Presión Atmosférica y Vientos

Transcripción

1 Presión Atmosférica y Vientos

2 Concepto de Presión La atmósfera contiene una gran cantidad de moléculas de gas que son atraídas hacia la Tierra por la fuerza de gravedad. Estas moléculas ejercen fuerza sobre todas las superficies con las que están en contacto, y la cantidad de fuerza ejercida por unidad de superficie es la presión.

3 Medidas de presión La unidad original para medir la presión atmosférica es el mmhg. La unidad estándar de presión es el pascal (Pa) Los meteorólogos en USA usan los milibares (mb) que equivale a 100 Pa. Un mb = 100 newtons por m 2. Los meteorólogos canadienses usan el kilopascal (kpa), que equivale a 1000 Pa, o 10 mb. La presión media a nivel del mar es mb que equivale a 760 mmhg.

4 Qué es la presión Imaginemos una caja cerrada

5 Las moléculas se mueven ejerciendo presión en las paredes. La presión puede aumentar por un aumento en la densidad de moléculas. Un aumento en la temperatura.

6 La presión refleja la densidad y la temperatura del gas

7 La ecuación de estado (Ley de los gases ideales) p = ρ R T donde p es presión expresada (Pa), ρ (rho) es la densidad del gas (kg), R es una constante equivalente a 287 joules por kg por kelvin, T es la temperatura en kelvins. Que significa la ecuación? Si la densidad del aire aumenta mientras la temperatura se mantiene constante la presión aumentará Si la densidad aumenta y la temperatura incrementa la presión aumentará

8 pero en la atmósfera es distinto. Porqué? 1. Temperatura varía con la altura Tropopausa en Ecuador: 18km altura Polo: 6km altura 2. Y porque esta compuesta por muchos gases

9 Cada gas ejerce una presión específica según su naturaleza: presión parcial La presión total ejercida es la suma de todas las presiones parciales. Nitrógeno: aprox. 760 mb Oxígeno: aprox. 240 mb Vapor de H 2 O: aprox. 10 mb Ley de Dalton

10 El aire se mueve constantemente para generar un equilibrio entre áreas de alta y baja presión

11 Lo que experimentamos como presión atmosférica no es mas que la masa de aire sobre nosotros empujada hacia abajo por la fuerza de gravedad. Presión en punto X = la masa (peso) de la atmósfera en ese punto El peso del aire a nivel del mar es aprox kg por m 2.

12 Instrumentos de medición El instrumento estándar de medición de presión es el barómetro de mercurio inventado por Evangelista Torricelli en 1643 (peso del aire) La presión barométrica es generalmente expresada como la altura de la columna de mercurio en el barómetro, usando de referencia aquella a nivel del mar que es de 76 cm aprox.

13 Barómetro aneroide: sin liquido /cámara comprimible con poco aire (semivacío). Funcionamiento: el peso de la atmósfera comprime la cámara y esta compresión es proporcional a la presión del aire. Cuando éstos toman medidas continuas por largos periodos, se llaman barógrafos.

14 ALGUNAS DEFINICIONES La presión superficial: presión observable en un lugar determinado La presión a nivel del mar: presión observable si el punto estuviese al nivel del mar. La presión a nivel del mar nos sirve de punto de comparación para presiones a distintas elevaciones.

15 Presión y elevación Dado que la presión atmosférica es respuesta al peso de la atmósfera, esta siempre decrece con la altitud.

16 La presión NO decrece a una tasa constante. Disminuye exponencialmente con la altura. Decrece más rápido en bajas que a altas elevaciones. 50% de la masa total de aire se encuentra por debajo de los 5 km.

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18 Distribución de presiones La distribución de las presiones (a nivel del mar) en el planeta, es una característica atmosférica variable (100mb max) Para visualizar esta distribución los meteorólogos grafican líneas que se llaman isobaras. Isobaras: líneas que conectan puntos que tienen la misma presión (normalizadas) a nivel del mar Los lugares que están entre dos isobaras tienen valores de presión dentro del rango de presión de las isobaras adyacentes.

19 Qué provocan estos centros de presión Si el aire de una región ejerce mayor presión que el aire en una región adyacente, el aire que esta en la región de alta presión se deslazará hacia la zona de baja presión, Que sería ese movimiento de aire de H a L?

20 1. Isobaras están descritas en intervalos de 4 mb 2. El espacio entre una y otra indica la intensidad del gradiente de presión entre localidades (tasa de cambio de presiones: distancia y diferencia)) motor del mov de los vientos (velocidad + algo mas) 3. Agrupamiento denso de isobaras indica una fuerte gradiente de cambio de presión (cambio rápido con la distancia) mientras que clusters menos densos indican un gradiente débil.

21 4% y son 3000km El gradientes de presión horizontal son en general pequeños entre un área y otra

22 Si el aire se mueve de centros de alta presión a centros de baja presión.. Esto implica que el aire debería ir siempre hacia arriba Por que el aire no se escapa hacia la parte alta de la atmósfera y aun podemos respirar?

