Taller de Introducción a la Meteorología Segundo Semestre 2010 Dr. Gustavo V. Necco IMFIA FING/ IF - FCIEN. Introducción a la atmósfera

Transcripción

1 Taller de Introducción a la Meteorología Segundo Semestre 2010 Dr. Gustavo V. Necco IMFIA FING/ IF - FCIEN Introducción a la atmósfera

2 Earth System Sciences (ESS) Criósfera R=6370 km Atmósfera H~30 km Hidrósfera Biósfera Litósfera Esfera rotando 360 grados cada

3 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 prácticamente desaparecer a unos pocos cientos de kilómetros de la superficie. La atmósfera está formada por una mezcla de gases, la mayor parte de los cuales se concentra en la denominada homosfera, que se extiende desde el suelo hasta los 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 ser muy pequeño: 1 en 200 (30km/6000km), y por consiguiente se presenta como una capa muy delgada sobre una esfera rotante (la tierra).

4 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.

5 Las capas de la atmósfera ionosfera Según su estructura térmica vertical

6 Las capas de la atmósfera 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.

7 Las capas de la atmósfera 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 (O 3 ) y la IONOSFERA, una extensión de la termosfera, entre los 90 y 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

8 La radiación solar Circulación general de la atmósfera (Calentamiento diferencial)

9 Circulación general de la atmósfera (a) FRIO (b) FRIO CAL CAL CAL CAL FRIO FRIO En el sistema Tierra-Atmósfera el calentamiento diferencial (a) por la radiación origina (b) circulaciones atmosféricas.

10 Convección (en sentido amplio) Movimiento vertical resultante del calentamiento diferencial del aire por el contraste de temperaturas en superficie. AIRE FRIO DENSO AIRE CALIENTE LIVIANO ADVECCION SUPERFICIE FRIA SUPERFICIE CALIENTE 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; advección fría, advección de vapor de agua.

11 La fuerza de Coriolis Efecto de la rotación terrestre máximo en los polos Nulo en el Ecuador

12 Nomenclatura global Rotación ciclónica: En el mismo sentido que la rotación de la tierra L Ecuador meridiano Flujo meridional 90 N Polo Norte polar subpolar latitudes medias Paralelo 30 subtropical ecuatorial o tropical Flujo zonal Rotación Latitud = anticiclónica: En sentido contrario 60 N al de la rotación de la tierra 30 N 0 H H.S. B subtropical latitudes medias 90 W 60 W = longitud subpolar polar 60 S 30 S A H.S. 90 S Polo Sur

13 Circulación general de la atmósfera Celda de Ferrel Celda de Hadley Supone una Tierra de superficie lisa y uniforme

14 Circulación general de la atmósfera a rotación de la Tierra esvía los vientos hacia la erecha en el H.N. y hacia a izquierda en el H.S. Vientos del Oeste Alisios del NE orriente en chorro lar Anticiclones subtropicales na de Convergencia tertropical (ITCZ) Celda de Hadley Corriente en chorro subtropical Corriente en chorro polar Alisios del SE Supone una Tierra de superficie lisa y uniforme

15 Relación entre presión y viento: Depresión en superficie

16 Relación entre presión y viento: Anticiclón en superficie

17 Circulación alrededor de los sistemas báricos en superficie En superficie el viento se dirige,en espiral, desde los centros de alta presion hacia los centros de baja presión, cruzando las lineas isobaras con un ángulo (debido al frotamiento)

18 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.

19 La corriente en chorro (Jet-stream) Gemini XII Corriente en chorro sobre el Valle del Nilo y el Mar Rojo

20 Ondas en altura Debido al gradiente de temperatura y a la rotación terrestre se forman ondas de miles de km de longitud en la corriente en chorro situada por encima del frente polar L H B A 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 (sistemas dinámicos).

21 La corriente en chorro (Jet-stream) Ejemplos 21 Agosto 06 06:00 PM GMT

22 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.

23 Interpretación de las imágenes de los satélites meteorológicos 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.

24 Interpretación de las imágenes de los satélites meteorológicos 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.

25 Zona de convergencia intertropical Zonas frontales Grupos de nubes convectivas Vórtice ciclónico (Baja o depresión)

26 VIS

27 IR realzado

28 NEPH

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30 Qué es meteorología? Aéreos : viento Acuosos: lluvia, nieve, granizo Luminosos: arco iris, halos, auroras Eléctricos: rayo Variables fundamentales: > Presión > Temperatura del aire > Humedad Elemento meteorológico Variable atmosférica (P,T,H, viento) o fenómeno meteorológico (tormentas, nieblas, ciclones, anticiclones, etc) que caracterizan el estado del tiempo en un lugar específico y en un momento dado.

31 La Meteorología dentro de la Ciencia del Sistema Tierra (CST) (ESS: Earth System Science) OMM No 258, Vol. I, Cuarta edición, 2001 Al tratar con la descripción pasada, presente y futura del completo sistema del clima, la climatología moderna ha obtenido un alcance mayor 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.

