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Este artículo explora los orígenes del viento y las fuerzas que lo impulsan. A continuación, aplicamos este conocimiento a los mapas meteorológicos, ayudando a los navegantes a interpretar los patrones de viento en superficie para una mejor navegación.

También exploramos el viento vertical. Aunque los marineros no lo perciben directamente, puede influir en las condiciones marítimas. Finalmente, examinamos la circulación global del viento y su influencia en los sistemas meteorológicos.

El viento es el movimiento del aire causado por una diferencia de presión atmosférica. El aire se desplaza de zonas de alta presión a zonas de baja presión. Si pinchas una rueda de bicicleta, el aire del interior se escapará hasta que se iguale la presión entre el interior y el exterior. Así es como la naturaleza intenta equilibrarse.

La física del viento es similar. En la superficie terrestre, donde hay una zona de alta presión y otra de baja presión, el aire es empujado desde la alta presión hacia la baja. Esta fuerza se denomina fuerza del gradiente de presión y es proporcional a la diferencia de presión en una distancia. Por lo tanto, cuanto más disminuye la presión en una distancia corta, mayor es la fuerza.

Cabría pensar que el viento sopla de las zonas altas a las bajas en línea recta. Sin embargo, no es tan sencillo como parece. La rotación de la Tierra crea otra fuerza llamada fuerza de Coriolis .

Esta fuerza no es exclusiva del viento; se aplica a cualquier objeto en movimiento dentro de un sistema giratorio. Para entenderlo, olvidemos el viento por un momento y pensemos en un carrusel que gira en sentido contrario a las agujas del reloj con cuatro personas sentadas en sus extremos, una frente a la otra. Si una persona lanza una pelota a la que está delante, la pelota no llegará a su objetivo, ya que esta persona se habrá movido debido a la rotación del carrusel. En cambio, la recibirá la persona sentada a su derecha, porque la pelota fue desviada hacia la derecha por la fuerza de Coriolis.

Vea la fuerza de Coriolis presentada en este video de 25 segundos:

La Tierra también gira en sentido contrario a las agujas del reloj, como un carrusel, pero a una velocidad mucho menor, una vez cada 24 horas. Por consiguiente, no percibimos el efecto Coriolis al lanzar una pelota. En la Tierra, el efecto Coriolis se observa en objetos que se mueven a gran velocidad o a grandes distancias (como las balas de francotirador y los proyectiles de artillería) o en la circulación del aire a grandes distancias.

Apliquemos el ejemplo anterior a la meteorología e imaginemos un sistema de baja presión situado en el Polo Norte:

La Tierra no es plana como un carrusel, por lo que la fuerza de Coriolis varía según la latitud. La fuerza de Coriolis es máxima en el Polo Norte y se desvía hacia la derecha. Es nula en el ecuador. También es máxima en el Polo Sur, pero en la dirección opuesta, desviándose hacia la izquierda. Para comprender esto, hay que imaginar, en cada latitud, un carrusel que corta la Tierra en esa misma latitud y proyectar la velocidad del aire sobre el plano del carrusel.

Dato curioso: si la Tierra no girara, el aire fluiría en línea recta, eliminando rápidamente los gradientes de presión, y la meteorología sería mucho más sencilla.

El viento nunca sopla en línea recta, sino que describe curvas y cambios de dirección. Esta curvatura crea una fuerza centrífuga sobre las partículas de aire que las empuja hacia afuera. Es la misma fuerza centrífuga que se experimenta al tomar una curva cerrada con el coche, cuando el cuerpo es empujado hacia el exterior de la curva.
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Al sumar estas tres fuerzas —presión, Coriolis y centrífuga— y asumir que se equilibran, denominamos a este viento teórico viento de gradiente. Suponiendo que el viento de gradiente, al igual que el viento geostrófico, sopla paralelo a las isobaras, su velocidad disminuye o aumenta según la curvatura.

Cuando el viento gira alrededor de una zona de baja presión, la fuerza centrífuga se opone a la fuerza de presión. Por lo tanto, el viento de gradiente para la curvatura ciclónica es menor que el viento geostrófico (el viento se suele sobreestimar al considerar únicamente la fuerza del gradiente de presión alrededor de un sistema de baja presión).

Las partículas de aire experimentan fricción en la superficie (tanto en tierra como en agua, pero más en tierra). Esto las frena. Por lo tanto, la fricción reduce la velocidad del viento cerca de la superficie, lo que resulta en una menor fuerza de Coriolis y centrífuga, pero la fuerza de presión se mantiene constante. El flujo, en consecuencia, se desequilibra, predominando la fuerza de presión y atrayendo finalmente una mayor cantidad de partículas de aire. Por ello, el viento se desvía hacia las zonas de baja presión y se aleja de las de alta presión. Para los navegantes, es importante saber lo siguiente:

Dado que la fricción desvía el aire hacia la baja presión, este convergerá hacia el centro de la zona de baja presión desde todas las direcciones. El aire no tendrá más remedio que ascender y, por lo tanto, se elevará (movimiento vertical ascendente) en el centro de la baja presión.
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Dado que la fricción desvía el aire hacia afuera de la alta presión, el efecto será el opuesto y el aire descenderá (movimiento vertical descendente) en el centro de la alta presión.

