METEREOLOGÍA, manual para comprender la información del tiempo – 1ª parte

Imagen Original propiedad Manuela González Morales
 
Nos cansamos de ver interminables predicciones meteorológicas en la televisión, donde nos muestran bellas capturas del día en cualquier región o incautos viandantes paseando tranquilamente por sus ciudades. Nos cuentan con toda tranquilidad la predicción para los siguientes siete días y nosotros escuchamos confiados, pues… ¡Sorpresa! Si confiáis en estos espectáculos vais a tener problemas en mitad de una montaña.

La meteorología y el clima es una materia compleja, con un número de variables que puede variar en tan solo unos kilómetros y donde la probabilidad se alía con la Ley de Murphy. Ver una predicción en televisión o preguntarle al asistente de nuestro teléfono para hacer planes, no es precisamente una buena idea si nos podemos estar jugando la vida. Hemos explicado anteriormente la necesidad de informarnos del tiempo que va a hacer antes de iniciar nuestra aventura, pero es importante entender bien que nos dicen.
 
La necesidad de simplificar y ofrecer un “producto” consumible hace que se simplifiquen las cosas a extremos que nos llevan a caer en terribles errores, provocando que nos confiemos y tengamos desagradables sorpresas. Si nos queremos adentrar en el montañismo y la supervivencia entender un poco mejor la terminología y los mecanismos climáticos es vital para comprender la información que recibimos y poder planificar mejor nuestras actuaciones.
 
Lo curioso es que aunque nos pasamos la vida hablando del tema, es muy, muy difícil encontrar un libro, manual o página web donde poder encontrar una explicación clara y sencilla, mucho más que esa explicación nos ayude a sacar información verdaderamente útil en casos reales donde equivocarse nos pueda suponer incluso la vida, así que hemos decidido continuar por aquí antes de seguir y ofreceros un manual completo aunque sea un poco largo, pero es una materia indispensable si os vais a enfrentar a la naturaleza.

Imagen de la atmósfera terrestre vista por encima de la Troposfera, la luz azul se dispersa más que otras longitudes de onda debido a los gases presentes en la atmósfera, dando a la Tierra un halo azul cuando se ve desde el espacio. WIKIMEDIA
 
Como ya es costumbre no tenemos problemas en resolveros vuestras dudas a nivel de correo privado o en los comentarios y de manera permanente, pero os aconsejamos leeros bien todo el material para poder aclararos primero y poder formular y resolver vuestras preguntas, recordad que es importante formular bien una pregunta si queremos obtener una respuesta adecuada.

Por un lado tenemos la Meteorología que sería el estudio en un nivel físico de la atmósfera y por otro la Climatología, que intenta adentrarse en el estudio de  los fenómenos atmosféricos y analizar los efectos sobre la naturaleza y los seres vivos, más allá de las causas que los originen.
 
 
Atmósfera significa algo más que oxígeno 

Lo primero para entender la atmósfera en la que vivimos es entender mejor su composición, si bien necesitamos oxígeno para respirar, éste tan solo es el 21% del total, la mayor parte está compuesta de nitrógeno, el 78% y luego ya de lejos le siguen el argón en un escaso 0.93%, un 0,03% el anhídrido carbónico  y ya en un 0,01% hidrógeno y neón, seguido de cantidades aún más pequeñas de criptón, helio, ozono o xenón, a partir de este punto encontramos cantidades variables de vapor de agua, amoníaco, metano, yodo, carburos y ácidos, además de una fauna cuasi infinita de distintos tipos de partículas de polvo, humo y variados microorganismos en suspensión.
 
Pues bien, con contadas excepciones como pueden ser los lugares elevados, donde disminuye el nivel de oxígeno hasta llegar a representar un problema serio para la vida, el porcentaje del aire se suele mantener invariable en más del 99%, sin embargo son esas pequeñas variaciones en menos del 1% del porcentaje las responsables por ejemplo de la mayoría de problemas respiratorios o que afecten a nuestra salud. Aunque tenemos la sensación de que nuestro organismo y pulmones no son excesivamente sensibles a las ligeras variaciones, lo son y mucho, la atmósfera es bastante homogénea y para que nos hagamos una idea, los problemas de alergia afectan a las personas con cambios en el aire inferiores al 0.01% de la composición, de igual manera los niveles de dióxido de nitrógeno, producido por los vehículos se torna realmente peligroso para los humanos cuando alcanza concentraciones de 200 microgramos por metro cúbico (muy inferior al 0.01%). Así que no nos engañemos, la mínima variación en la composición atmosférica nos afecta seriamente.