32 Escalas espaciales y temporales de fenómenos meteorológicos (Tormenta severa) (WMO No. 993, 2006)

33 Algunas ramas de la meteorología Teórica Física Dinámica Experimental Sinóptica Micrometeorología Mesometeorología Macrometeorología Hidrometeorología Médica Aplicada - Aeronáutica - Marítima - Agrícola (o Agrometeorología)

34 Estaciones meteorológicas

35 Observaciones meteorológicas Tipos de observaciones - Metódicas - Sistemáticas - Uniformes - Ininterrumpidas - A horas fijas - 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

36 Sistema Mundial de Observaciones Estaciones en superficie Alrededor de estaciones terrestres (4000 intercambian informacion en tiempo real)

37 Sistema Mundial de Observaciones Estaciones en altitud From a network of Alrededor de 900 estaciones de altura lanzan diaramente radiosondas una o dos veces al día (15 buques en áreas oceánicas)

38 Sistema Mundial de Observaciones Observaciones marítimas Alrededor de 7000 buques. (40 % en el mar en un momento dado) Se complementan con alrededor de 900 boyas a la deriva.

39 Sistema Mundial de Observaciones Observaciones aeronáuticas Más de 3000 aviones reportan P, T y viento durante el vuelo. El sistema Aircraft Meteorological Data Relay (AMDAR) da viento y T de alta calidad en el ascenso, descenso y en crucero( informes en el 2000 / en el 2005).

40 istema Mundial de Observaciones Satélites meteorológicos 5 orbitales 6 geoestacionarios

41 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 fenómeno meteorológico que puede durar desde varias horas a varios días. Estamos hablando de tiempo (meteorológico). Cuando afirmamos que en nuestra ciudad los inviernos son muy fríos y secos, estamos considerando un periodo de tiempo de decenas de años para realizar una valoración promedio de las temperaturas y precipitaciones invernales. En este caso, estamos hablando del «clima» de nuestra ciudad. Podríamos decir que el clima es la síntesis del tiempo. Formalmente, el clima 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.

42 Factores climáticos La palabra clima tiene su origen en el idioma griego y significa inclinación. En la distribución de las zonas climáticas de la Tierra intervienen lo que se ha denominado factores climáticos, tales como la latitud, altitud y localización de un lugar y dependiendo de ellos variarán los elementos del clima. Justamente la latitud es uno de los factores principales que determinan las grandes franjas climáticas. En ello interviene por un lado la inclinación del eje de la Tierra respecto del plano orbital (23.5 ) y, por otro, la forma esférica de la Tierra, ya que su mayor extensión en el Ecuador permite un mayor calentamiento de las masas de aire en estas zonas permanentemente; disminuyendo progresivamente desde los Trópicos hacia los Polos, que quedan sometidos a las variaciones estacionales según la posición de la Tierra en su movimiento de traslación alrededor del Sol.

43 Estaciones del año 23.5 Equinoccio de marzo Solsticio de junio SOL Solsticio de diciembre Verano H.N. Plano orbital Luz solar Equinoccio de septiembre Luz solar Invierno H.N Máxima recepción de radiación por unidad de superficie Mínima recepción de radiación por unidad de superficie

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45 Zonas climáticas y clases de climas

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47 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 (CO 2 ), el vapor de agua (H 2 O) y el metano (CH 4 )}. 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.

48 Efecto invernadero natural Mantiene la temperatura media global de la atmósfera a unos 15 C. Si no existiera ésta sería de 18 C La radiación solar pasa a través de la atmósfera Algo de la radiación solar se refleja por la tierra y la atmósfera El resultado es el calentamiento de la superficie terrestre y de la baja 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.

49 EL SISTEMA CLIMATICO Y SUS SUBSISTEMAS A : Atmosfera C : Criosfera (nieve & hielo) B : Biosfera PRECIPITACION EVAPORACION CONGELAMIENTO Y FUSION DE HIELO MARINO FUSION DE NIEVES GLACIARES HUMEDAD DEL SUELO SALINIDAD ESCORRENTIA H : Hidrosfera (oceános) L : Litosfera (tierras)

50 LIMA desde el punto vista del ESS Fenómenos Astronómicos El clima es consecuencia del vínculo que existe entre Earth la atmosfera, SystemlaScience hidrosfera, las capas de hielos (criosfera), los organismos vivientes (biosfera), los suelos, sedimentos y rocas (litosfera) y el hombre (antroposfera). Reflejada 107 Wm -2 Atmosfera SOL Hidrosfera TIERRA Litosfera Tierra sólida Criosfera Biosfera Radiación Sólo si se considera al sistema climático bajo esta visión holística, es posible entender los flujos de materia y energía en la atmosfera y finalmente comprender las causas del cambio global. 342 Wm Wm -2 Antropos fera Pérdida de calo

51 URUGUAY ESTADÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS Estadísticas mensuales, para el periodo de temperaturas, lluvias, días con lluvia, presión, humedad relativa, presión de vapor, velocidad de viento, etc., según 12 Estaciones Meteorológicas:

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54 mm/mes Las desviaciones típicas de las precipitaciones mensuales son similares a la media de cada mes del año ( Si bien cada mes del año tiene una lluvia media de 100mm, cualquier mes puede llover más de 300mm o que no se registren lluvias, de otra forma, Encontrar un año 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)

55 Uruguay: zona con fenómenos meteorológicos severos OTD: Optical Transient Detector LIS: Lightning Imaging Sensor

56 Supercelda en Pato Branco Paraná, 24 noviembre 2003 ULJ LLJ Supercelda en el Rio de la Plata, el dia 10 de marzo 2002, 13:30 hs Fotos: Ignacio Landini Zona donde los fenómenos severos convectivos son más frecuentes Nascimento & Doswell, 2004 Nube arcus Punta del Este Diciembre 2001