Esto se resume en la siguiente imagen:

En esta sección, aplicamos la teoría de la sección anterior a los mapas meteorológicos del hemisferio norte para describir el viento horizontal en la superficie, que es clave para el marinero.

El mapa inferior muestra un mapa de isobaras en la superficie. Las líneas marrones representan líneas de igual presión. A continuación, se presentan algunos conceptos clave que se pueden observar en la imagen:

La imagen inferior es otro ejemplo de un mapa de presión de Bracknell. Obsérvese en la esquina superior izquierda una escala para estimar el viento geostrófico en la superficie.

El mapa inferior muestra un sistema de baja presión sobre tierra. El viento en superficie, representado en verde en la imagen, no fluye paralelo a la isobara, sino que se desvía hacia el centro del sistema de baja presión debido al efecto de fricción.

El mapa inferior muestra una zona de baja presión sobre tierra. El viento en superficie, como indica la dirección de las flechas de viento en la imagen, no fluye paralelo a la isobara, sino que se desvía hacia el centro del sistema de baja presión debido al efecto de fricción.

Las nubes son un excelente indicador de los vientos verticales, y recomendamos leer el artículo sobre nubes: Meteorología Marina: Nubes .

El viento vertical y el viento horizontal están relacionados. El viento vertical influye en la estabilidad del viento horizontal. Esta estabilidad es crucial para los navegantes, ya que navegarán en condiciones cambiantes y/o racheadas si el viento horizontal es inestable.

La estabilidad se refiere a la tendencia de la atmósfera a disminuir o acelerar el movimiento vertical del aire. Un factor importante que impulsa el viento vertical es el efecto térmico .

El efecto térmico se corresponde con el perfil vertical de temperatura de la atmósfera. El concepto principal es que el aire caliente tiende a ascender, ya que es menos denso que el aire frío circundante.
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Consideremos una partícula de aire en la superficie y aumentemos su temperatura unos grados con respecto al aire circundante. Esta partícula asciende. A medida que asciende, la presión atmosférica y la temperatura de la partícula disminuyen. Cuando la partícula alcanza, por ejemplo, 10 metros de altura, si aún está más caliente que su entorno, seguirá ascendiendo e incluso acelerará. En cambio, si encuentra aire circundante a la misma temperatura, dejará de ascender. Así pues, podemos recordar:

Aquí tenéis las principales conclusiones para los navegantes que navegan en atmósferas térmicas estables o inestables:

En esta última sección, aplicaremos todos los conocimientos adquiridos sobre los vientos horizontales y verticales para explicar la circulación global del viento en la Tierra. Nos centraremos especialmente en la circulación global del viento en la superficie de los océanos, que los marineros utilizan para cruzarlos con el viento a favor.

La circulación atmosférica global se origina porque la Tierra recibe un calor desigual por parte del Sol. El ecuador recibe más calor y los polos menos. La circulación atmosférica global actúa como un sistema de aire acondicionado, redistribuyendo el calor desde el ecuador hacia los polos. Es importante relacionar la temperatura y la presión atmosféricas en este punto. El aire caliente es menos denso y asciende, lo que resulta en una menor presión. Por otro lado, el aire frío desciende, aumentando la presión atmosférica.

El aire cálido asciende por encima del ecuador y se desplaza hacia los polos a gran altitud. Al alejarse del ecuador, se enfría y desciende. El aire frío regresa al ecuador en la superficie, donde vuelve a calentarse. Este modelo simplificado presenta una célula de circulación para cada hemisferio, representada a continuación, comparando un hemisferio con una casa.

Sin embargo, la rotación de la Tierra provoca la circulación atmosférica debido a la fuerza de Coriolis. A medida que el aire se aleja del ecuador en altitudes elevadas, la fuerza de Coriolis desvía el viento. Al alcanzar los 30° de latitud, el viento es paralelo al ecuador y deja de moverse hacia el norte o el sur. Esto provoca que el aire descienda a 30° de latitud en lugar de en el polo. Esto da como resultado tres células por cada hemisferio, como se muestra a continuación.

Zona A: Las zonas donde el aire asciende se caracterizan por una baja presión en superficie. Estas corresponden a áreas con nubes y lluvia (por ejemplo, los bosques ecuatoriales y el norte del Reino Unido).

Zona B: áreas donde el aire desciende y se caracterizan por alta presión. En estas zonas el cielo está despejado y hay poca lluvia (por ejemplo, el anticiclón de las Azores, el desierto del Sahara y los polos).

Esas tres células generan vientos en la superficie que también son desviados por la fuerza de Coriolis.

Esos vientos (zonas C y D) están representados en la imagen inferior para la regata Vendée Globe.

Para saber más, ¡sigue leyendo! En el próximo artículo, Meteorología Marina 3: Nubes , exploraremos toda la variedad de nubes, investigando su tamaño, forma, altura y lo que se puede aprender sobre el tiempo inminente a partir de su ubicación y movimiento.