Composición de la atmósfera terrestre (aire seco, porcentajes por volumen). WIKIMEDIA
 
Las capas de la atmósfera

Diversas razones físicas hacen que la atmósfera no tenga una estructura homogénea, para empezar el aire pesa, así que hay más cantidad de aire en las capas bajas de la atmósfera debido a que el aire de arriba empuja al de abajo, así que es más denso en la superficie de la tierra y se divide en diversas capas, que cumplen a su vez diversas funciones.
 
La mayor parte de la masa de la atmósfera, el 75% del total, se encuentra en tan solo los primeros 11Kms desde la superficie terrestre, luego según ascendemos se hace menos densa aunque no existen líneas que delimiten el principio o el fin de una capa, si no que sencillamente va cambiando la composición y las condiciones hasta llegar a la línea de Karman a unos 100 Kms. de altura, que marcan el final de la atmosfera terrestre y el comienzo del espacio exterior.
 
La primera es la Troposfera, en ella es donde se desarrolla la vida y es por tanto la que está en contacto con la tierra, la naturaleza física de la tierra hace que  su altura en los polos sea de tan solo 8 km y sin embargo tenga 10 km más sobre el ecuador hasta alcanzar los 18 km. Dentro de esta capa hasta una altura de 3.500m se denomina zona de perturbaciones.
Más allá de la troposfera las condiciones no permiten la vida en la tierra, a medida nos vamos elevando, la temperatura y la presión atmosférica (cantidad de aire que podemos respirar) va disminuyendo.
 
Los fenómenos meteorológicos que estudiaremos se producen en la troposfera, por encima de esa altura las nubes ya no se desarrollan, y por tanto las condiciones del clima tal como las experimentamos y conocemos. Estos fenómenos climáticos se producen por el calentamiento desigual que provoca el sol en las distintas zonas de la tierra, lo cual provoca las corrientes de convección, o sea el movimiento de  nubes, el viento o la formación de borrascas.
Si vemos el tamaño de la tierra, es fácil darse cuenta que el espesor de esta piel que nos permite respirar y nos protege de una muerte segura es realmente fina frente al gran tamaño comparativamente de nuestro planeta.

Capas de la atmósfera, altura y su relación frente a la temperatura según ascendemos.
 
Por encima tenemos ya la Estratosfera que alcanza los 50 km de altura y formando el límite con la troposfera, lo que llamamos la Tropopausa, en esta capa limítrofe la temperatura alcanza unos valores mínimos muy estables, por lo que se denomina también capa térmica, pues a partir de este punto el vapor de agua ya no puede ascender a más altura, al enfriarse y congelarse, quedando atrapada alrededor de la tierra en torno a esos 8 a 15 kilómetros que permiten la vida en la tierra, de lo contrario se evaporaría perdiéndose en el espacio exterior, acabando con nuestras condiciones adecuadas para la existencia en nuestro planeta azul.
 
En la estratosfera la temperatura comienza a elevarse según ascendemos, pues va absorbiendo mayor cantidad de rayos solares, o sea que ocurre lo contrario que en la troposfera, pues comienza siendo estable pero fría y según salimos en dirección al espacio exterior va aumentando.
 
Esta relación inversa con la temperatura se debe principalmente a la presencia de las moléculas de ozono, que absorben la radiación y nos protegen del sol. Sin esta capa de ozono, como bien sabéis la vida en la tierra sería un problema tremendo.
 
Curiosamente en la troposfera, apenas se mueve el aire en dirección vertical, sin embargo en la horizontal, los vientos pueden alcanzar velocidades brutales que con facilidad alcanzan los 200 km/h, así que cuando algo llega a esta capa se dispersa rápidamente por todo el planeta (por lo cual, los famosos gases de CFC que destruyen el ozono se extienden con facilidad por toda la ionosfera (estratosfera) acabando con el preciado ozono.
 
