La presión atmosférica y el viento
El hecho de que el aire sea invisible, se percibe sus efectos pero no lo vemos, hace difícil el asimilar que tenga una masa que al estar atraída por la fuerza de la gravedad, da lugar a un peso.
La existencia de masa se demuestra fácilmente si pesamos dos globos de volúmenes diferentes (masas diferentes), su masa es distinta porque distinta es la cantidad de aire que contiene.
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En los próximos puntos se aclararán estos conceptos y de este modo, se entenderá el establecimiento de corrientes de aire que compensan los distintos pesos que adquiere el aire sobre la superficie terrestre.
La presión: definición y medición
La atmósfera tiene una masa que ejerce un peso sobre la superficie terrestre. La masa de la atmósfera es de 5,3 x 1018 kg, una cifra fabulosa de 5,3 trillones de kilogramos. Sin embargo, este valor sólo supone una millonésima parte de la masa terrestre (no olvide que la atmósfera forma parte del Planeta).
La masa de la hidrosfera es 266 veces mayor que la de la atmósfera. Por lo tanto, en términos comparativos, se puede afirmar que la masa del aire es mínima comparada con el conjunto del sistema terrestre
Sin embargo, en términos absolutos esta ingente masa tiene una serie de consecuencias climáticas y meteorológicas de primer orden.
De todo lo anterior se deduce el concepto de presión atmosférica o presión del aire, o de modo abreviado, simplemente, presión. Se define presión como el peso que ejerce una columna de aire (desde la super ficie hasta el límite superior de la atmósfera) sobre una unidad de superficie terrestre.
El concepto de presión se conoce desde 1643 cuando Torricelli (científico italiano discípulo de Galileo), demostró y cuantificó la presión atmosférica por primera vez.
La presión se mide con un aparato que recibe el nombre de barómetro y en climatología y meteorología, se expresa en milibares (mb).
Antiguamente se expresaba la presión en milímetros de mercurio, sin embargo, desde hace unas décadas se emplea el milibar.
La equivalencia entre ambas medidas es la siguiente: 760 mm = 1.013 milibares. Es decir, que la presión normal nivel del mar es 1.013 mb.
Cuando el valor de la presión es superior se denomina alta presión, mientras que si la presión está por debajo de 1.013 mb es una baja presión.
Otras ciencias utilizan unidades de medida distintas: en física se expresa la presión en atmósferas;en aeronáutica, aunque también, cada vez más, en meteorología se usa el hectopascal (hPa) como unidad de medida.
La equivalencia de hectopascales y milibares es la misma: 1.013 hPa = 1.013 mb. Posiblemen te estas medidas sean difíciles de percibir, sin embargo, si hacemos su equivalencia en masa por unidad de superficie, por ejemplo g/ cm2, se entiende mejor el sign ificado de la presión.
La presión normal a nivel del mar ejercida por una columna de aire es de 1.033 g/ cm2•
Dicho de otro modo, cuando la presión es 1.013 mb, cada centímetro cuadrado de superficie soporta una masa de algo más de un kilogramo (1.033 g).
La presión sobre la superficie terrestre varía, al igual que la temperatura y la precipitación, a un ritmo diario, estacional, anual, es decir, sobre una superficie la presión no siempre es la misma.
Además, de las variaciones habrá observado que al hablar de la presión siempre se ha hecho referencia al nivel del mar, y esto es así, porque la presión también varía y de un modo muy rápido, con la altura.
Las razones que explican los cambios de presión se analizan en el siguiente punto.
Factores de variación de la presión atmosférica en la superficie terrestre
La troposfera alberga el 80% de la masa atmosférica y, dentro de esta capa, el 50% de toda la atmósfera se concentra en los primeros 5.500 metros.
Esto supone que si la presión normal es de 1.013 mb, al ascender a 5.500 metros de altitud, la presión se reduce a la mitad, pues por encima de esta altitud sólo queda el 50% de la masa atmosférica.
La razón de esta distribución es, como ya se ha dicho, la compresibilidad del aire.
Un litro de aire puede ocupar un cubo de un kilómetro de lado, o lo podemos comprimir en un mm3, esta es la razón por la que el aire se autocomprime y lamayor parte de la masa atmosférica se sitúa en las capas bajas. (En todo este proceso está presente la gravedad).
Entendido esto, se puede afirmar que la presión atmosférica disminuye con el incremento de altitud.
La altura es un factor que determina los cambios de presión, pero ésta también varía sobre la superficie terrestre sin que haya variación altimétrica.
Esta variación sobre un mismo punto de la superficie, se asocia a los siguientes factores:
Factores térmicos
La temperatura y la presión son dos variables íntimamente relacionadas y que interactúan entre ellas. Los cambios térmicos originan cambios de presión, pero también éstos ocasionan cambios en la temperatura del aire.
