Por qué existe el tiempo? En las clases anteriores consideramos una circulación atmosférica invariante. Claramente ese no es el caso en la Tierra y debemos entender de donde aparecen las fluctuaciones atmosféricas caóticas que llamamos tiempo. Estas fluctuaciones contribuyen significativamente a la redistribución global de calor y humedad, especialmente en las latitudes de las corrientes en chorro dominadas por los vientos del oeste.
La circulación y el clima en los trópicos depende fundamentalmente de los patrones de temperatura en la superficie. La circulación y el clima de los extratrópicos depende fundamentalmente de la existencia de las corrientes en chorro.
El tiempo en los extratrópicos puede ser considerado como la música de la atmósfera. El equivalente de una cuerda de guitarra es una corriente en chorro que vibra y ondula para producir los equivalentes de las notas musicales: ciclones, frentes, y otros tipos de fenómenos asociados con el tiempo. Si bien la atmósfera puede generar su propio tiempo, para producir fluctuaciones climáticas debe cooperar con la tierra, los océanos y los hielos que la limitan. Esta cooperación es posible pues los vientos influyen y a su vez dependen de los patrones de temperatura de superficie. El rango de fluctuaciones climáticas aumenta cuando las interacciones no sólo consideran la atmósfera y los océanos, sino también a la criosfera y la biósfera.
Mas adelante nos ocuparemos del océano y de su interacción con la atmósfera. Entonces, por qué existe el tiempo? La fuente de energía para el movimiento atmosférico, la radiación solar, varía escencialmente de la misma forma de un día a otro, sin embargo las condiciones atmosféricas pueden ser radicalmente diferentes.
Tiempo = inestabilidades La música de la atmósfera cubre un espectro amplio de escalas espaciales y temporales. Estas nubes se generan cuando, en presencia de vapor de agua, existe un cortante vertical de velocidades que supera cierto umbral, causando una inestabilidad que induce ondas en una capa atmosferica.
Meandros de la corriente en chorro La corriente en chorro no es uniforme ni espacial, ni temporalmente, sino que su estructura cambia dia a dia. Y con ella el tiempo.
A veces la corriente en chorro tiene ondulaciones tan grandes que puede ocurrir que se desprenda una circulacion de bajas en altura. Como estas circulaciones tienen asociada muchas veces una baja en superficie, tienden a traer mal tiempo.
Experimentos de laboratorio Un aparato que ilustra como los meandros de las corrientes en chorro, y por lo tanto el tiempo, depende de dos parametros criticos la razon de rotacion y la diferencia de temperatura entre el ecuador y los polos es un tanque en forma de anillo lleno de agua. El tanque representa la atmosfera y es ubicado sobre una mesa rotatoria.
En ausencia de diferencia de temperatura entre el cilindro interno y el externo el agua y el tanque rotan como un cuerpo rigido, es decir, la atmosfera no se mueve relativa a la Tierra. Si se enfria el cilindro externo y se mantiene caliente el cilindro interno el agua comienza a moverse relativa al tanque, simulando las corrientes en chorro. A medida que aumenta la diferencia de temperatura, la corriente en chorro va cada vez mas rapido y comienzan a aparecer ondulaciones en el chorro espontaneamente. Estas ondulaciones son al comienzo modestas, pero a velocidades altas las ondulaciones crecen hasta convertirse en oscilaciones caóticas
El experimento explica por que las corrientes en chorro son mas intensas en invierno que en verano: el gradiente latitudinal de temperatura es mayor en invierno.
El contraste de temperatura entre el ecuador y los polos, y entre la tierra y los oceanos pone a la atmosfera en movimiento, creando los vientos que generan el clima. Estos vientos son tales que vibran espontaneamente (son dinamicamente inestables) produciendo el tiempo. Los vientos, a su vez, dependen de la estacion, o mas en general, cuando el clima cambia. O sea que las caracteristicas del tiempo dependen del clima. Pero lo opuesto tambien es verdad, las fluctuaciones diarias del tiempo pueden influenciar el clima. Por ejemplo, las tormentas transportan calor de los polos al ecuador. Asi, el tiempo contribuye a disminuir el decifit de energia en los polos y el surplus de energia en el ecuador.
Teoría de las corrientes en chorro - por que están ubicadas con el maximo gradiente latitudinal de temperatura atmosferica? - por que aumenta la velocidad con la altura? - por que son maximos a la altura de la tropopausa?
Teorema del espesor La ecuacion hidrostática dice que: Para saber como la presión varía en la vertical, vamos a substituir p en la ecuación usando la ecuación de los gases ideales:
Entonces las ecuacion hidrostatica queda: Integrando Se obtiene entonces donde
Es decir que cuando aumenta la temperatura, aumenta el espesor de la capa de atmósfera (H) sin variar la presión p del aire en esa altura y al disminuir la temperatura, disminuirá el espesor. p1 T B T A p0
Gradiente del espesor = Gradiente de temperatura
Viento térmico Si se consideran dos porciones de aire, una más caliente que la otra, y se efectúa un corte meridional, suponiendo que la porción caliente está del lado ecuatorial y la fría del lado polar, entre ambas habrá una zona de transición
Supongamos que las isoabras son horizontales y constantes en las dos zonas de aire frío y caliente de tal forma que no existe gradiente horizontal de presion (ni detemperatura) y por lo tanto no hay viento. Notar que las isóbaras están mas juntas en la masa de aire fría por teorema del espesor y que P A > P B si la presión en superficie es la misma. Si las isóbaras e isotermas son paralelas el fluído se dice barotrópico
En la zona de transición existe un gradiente horizontal de temperatura y presion, y como las superficies se cortan, se dice que el fluído es baroclínico. En esta zona, el gradiente horizontal de presión aumenta con la altura. Si tenemos una parcela de masa m, estará sujeta al gradiente de presión y a Coriolis, resultando en una velocidad hacia adentro del slide. Como el gradiente de presión aumenta con la altura, tambien aumentará la velocidad de los vientos (viento térmico).
Ahora sabemos por que el viento aumenta con la altura, pero por que es maximo en la tropopausa? La tropopausa se define como la altura donde la temperatura deja de disminuir y comienza a aumentar. Esta inversión en el campo térmico produce una inversión en el campo bárico, lo cual dara lugar a que centros fríos en superficie corresponden centros calientes en altura por encima de la tropopausa, y viceversa.
Como se ve que los centros calientes se transforman en fríos, habrá una variación de los gradientes de presión con la altura, y ello traerá aparejado un cambio en la dirección del viento. El valor máximo del viento se dara aproximadamente en el nivel de la tropopausa, definiendo la altura de la velocidad maxima de las corrientes en chorro.
Gradiente de espesor = Gradiente de Temp = Ubicacion de la Corr Chorro= Inestabilidades = Lluvias