Al final de esta capa tenemos la estratopausa, donde terminan las altas concentraciones de ozono y la temperatura se vuelve estable en torno de los 0ºC dando paso a la mesosfera, esta capa se extiende hasta más o menos los 80 km de altura y la temperatura se comporta de nuevo de forma parecida a la troposfera, ya que la temperatura desciende con la altitud.

Capas de la atmósfera terrestre. WIKIMEDIA
 
Principios físicos básicos que debemos entender: la transmisión del calor

Cuando un elemento  cualquiera con una temperatura determinada entra en contacto con otro a distinta temperatura, se producirá una transmisión de calor, o sea energía del más caliente  al más frio.
Las formas en que este calor se transmite son determinantes para entender los procesos y mecanismos meteorológicos, así que vamos a intentar explicarlos de una manera fácil de entender:
 
Por radiación: Esta atraviesa en gran parte la atmósfera sin ser absorbida, (por suerte la más perjudicial es capturada por las capas superiores) entra en contacto con el suelo calentándolo, pero al calentarlo es devuelta en parte. Pero esta radiación que el suelo devuelve ya no puede regresar al exterior y atravesar la atmósfera en sentido contrario, así que es absorbida  de nuevo y reflejada en parte hacia la tierra.
 
Por conducción: este fenómeno consiste en la propagación de la energía (calor) a causa de la conductividad del aire, es debido al contacto entre el suelo y el aire, así durante el día la superficie de la tierra calentada por la radiación solar transmite su energía (calor) al aire, mientras que por la noche el fenómeno seria inverso, enfriándolo.
 
Por convección: llamamos así a la transferencia del calor a causa del movimiento del aire, si tal transferencia se realiza en una orientación o dirección vertical. A este movimiento lo llamamos corrientes de convección o corrientes térmicas.
 
Por avección: es el mismo caso que la convección pero cuando el movimiento del aire se da en un plano horizontal.
Volumen y temperatura: el enfriamiento adiabático del aireEn termodinámica un proceso adiabático es aquel en el cual el sistema termodinámico no intercambia calor con su entorno, cuando calentamos un cuerpo, si este no cambia de estado, por ejemplo si calentamos un líquido pero no se evapora (cambio de estado), este aumentará su volumen. Así pues, toda dilatación de un cuerpo exige el consumo de energía calorífica. Pero aquí llega lo gracioso, cuando el aire asciende, este aumenta de volumen a causa de la menor presión causada por la mayor altura a la que se encuentra, y como os acabamos de decir al haber dilatación tiene que haber consumo de calor, pero como no hay ninguna fuente de calor, ese calor tiene que ser aportado por el propio aire caliente ascendente, así que disminuye su temperatura.
Cuando ocurre lo contrario y el aire frio desciende, el aumento de presión provoca la reducción de  volumen, así que siguiendo esta sencilla regla de tres se calienta.
 
Así pues según la dirección del fenómeno lo llamaremos:
 

• Enfriamiento adiabático: Si es aire caliente ascendiendo
• Calentamiento adiabático: Si es aire frío descendiendo

Esquema de expansión adiabática donde podemos observar como el volumen del aire aumenta con el descenso de presión
 
De esto que os acabamos de explicar ya podemos deducir la importancia de la altura como factor importante en la variación de la temperatura, así pues, si vemos una predicción meteorológica y nos muestran la misma temperatura para zonas con desniveles de tan solo ¡500 metros! Ya os podéis hacer una idea de cómo están metiendo la pata.
 
Aproximadamente, la temperatura atmosférica disminuye en la zona templada un grado por cada 154 m de altitud en promedio, mientras que en la zona intertropical esta cifra alcanza unos 180 m de altitud.
 
