan isobaras.

2 Transformación del calor superficie-atmósfera.

• Calor sensible: Éste calienta el aire situado en las inmediaciones del suelo, lo que origina un contraste térmico entre las capas superficiales y la alta troposfera, dando lugar a movimientos verticales del aire, en los que el aire superficial más caliente y menos denso ascenderá, dando lugar a movimientos verticales del aire frío (más denso) de altura. A este tipo de movimiento lo denominamos convectivo o de convección térmica.
• Calor latente: La presencia de vapor de agua añade fuerza ascensional al aire, debido a que lo hace más ligero por desplazar a los otros componentes del aire (N₂, O₂, CO₂) de mayor peso molecular. Para que el agua se convierta en vapor se precisa una cantidad de calor, debido al enfriamiento originado por el ascenso, libera el calor latente en forma de calor sensible que provoca un aumento de la temperatura del aire.

3 La humedad del aire

La humedad es el contenido en vapor de agua del aire. Se mide mediante el higrómetro.

• Humedad absoluta: Se expresa en gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire. Cuanto mayor sea la temperatura del aire, más cantidad de vapor admite; no obstante, la humedad absoluta se sitúa alrededor de 10-12 g/m³. Pero siempre existe un límite, pasado el cual no admite más vapor.
• Humedad relativa: Es la capacidad del aire para absorber vapor hasta la saturación; la proporción de vapor de agua de una masa de aire, en relación con la máxima cantidad que pueda contener, expresada en tanto por ciento. Cuando aumenta la temperatura, la humedad relativa disminuye. Una humedad relativa del 100% corresponde al punto de rocío. La humedad relativa del aire puede aumentar:

a) por evaporación, a partir de una extensa masa de agua con lo que aumenta la humedad absoluta.
b) por disminución de la temperatura del aire, con lo que disminuye la humedad de saturación o lo que es lo mismo, su capacidad para contener vapor de agua.

Punto del rocío: Es la temperatura crítica a la cual una masa de aire se satura por enfriamiento. Por debajo de ella la condensación se manifiesta mediante la producción de diminutas gotitas de agua. Cuando el punto del rocío se alcanza a ras del suelo, la condensación sobre las partículas suspendidas en el aire constituye la niebla. Cuando se condensa sobre cualquier superficie fría en forma líquida da lugar al rocío o la escarcha.

4. Gradientes de temperatura

Los movimientos verticales de las masas de aire son consecuencia de las variaciones de temperatura que se dan con la altura. Cuando una masa de aire asciende, disminuye su presión y se expande, lo que va a dar lugar a que aumenten las distancias intermoleculares por lo que disminuirá la temperatura. Este descenso de temperatura se denomina enfriamiento adiabático. Cuando una masa de aire desciende, se comprime, aumentando su temperatura denominándose este proceso calentamiento adiabático. El aire que desciende de las capas altas de la atmósfera se comprime y se calienta adiabáticamente. Estos procesos son adiabáticos ya que no se produce intercambio de calor entre el sistema en el que se realiza y el exterior.

5 Gradiente térmico vertical (GTV)

Representa el descenso de la temperatura con la altitud, a razón de 0,6 ºC/100 m. Se debe a que la fuente de calor en la atmósfera es la irradiación desde el suelo. Mientras más alejado de la fuente, más frío estará el aire. Inversión térmica, fenómeno natural que consiste en el cambio de posición de las capas de aire caliente y frío; el aire frío se queda abajo y el aire caliente se sitúa sobre el frío. El aire que se encuentra en las capas superiores no modifica su temperatura, queda un aire más frío y denso debajo de un aire tibio y por lo tanto menos denso. El aire tibio que queda arriba por ser más ligero que el aire frío, impide la salida del aire frío creándose así la inversión térmica. La inversión térmica puede retener el ascenso y dispersión de contaminantes de las capas más bajas de la atmósfera y causar un problema localizado de contaminación del aire.

