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

También analizamos el viento vertical. Si bien los marineros no lo perciben directamente, puede influir en las condiciones del mar. 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 a baja presión. Si pinchas una llanta de bicicleta, el aire del interior saldrá disparado hasta que la presión se iguale entre el aire 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 zona de alta presión hacia la de baja presión. Esta fuerza se denomina gradiente de presión y es proporcional a la diferencia de presión en una distancia determinada. Por lo tanto, cuanto mayor sea la disminución de la presión en una distancia corta, mayor será la fuerza.

Cabría pensar que el viento sopla de arriba hacia abajo 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 sobre un sistema giratorio. Para comprenderlo mejor, olvidemos el viento por un momento y consideremos un carrusel que gira en sentido contrario a las agujas del reloj con cuatro personas sentadas en los extremos, una frente a la otra. Si una persona lanza una pelota a la que está sentada frente a ella, la pelota no llegará a su objetivo porque esta se habrá apartado debido a la rotación del carrusel. En cambio, la pelota irá a parar a la persona sentada a su derecha, ya que fue desviada hacia la derecha por una fuerza llamada fuerza de Coriolis.

Vea la fuerza de Coriolis representada en este vídeo 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, el efecto Coriolis no se percibe 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 balas de francotirador y 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 dirección opuesta, desviándose así hacia la izquierda. Para comprender esto, es necesario imaginar en cada latitud un carrusel que corta la Tierra en esa 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 o giros. Esta curvatura genera una fuerza centrífuga sobre las partículas de aire que las empuja hacia el exterior de la curva. Es la misma fuerza centrífuga que experimentas al tomar una curva a gran velocidad en tu coche, cuando tu cuerpo es empujado hacia el exterior de la curva.
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Al sumar estas tres fuerzas —presión, Coriolis y centrífuga— y suponer que se equilibran entre sí, nos referimos a este viento teórico como viento de gradiente. Suponiendo que el viento de gradiente, al igual que el viento geostrófico, sopla paralelo a las isobaras, la velocidad del viento 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 suele sobreestimarse 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 sobre tierra como sobre agua, pero más sobre tierra). Esto las ralentiza. 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 se desequilibra, predominando la fuerza de presión y atrayendo finalmente más partículas de aire. En consecuencia, el viento se desvía hacia zonas de baja presión y se aleja de zonas de alta presión. Para los navegantes, es importante saber lo siguiente:

Dado que la fricción desvía el aire hacia la zona de baja presión, esto significa que el aire convergerá hacia el centro de dicha zona desde todas las direcciones. El aire no tendrá más remedio que ascender y, por lo tanto, subirá (movimiento vertical ascendente) en el centro de la zona de baja presión.
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Dado que la fricción desvía el aire hacia afuera de la zona de alta presión, el efecto será el opuesto y el aire descenderá (movimiento vertical hacia abajo) en el centro de la zona de 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 fundamental para el navegante.

El mapa que aparece a continuación muestra un mapa de isobaras en la superficie. Las líneas marrones representan líneas de igual presión. Estos son algunos conceptos clave que se pueden observar en la imagen:

La imagen que aparece a continuación es otro ejemplo de un mapa de presión de Bracknell. Observe en la esquina superior izquierda una escala para estimar el viento geostrófico en la superficie.

El mapa que se muestra a continuación ilustra un sistema de baja presión sobre tierra. El viento en la superficie, representado en verde en la imagen inferior, 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 que se muestra a continuación revela una zona de baja presión sobre tierra. El viento en la superficie, como indican las flechas que lo señalan 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 si el viento horizontal es inestable, navegarán en condiciones de viento variable o racheado.

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 impulsor térmico .

El factor térmico se corresponde con el perfil de temperatura vertical 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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Tomemos una partícula de aire en la superficie y aumentemos su temperatura unos pocos grados en comparación con el aire circundante. Esta partícula de aire asciende. A medida que asciende, la presión del aire y la temperatura de la partícula disminuyen. Cuando la partícula de aire alcanza, por ejemplo, 10 metros de altura, si todavía está más caliente que su entorno, seguirá ascendiendo e incluso acelerará. Por otro lado, si la partícula encuentra aire circundante a la misma temperatura, dejará de ascender. Así que podemos recordar,

Aquí hay algunas conclusiones clave para los navegantes que se adentran en una atmósfera térmica estable o inestable:

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

La circulación atmosférica global se origina por el calentamiento desigual de la Tierra por el 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 atmosférica 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, lo que aumenta la presión atmosférica.

El aire caliente 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 celda 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 a gran altitud, 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 los 30° de latitud en lugar de en los polos. Esto da como resultado tres celdas de circulación atmosférica en cada hemisferio, como se muestra a continuación.

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

Zona B: las zonas donde el aire desciende se caracterizan por una alta presión. Aquí el cielo está despejado y llueve poco (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 de abajo para la regata Vendée Globe.

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