A continuación os dejamos un pequeño esquema para que hagáis vuestros cálculos:

Fenómeno contrario: Inversión de temperatura
 
Para complicar un poco más la cosa esto no ocurre siempre, a veces la temperatura no disminuye con la altura si no que aumenta, este fenómeno se debe principalmente a la condensación del vapor de agua, que provoca la emisión de calor. Así que debemos estar atentos a las condiciones de humedad, lluvia, presencia de agua (lagos, mares, ríos o nieve) y como la temperatura influye en los mecanismos de evaporación o condensación ya que van a afectar al entorno global de condiciones para un punto dado.
 
No todas las cifras son iguales: Escalas termométricas
 
Llevamos hablando de temperatura todo el rato, pero desafortunadamente según la región del mundo, manual o libro que nos leamos vamos a encontrar principalmente tres escalas distintas, así que antes de seguir es aconsejable que se conozcan y diferencien bien, para evitar errores de conversión o interpretación:
 
Escala Celsius o Centígrada: es la más común en esta región, se suele acompañar de una “ºC” junto al valor de la temperatura, es importante que observéis estas letras para no equivocaros con la escala, de no estar, aseguraros primero de estar usando la referencia correcta. En esta escala la fusión del hielo se encuentra en los 0ºC y la ebullición del agua en 100ºC. En nuestros textos procuraremos usar siempre esta escala. Si estáis residiendo por ejemplo al otro lado del Atlántico recordad que esta escala no es la común.
 
Escala Fahrenheit: En esta escala 32ºF corresponde al hielo fundido y los 212ºF al agua hirviendo, si no estáis acostumbrados a esta escala frente a la escala centígrada es importante que comprendáis que cada grado de variación equivale a medio grado centígrado y no a uno, es un error bastante habitual entre principiantes.
 
Matemáticamente, la equivalencia aplicando una regla de tres sería:
100/(212-32)=0.555 Aprox.
 
Escala Kelvin:
Es la menos usada a nivel climatológico (aunque común en termodinámica), carece de cifras negativas, así que establece el valor 0 en la ausencia teórica de calor (energía) que corresponde a los -273,15ºC, el punto de congelación en 273,15º K y el de ebullición en 373,1339º K.

La Presión Atmosférica
 
La presión atmosférica es exactamente lo que su nombre indica: el peso del aire, presionándolo todo en todas las direcciones, además este peso es más del que imaginamos, nuestro organismo o los seres que habitan el planeta en su superficie están preparados para soportarlo, así que tenemos la sensación de que no hay nada que nos rodea y nos presiona, pero si por ejemplo extraemos el aire de una bolsa, el aire exterior presionará las paredes de la bolsa por todos sus puntos comprimiéndola, causa por la que queda automáticamente arrugada.
 
La cantidad de aire sobre nuestras cabezas varía según nuestra posición a causa de la altura de esa capa respecto el nivel del mar, siendo diferente en lo alto de una montaña o en los polos (a causa del abombamiento ecuatorial de la tierra), por ejemplo, además tanto la temperatura como la presión del aire están variando constantemente, lo cual complica su medición, pero estas variaciones unidas a la temperatura, la humedad o el viento nos permiten hacer cálculos y análisis para obtener conclusiones bastante acertadas y predecir el tiempo en un momento dado.
 
Para trabajar con todo esto se creó un estándar mundial para poder medirlo. Para las unidades se usa el sistema cegesimal, es decir las unidades de medida son el centímetro, el gramo y el segundo. Para medir la presión ejercida se usa la baria, que es la presión de una dina por centímetro cuadrado, pero resulta que esta presión es muy pequeña así que usamos como unidad estándar de presión el bar, que equivale a un millón de barias, aunque en meteorología se usa principalmente una unidad intermedia que es el milibar, equivalente a mil barias.

El barómetro es el instrumento utilizado para medir la presión atmosférica
 
Como referencia de presión atmosférica os diremos que por ejemplo, a nivel del mar, a una latitud de 45º y a 15ºC de temperatura equivale a 1.013 mb (milibares) o 760mm de mercurio.
 
La presión disminuye con la altura de una manera más o menos uniforme hasta los 1.000 metros, viene a ser aproximadamente de 1 mb cada 8,3 metros de ascensión. (1mm de mercurio cada 11,1 m de elevación).
 