23 La fuerza de gradiente de presión vertical y la fuerza de gravedad son normalmente del mismo valor y operan de direcciones opuestas. Esto se llama: EQUILIBRIO HIDROSTÁTICO

24 Presión y Temperatura Altas temperaturas generan centros de baja presión Bajas temperaturas generan centros de alta presión (por ej Anticiclón del Pacífico)

25 Misma masa pero menor densidad y los 500mb están ahora en 5700m Este cambio en densidad producto del calentamiento de la masa de aire genera que la columna fría tenga mayor gradiente de presión vertical En el aire tibio la presión atmosférica baja a 500mb en 5700m mientras que en el frío, esa presión se alcanza a los 5640m

26 Gradientes de presión horizontal en la atmósfera alta Las diferencias de presión en relación a una altura dada, varían en relación a la latitud (temperatura)

27 Presión y Latitud Teoría de la celda única Teoría de las tres celdas

28 Fuerzas que afectan la velocidad y dirección del viento La distribución desigual de la presión atmosférica la Tierra genera las gradientes de presiones horizontales que son el motor básico del movimiento del aire en forma de viento (movimientos advectivos). Si no hubiesen otras fuerzas, el aire siempre iría en dirección (recto) de mayor a menor presión. La situación no es tan simple producto de otros dos factores: Fuerza de Coriolis Fricción

29 Efecto Coriolis La rotación de la Tierra genera la fuerza de Coriolis que causa el desvío del viento hacia la derecha en el Hemisferio Norte y a la izquierda en el hemisferio sur La fuerza de Coriolis es cero en el ecuador e incrementa con el aumento de la latitud hasta ser máxima en los polos. La fuerza de Coriolis aumenta proporcional al aumento de la velocidad del objeto sobre el cual está actuando, sin embargo, ésta fuerza sólo puede cambiar la dirección del movimiento de un objeto pero nunca su velocidad.

30 Si un objeto se mueve en una base rotatoria en sentido antihorario 0 en el Ecuador y muy alta en los Polos

31 Los centros de alta presión expulsan el aire mientras que los de baja presión los atraen

32 Efecto de Coriolis sobre los centros de presión en el hemisferio norte y sur Como sale Como ingresa

33 Fricción El aire en contacto con la superficie experimenta roce por lo cual decrece la velocidad del viento. Donde se dan las mayores velocidades del viento? La fricción es muy importante en los 1.5 km más bajos de la atmósfera. El aire en la atmósfera libre, sobre los 1,5 km casi no experimenta fricción. Medición estándar 6 m de altura

34 La influencia de la fricción y la fuerza de Coriolis en el movimiento de las masas de aire cuando hay una gradientes de presión horizontal, la definió Newton con su segunda ley Esta ley dice que la aceleración de una parcela de aire depende de la fuerza neta que actúa sobre ella, por lo tanto necesitamos considerar todas las fuerzas juntas y considerar su magnitud y dirección.

35 La ecuación del movimiento Δv / Δt = F p + F c + F f F p es la gradiente de presión, F c efecto Coriolis, F f fricción. La ecuación nos dice que la aceleración de una masa de aire es la suma de todas las aceleraciones de estas tres fuerzas.

36 Ciclones y Anticiclones Movimiento estacional debido a la distinta exposición verano invierno

37 Presión atmosférica en el mes de enero

38 Presión atmosférica en el mes de julio

39 Cuál de los dos se ajusta mejor?

40 Las corrientes marinas en relación a los vientos globales

41 Las áreas de alta presión delimitadas por isobaras o contornos de altura de presión circulares se llaman anticiclones. ANTICICLONES Cerca de la superficie, el viento rota en sentido horario alrededor de los anticiclones en el hemisferio norte porque la fuerza de Coriolis los dirige hacia la derecha y el gradiente de presión los empuja hacia afuera del centro (alta presión!) En la parte alta de la atmósfera fluye paralelo a los contorno de altura En el Hemisferio Sur el flujo es contra horario.

42 Un anticiclón térmico es el descenso de una masa de aire debido a que está más fría que el entorno. Se produce cuando el aire desciende por enfriamiento, aumenta la presión atmosférica, y la pérdida de temperatura es mayor en las capas bajas que en las altas, provocando una inversión térmica. Provocan un tiempo seco, soleado y frío.

43 CICLONES Los centros cerrados de baja presión se llaman ciclones. Los espirales de aire van en dirección antihorario hacia la superficie en el Hemisferio Norte y rotan antihorario en dirección hacia arriba En el hemisferio sur ocurre lo contrario

44 Circulación general de la Atmósfera

45 Anticiclón del Pacífico Frente a las costas del norte de Chile, entre los 20 y 30 de latitud sur. Centro de alta presión. Masa de aire seco. Durante el verano se desplaza hacia el sur hasta los 45 de latitud sur, y retrocede en invierno a la altura de Curicó. La influencia del anticiclón en el clima y tiempo de Chile es muy fuerte.

