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Este artículo explora el origen del viento y las fuerzas que lo impulsan. Aplicamos este conocimiento a los mapas meteorológicos, ayudando a los navegantes a interpretar los patrones de viento en superficie para una mejor comprensión de la navegación.

También exploramos el viento vertical. Aunque no lo perciben directamente los navegantes, puede influir en las condiciones del mar. Finalmente, examinamos la circulación eólica global 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 alta a baja presión. Si perforas una llanta de bicicleta, el aire del interior saldrá hasta que la presión se iguale. Esto es la Madre Naturaleza intentando 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 impulsado desde la zona de alta presión hacia la zona de baja presión. Esta fuerza se denomina fuerza de gradiente de presión . Es proporcional a la diferencia de presión a lo largo de una distancia. Por lo tanto, cuanto más disminuye la presión en una distancia corta, mayor es la fuerza.

Se podría pensar que el viento soplaría de arriba a abajo en línea recta. Sin embargo, esto no es tan sencillo como parece. La rotación de la Tierra crea otra fuerza llamada fuerza de Coriolis .

Esta fuerza no es específica del viento; se aplica a cualquier objeto en movimiento en un sistema giratorio. Para comprenderlo, olvidemos el viento por un momento y tomemos el ejemplo de un carrusel que gira en sentido antihorario con cuatro personas sentadas en los bordes, una frente a la otra. Si una persona lanza una pelota a la persona sentada frente a ella, la pelota no llegará a la persona a la que apunta, ya que esta se habría movido debido a la rotación del carrusel. En cambio, la persona sentada a su derecha recibirá la pelota, ya que fue desviada hacia la derecha por una fuerza llamada 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 el carrusel, pero a una velocidad mucho menor, una vez cada 24 horas. Como consecuencia, el efecto Coriolis no se percibe al lanzar una pelota. En la Tierra, el efecto Coriolis se observa en objetos que se mueven a alta 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 el 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 a esa latitud y proyectar la velocidad del aire sobre el plano del carrusel:

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

El viento nunca sopla en línea recta, sino que se curva o gira. La curvatura del viento crea una fuerza centrífuga en las partículas de aire que las empuja fuera de la curva. Esta es la misma fuerza centrífuga que experimentas al tomar una curva rápida en tu coche, y tu 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, 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 mayor en tierra). Esto ralentiza las partículas de aire. Por lo tanto, la fricción ralentiza el viento cerca de la superficie, lo que resulta en una menor fuerza de Coriolis y centrífuga, pero la fuerza de presión se mantiene constante. Por lo tanto, el flujo se desequilibra, y la fuerza de presión "gana" y finalmente atrae más partículas de aire. Por lo tanto, el viento se "desvía" hacia la baja presión y se aleja de la alta. Para los navegantes, es importante saber lo siguiente:

Dado que la fricción desvía el aire hacia la baja presión, significa que el aire convergerá hacia el centro de la baja presión desde todas las direcciones. El aire solo podrá ascender y, por lo tanto, ascenderá (movimiento vertical ascendente) en el centro de la baja presión.
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Como la fricción desvía el aire hacia afuera de la alta presión, el efecto será el opuesto y el aire se hundirá (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 navegante.

El mapa a continuación muestra un mapa de isobaras en la superficie. Las líneas marrones representan líneas de igual presión. Aquí hay algunos conceptos clave que se pueden ver en la imagen a continuación:

La imagen de abajo 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 a continuación muestra un sistema de baja presión sobre tierra. El viento en la superficie, de color 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 a continuación muestra una zona de baja presión sobre tierra. El viento en la superficie, como lo indica la dirección de las barbas de viento 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.

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

El viento vertical y el horizontal están relacionados. El viento vertical influye en la estabilidad del horizontal. Esta estabilidad es fundamental para los navegantes, ya que navegarán en condiciones cambiantes 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 del viento vertical es el factor térmico .

El impulsor térmico corresponde al perfil vertical de temperatura de la atmósfera. El concepto principal es que el aire cálido 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 pocos grados en comparación con el aire circundante. Esta partícula asciende. A medida que asciende, la presión atmosférica y su temperatura disminuyen. Cuando la partícula alcanza, por ejemplo, 10 metros de altura, si aún 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:

A continuación se presentan algunos puntos clave para los navegantes que navegan en una atmósfera térmica estable o inestable:

En esta sección final, aplicaremos todos los conocimientos adquiridos sobre vientos horizontales y verticales para explicar la circulación eólica global sobre la Tierra. Nos centraremos especialmente en la circulación eólica global en la superficie de los océanos, que los navegantes utilizan para cruzar los océanos con el viento.

La circulación global del aire se debe a que la Tierra se calienta de forma desigual por el Sol. El ecuador recibe más calor y los polos menos. La circulación global del aire actúa como un sistema de aire acondicionado, redistribuyendo el calor del ecuador a los polos. Es importante relacionar la temperatura y la presión del aire en esta etapa. El aire cálido es menos denso y asciende, lo que resulta en una presión más baja. Por otro lado, el aire frío desciende, aumentando la presión.

El aire cálido asciende por encima del ecuador y se desplaza hacia los polos a gran altitud. A medida que se aleja del ecuador, se enfría y desciende. El aire frío regresa al ecuador en la superficie, donde se calienta de nuevo. Este modelo simplista tiene una celda de circulación de este tipo para cada hemisferio, que se representa a continuación, comparando un hemisferio con una casa.

Sin embargo, la Tierra gira, lo que provoca circulación 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 30° de latitud en lugar de hacia el polo. Esto da como resultado tres celdas para cada hemisferio, como se muestra a continuación.

Zona A: Las áreas donde el aire asciende se caracterizan por bajas presiones en la superficie. Estas corresponden a zonas con nubes y lluvia (p. ej., bosques ecuatoriales y el norte del Reino Unido).

Zona B: las zonas donde el aire desciende se caracterizan por altas presiones. Aquí el cielo está despejado y llueve poco (p. ej., las altas Azores, el desierto del Sahara y los polos).

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

Estos vientos (zonas C y D) están representados en la imagen siguiente para la carrera Vendée Globe.

Para saber más, ¡sigue leyendo! En el siguiente artículo, Meteorología Marina 3: Nubes , exploramos la variedad de nubes, investigando su tamaño, forma, altura y lo que puedes aprender sobre el tiempo que viene a partir de su ubicación y movimiento.