A partir de los mil metros cuando la altitud aumenta en progresión aritmética, la presión atmosférica decrece en progresión geométrica. (Tranquilos si no lo entendéis, os lo explicaremos con detenimiento más adelante)
 
Como último detalle en este punto os comentaremos que para las medidas de presión se usan indistintamente milibares (mb) o hectopascales (hPa), ya que son unidades equivalentes.
 
Presión atmosférica normalizada
 
Aunque esta unidad se aleja un poco de nuestra materia, es importante conocerla un poco ya que precisamente referencia la presión a la que normalmente estamos sometidos y es útil en muchos campos de la ciencia o la mecánica, para expresar de una manera sencilla y racional la presión a la que un elemento es sometido.
 
La presión atmosférica normalizada, es decir 1 atmósfera, o la media de presión de aire que soportamos los humanos en la superficie de la tierra, fue definida como la presión atmosférica media al nivel del mar que se adoptó como exactamente 101 325 Pa o 760 Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomendó que si se trata de especificar las propiedades físicas de las sustancias la "presión normalizada" debía definirse como exactamente 100 kPa o (≈750,062 Torr), además de ser un número muy redondo, 100 kPa equivalen a una altitud aproximada de 112 metros, que está cercana al promedio de altura de 194 m de la población mundial, es decir una media de las diferentes alturas donde los seres humanos acostumbramos a vivir respecto al nivel del mar.
 
Las  líneas isobaras 1ª parte – conceptos generales
 
Las isobaras son elementos básicos para poder analizar e interpretar una predicción meteorológica así como para describir el tiempo en un momento y punto determinado, así que nos vamos a extender bastante con ellas mas allá de esta primera parte analizando anticiclones y borrascas, pero de momento vamos a empezar ya con unas nociones básicas,
 
Así pues una isobara es un isograma de presión, es decir, una curva de igual presión dibujado en un mapa. Salvo posibles casos especiales, las isobaras son líneas que unen en un mapa los puntos de igual presión atmosférica, que se miden en bares o milibares, las isobaras en un mapa del tiempo por ejemplo, nos dan información acerca de la fuerza del viento y la dirección de éste en una zona determinada, aunque si las analizamos con detenimiento, observamos su progresión en el tiempo y vemos otros elementos podemos obtener mucha más información con la práctica

Imagen 8 – Ejemplo de isobaras en un mapa  meteorológico. WIKIMEDIA
 
Estas líneas se dibujan uniendo puntos de igual presión atmosférica. En los mapas meteorológicos se suele trazar una línea cada 4 mb de diferencia de presión. En las curvas cerradas nos indican centros de alta o baja presión según la que la enumeración sea decreciente o creciente desde el centro.
 
En la imagen 8 podemos ver en el extremo izquierdo como las isobaras indican un aumento de presión en dirección al centro de presión, o sea un anticiclón, y más a la derecha observamos la presión decreciendo hacia dos puntos centrales de baja presión es decir una borrasca.
 
Alobaras – Analobaras y Catalobaras
 
Una alobara es la curva que delimita una área de cambio de presión atmosférica. Se llama:

• Analobara cuando el cambio es positivo.
• Catalobara cuando el cambio es negativo.

 
Como os hemos comentado antes, las isóbaras se suelen medir en intervalos de 4 milibares, considerando que 1013 milibares (29.92 pulgadas de Hg) representan una presión normal, mientras que presiones mayores o menores que esta de referencia  se suelen decir altas o bajas, pero por supuesto, deberemos considerar siempre el punto de partida donde nos encontremos a la hora de observarlas, pues no será lo mismo 1013 milibares a nivel del mar, cosa normal, que a 1000 metros de altura por ejemplo (recordad como baja la presión normalmente con la altura).
 
En el próximo capítulo nos adentraremos en la humedad, el viento, las corrientes térmicas y las nubes para seguir conociendo un poco mejor la meteorología. ¡Saludos aventureros!

Mani G. Morales (ManiPinkless)

Enlace a la 2ª parte: METEOROLOGÍA, manual para comprender la información del tiempo – 2ª parte: Mapas Meteorológicos

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