46 Masas de aire sub tropicales y cinturón de bajas presiones (vientos alisios) empuja los vientos del oeste y no los deja pasar al norte Vientos del Oeste o westerlies Garreaud 2009

47 Zona de convergencia intertropical y su efecto en las lluvias del norte Las lluvias del altiplano vienen del subtrópico (vientos alisios) cargados de humedad, mientras que hacia la zona de Copiapó al sur, las lluvias (en verano), son producto de los Vientos del Oeste (modificado de Houston & Hartley 2003) (Vuille & Keimig 2004, en Placzek et al 2009)

48 Diagonal árida El anticiclón evita la entrada de vientos del oeste que traen agua En el sur, estos llegan y al chocar con la cordillera de los Andes descargan el agua y pasan secos a Argentina Cuando el anticiclón se desplaza hacia el norte (invierno) deja subir esos vientos que están cargados de agua y tenemos lluvia en la zona centro norte y sur de Chile

49 Los Vientos

50 Huracanes/Tifones/Ciclones Huracanes: Sobre el Atlántico y Pacífico este Tifones: Sobre el extremo del Pacífico oeste Ciclones: Océano Indico y Australia. Sistema de tormentas caracterizado por una circulación cerrada alrededor de un centro de baja presión y que produce fuertes vientos y mucha lluvia. Se forman sobre superficies cálidas y extraen su energía de la condensación de aire húmedo (calor latente).

51 Gradientes horizontales extremas: huracanes 50 mb menos que el exterior del huracán a solo 300 km En otras palabras.los cambios en la gradiente horizontal de presiones en un huracán pueden ser de 1mb cada 6 km.

52 El ciclón (centro de baja presión) sobre aguas oceánicas que tengan por lo menos 26.5 C. Los huracanes obtienen su energía del agua caliente de los trópicos y del calor latente de la condensación (esto libera energía) El aire caliente asciende enfriándose por la atmósfera (que disminuye su temperatura con la altitud y además por liberación del calor latente) El ciclón no se formará a menos de 500 kilómetros del ecuador debido a que la fuerza coriolis es demasiado débil (necesita girar con velocidad). Debe estar presente un área de alta presión en la atmósfera superior por encima de la tormenta en formación. En tales áreas de alta presión, el aire sopla hacia afuera. Esto empuja el aire que se eleva en la tormenta, lo que provoca que todavía más aire se eleve desde niveles inferiores.

53 Tornados o remolinos Un tornado es una violenta, y destructiva columna rotativa de aire en movimiento la en contacto tanto con la superficie de la tierra y una nube de cumulonimbos Las velocidades del viento van de 64 km/h a 177 km/h, midiendo aprox. 75 m. Se desplazan durante varios kilómetros antes de disiparse. Algunos extremos alcanzan 480 km/h y permanecen en tierra durante más de 100 kilómetros. Elementos: tiempo inestable, centro de baja presión, masa de aire frío y seco con tendencia descender y otra cálida y húmeda que asciende. El choque térmico de los dos frentes origina una poderosa tormenta y con ella una visible nube espesa de desarrollo vertical llamada cumulonimbo hasta el suelo formando el tornado.

54 Supercell

55 Algunos vientos locales

56 Brisa marina y terrestre Se genera por el calentamiento dispar de la superficie terrestre y la superficie del mar. El continente se calienta más rápido que el mar. Cerca del mediodía: se genera baja presión en el continente y alta en el mar lo que hace fluir el viento del mar al continente. Viento travesía Cerca del amanecer: continente se enfría más rápido y se origina un centro del alta presión generando que el viento sople en dirección al mar. Brisa terrestre Tienen curso diario

57 Puelche o Puihua Viento cálido originado en la zona patagónica de Argentina (Pampero). Al cruzar la cordillera se eleva y enfría y comienza a descender por la cordillera de los Andes a Chile produciéndose una gran compresión lo que libera energía. Esta energía se traduce en aumento de temperatura por sobre la media normal. Es un viento muy secante!!! (apoyo riego cultivos). Tiene equivalentes en otras partes montañosas del mundo. Mistral y Levante en España, Föhn en Suiza y sur de Alemania, Chinook en Alaska y Northern en Estados Unidos; Bura en Rusia, etc.

58 Vientos de valle y de montaña También tienen curso diario

59 Mediciones del viento Velocidad y dirección del viento son aspectos que TODA estación metereológica puede medir. Para esto se usa una veleta (dirección) y un anemómetro (velocidad) Velocidad promedio, ráfaga, dirección

60 La rosa de los vientos nos muestra los grados de desviación del norte representando el norte como 0 o 360 Dirección del viento

61 Los anemómetros poseen una especie de bolas abiertas unidas a un eje que da vueltas y esto genera corriente. La potencia de la corriente es proporcional a la velocidad del viento la cual es ploteada en un grafico o bien guardada electrónicamente en un computador. Velocidad del Viento

62 Aerovanes miden la velocidad y la dirección del viento en el mismo instrumento.