Se establece un equilibrio entre temperatura y presión, sin embargo, ahora lo que interesa conocer es como los cambios de temperatura afectan a la presión.
Cuando la superficie terrestre se enfría (recuerde la relación: menor radiación (inclinación de los rayos solares), el aire que se emplaza sobre ésta (recuerde: radiación terrestre, conducción), se enfría y desciende su temperatura.
Un aire frío es más denso (hay más masa en la misma unidad de volumen) y por lo tanto aumenta su peso y su presión. Por lo tanto, el enfriamiento de un aire provoca un incremento de la presión (a menor temperatura mayor presión).
Por el contrario, si un aire se calienta se vuelve menos denso y asciende: el calentamiento de un aire provoca una disminución de la presión (a mayor temperatura menor presión).
El anterior proceso fisico supone que el enfriamiento de la corteza terrestre origine altas presiones térmicas, mientras que el calentamiento de la superficie da lugar a bajas presiones térmicas.
El frío invierno boreal, unido a la continentalidad, origina que sobre Siberia se forme un anticiclón térmico muy extenso que llega a alcanzar 1.042 mb de presión; sin embargo, con la llegada del verano dicho anticiclón desaparece y queda sustituido por una baja presión térmica.
Las altas y bajas térmicas afectan a los primeros 500/ 600 metros de atmósfera, por encima de esta altura, la dinámica de la presión no está asociada al balance térmico de la superficie terrestre.
Otro mecanismo de cambio de presión es el asociado al factor dinámico que está determinado por el propio movimiento del aire.
Cuando el aire converge desde distintas direcciones en un punto origina una corriente de ascenso. El ascenso de aire da lugar a una baja presión, por el contrario, el descenso o subsidencia del aire desencadena una alta presión.
Factores orográficos
El aire, al chocar contra una barrera montañosa, se ve obligado a ascender por sus laderas, esto provoca un cambio de presión.
Factores frontales
En este caso la razón del ascenso está asociada a la existencia de un frente
Las diferencias horizontales de presión: el viento
Los desequilibrios de presión que existen en la superficie terrestre originan el viento, por lo tanto éste se define como un movimiento horizontal de aire en contacto con la superficie terrestre. La diferencia de presión supone:
Una transferencia de aire desde el punto de máximo valor de presión al punto de menor valor. El viento siempre sopla desde la máxima a la mínima presión.
La diferencia de presión entre dos puntos y la distancia que los separa determina la velocidad del viento. De tal manera que a igual distancia la velocidad es mayor cuanto mayor sea la diferencia de presión. A igual diferencia de presión la velocidad es menor cuanto mayor sea la distancia.
La velocidad del viento se mide con un aparato llamado anemómetro. El viento se origina en un punto de presión alta, siendo éste su lugar de procedencia, lo cual marca la dirección del viento.
Se entiende por dirección del viento el punto del horizonte de donde procede (N,E,S,W,NE,SE,SW,NW … ). El aparato que indica la dirección del viento es la veleta, símbolo de las personas volubles y pusilánimes porque voluble y cambiante es el viento.
El gradiente de presión y la generación de viento
La diferencia de presión entre dos puntos se denomina gradiente de presión y es el responsable de generar el viento. Sin embargo, el viento por estar sometido a un rozamiento con el suelo y al movimiento de rotación se ve desviado por el efecto de Coriolis
Las configuraciones isobáricas: antidclones y de presiones o borrascas
Un anticiclón o alta presión es una configuración isobárica con presiones por encima de 1.013 mb. El máximo valor de presión se alcanza en el centro de la configuración. Una depresión o borrasca o baja presión es una configuración isobárica inferior a 1.013 mb y cuyo valor mínimo se alcanza en el centro de la configuración.
De lo anterior y teniendo en cuenta que el viento va desde el punto de presión más alta al punto de presión más baja, se obtiene que en un anticiclón el aire sopla desde el interior hacia el exterior, es decir, los anticiclones son centros emisores de viento.
Por el contrario, como en las borrascas la máxima presión se da en el exterior de la configuración y la mínima en el interior, el viento se dirige desde el exterior al interior, luego las borrascas son centros de atracción de vientos.
Este es el mecanismo de movimiento del aire dentro de los anticiclones y borrascas, por supuesto, el viento se dirige desde los anticiclones hacia las bajas presiones. Como el efecto de Coriolis impone una desviación de los fluidos obtenemos que (figura 7):
- Los vientos de los anticiclones, en el hemisferio norte, giran en el sentido horario.
- Los vientos de las borrascas, en el hemisferio norte, giran en el sentido antihorario.
- Los vientos de los anticiclones, en el hemisferio sur, giran en el sentido antihorario.
- Los vientos de las borrascas, en el hemisferio, sur giran en el sentido horario.
Por lo tanto, un viento en con tacto con la superficie terrestre nunca sigue una trayectoria recta, sino que está sometido a las desviaciones citadas.
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