Podemos distinguir dos tipos de inversión:

• Inversión térmica de altura: Se da normalmente en los periodos de invierno y es la que afecta más gravemente a la población, pues no permite la dispersión de los humos y gases debido a que el aire más frío llega a tener una altura de 800 a 1200 m.
• Inversión térmica a nivel del suelo: Se puede identificar fácilmente por la formación de una pequeña capa de vapor de agua sobre la hierba durante las primeras horas del día, que no desaparece sino hasta que el sol caliente el suelo.

6. Gradientes adiabáticos

Cuando una masa de aire asciende, se desplaza de una zona de mayor presión a otra de presión más baja, pues esta disminuye con la altura, lo que produce una expansión del aire y por ello un descenso de su temperatura. Cuando desciende, se comprime y aumenta la temperatura. Este proceso de enfriamiento o calentamiento por movimientos de ascenso o descenso es un proceso adiabático, pues no hay intercambio de calor con el medio ambiente exterior; el calor es constante: hay únicamente una expansión o compresión de los gases. Se entiende por gradiente adiabático la variación de temperatura que experimenta una masa de aire en movimiento vertical según la altitud. Dicha variación se estima en 1 ºC/100 m para el aire seco (gradiente adiabático seco – GAS). A medida que se asciende y la temperatura disminuye, la del vapor y la liberación del calor latente de vaporización, lo que hace disminuir el ritmo de descenso de la temperatura por término medio 0.5 ºC/100 m.

Estabilidad e inestabilidad atmosférica: anticiclones y borrascas

Si la burbuja al ascender y enfriarse encuentra una atmósfera más caliente que ella, bajará y volverá al nivel de partida (estabilidad). Si el aire de alrededor es más frío que ella, proseguirá su ascenso (inestabilidad).

Condiciones de estabilidad

La atmósfera tiene estabilidad cuando las capas de aire se superponen por orden de densidad: las más densas se sitúan abajo y las menos densas arriba. La estabilidad se percibe por la ausencia de movimientos verticales ascendentes, relacionada con los anticiclones o zonas de altas presiones.

Esto sucede cuando GVT < GAS. El aire al ascender se enfría más rápidamente que el aire del entorno, por lo que se hace más denso y desciende. Se dan las siguientes situaciones:

a) En invierno, cuando el suelo está muy frío, el aire en contacto con él se enfría y se hace más denso, por lo que se queda en las capas bajas.
b) En los casos de niebla en los valles montañosos, se producen en pleno día inversiones térmicas que se explican por déficit de insolación en las capas bajas.
c) En verano la superficie del mar tarda más en calentarse que la tierra, en los océanos se forman los anticiclones en verano, en el continente lo hacen en invierno.

Condiciones de inestabilidad

La atmósfera es inestable (GVT > GAS).

• Cuando una masa de aire se calienta por su base, el calor la dilata y disminuye su densidad, por lo que asciende por convección y se forma un centro de bajas presiones o borrasca. Las capas de aire densas y frías tienden a bajar, mientras que las más ligeras suben. Al enfriarse en su ascenso y alcanzar el punto de rocío, se forman nubes que pueden originar lluvia.
• Ocurre también por enfriamiento anormal de las capas superiores debido al aporte de aire más frío que viene de los polos (gota fría).

Son zonas inestables las áreas ecuatoriales, debido al calentamiento (y la consiguiente evaporación del agua) producido por la perpendicularidad de los rayos solares.

Efecto Foehn

Las masas de aire húmedo se ven forzadas por las cordilleras. A medida que el aire asciende a barlovento se enfría según los gradientes adiabáticos. Si el enfriamiento ha sido intenso el vapor de agua condensado terminará produciendo lluvia. Traspasada la cordillera el aire desciende a sotavento. Al hacerlo se calienta según el gradiente adiabático seco. Describe este gradiente porque…