Este artículo tratará sobre:

Al final del artículo anterior sobre el viento, mostramos la circulación global del viento alrededor del planeta. Para cada hemisferio, la circulación global del viento define tres áreas:

Las regiones ecuatoriales y polares son muy específicas en términos climáticos y quedan fuera del alcance de este documento.

Las latitudes medias están regidas por la célula de Ferrel. Esta región se encuentra entre masas de aire frío y seco y masas de aire cálido y húmedo, lo que la convierte en un área donde se produce la mayor parte del transporte de calor y donde se desarrollan los sistemas meteorológicos. Es también donde reside la mayor parte de la población mundial, y en este artículo nos centraremos en el clima de las latitudes medias.

En el hemisferio norte, la parte septentrional de la célula de Ferrel es muy dinámica, y allí se produce gran parte del clima. Alrededor de los 60° Norte, existe una línea imaginaria llamada frente polar. A ambos lados de esta línea, las condiciones meteorológicas son muy diferentes.

Esas dos masas de aire tan diferentes necesitan mezclarse. La mezcla de aire se produce figurativamente mediante grandes ventiladores que impulsan el aire cálido hacia el norte y el aire frío hacia el sur. El gran ventilador que gira en sentido contrario a las agujas del reloj representa las depresiones en latitudes medias que experimentan los navegantes al navegar (por ejemplo, al cruzar el Atlántico Norte desde Estados Unidos a Europa, o los navegantes de la Vendée Globe en los océanos del sur al rodear la Antártida).

Este artículo se centrará en explicar la mecánica de esas depresiones y cómo algunas de ellas se intensifican hasta convertirse en poderosas tormentas.

Pero antes de hacer eso, en la siguiente sección haremos una breve presentación de qué es un frente meteorológico.

El esquema superior muestra dos masas de aire diferentes a ambos lados del frente polar a 60° Norte. Se utilizan símbolos meteorológicos para identificar fácilmente qué masa de aire es cálida y cuál es fría, así como el movimiento de dichas masas de aire.

El aire frío está reemplazando al aire cálido. El triángulo azul señala la dirección del movimiento del frente.

El aire cálido está reemplazando al aire frío. El semicírculo rojo señala la dirección del movimiento del frente.

Un frente ocluido se forma cuando un frente frío de rápido desplazamiento alcanza a un frente cálido de movimiento más lento, provocando que el aire cálido ascienda entre dos masas de aire más frío. Este proceso genera una mezcla de capas de aire y suele dar lugar a patrones meteorológicos complejos como la formación de nubes, lluvias persistentes o incluso tormentas eléctricas. Tras el paso del frente ocluido, el tiempo suele estabilizarse y despejarse.

Un frente estacionario, como su nombre indica, no se mueve. Los símbolos utilizados son una combinación de frentes fríos y cálidos. En relación con estos dos frentes, el aire frío se encuentra en el lado opuesto del triángulo y el aire cálido en el lado de los semicírculos.

Como se vio en la primera parte, la depresión o baja presión atmosférica que experimentan los navegantes en latitudes medias es responsable de la mezcla de aire frío y cálido en el frente polar. Los navegantes experimentan estas depresiones cuando la presión barométrica desciende, lo que suele ir acompañado de precipitaciones y vientos fuertes.

Esta sección explicará la física de la formación de esas depresiones. El lector puede ampliar la información y consultar el material en https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

La ciclogénesis consta de 5 etapas.

Etapa 1: En el frente polar, alrededor de los 60° Norte, el aire frío del norte y el aire cálido del sur están separados por un frente estacionario. Esta es la fase inicial o de equilibrio.

Fuente: https://slcc.pressbooks.pub/

Etapa 2: la formación de una onda frontal

Se produce una perturbación que altera este equilibrio y empuja el aire frío hacia el sur y el aire cálido hacia el norte.

Etapa 3: un ciclón de reciente formación

Etapa 4: Ciclón maduro, formación de un frente ocluido y punto triple

El frente frío se encuentra con el frente cálido.

Etapa 5: Fase de disipación

El modelo anterior describe lo que ocurre en la superficie. El aire converge en el centro de la baja presión y asciende, como el aire en una chimenea. Sin embargo, este aire ascendente necesita encontrar condiciones favorables en las capas superiores de la atmósfera para seguir ascendiendo y luego evacuar. Esto se puede comparar con un fuego en una chimenea. La chimenea debe facilitar el ascenso del aire; de ​​lo contrario, el fuego se sofocará.

En el próximo capítulo, a un nivel superior, analizaremos cuáles son las condiciones favorables para que una depresión se intensifique y se convierta en una tormenta poderosa.

Para los lectores del hemisferio sur, las imágenes anteriores pueden resultar confusas, ya que los sistemas de baja presión giran en sentido horario en esa región. Para evitarles molestias, hemos invertido y combinado las imágenes que aparecen a continuación.

En el nivel superior, utilizamos la altura geopotencial en lugar de isobaras. Estos mapas tienen un aspecto ligeramente diferente; las depresiones y crestas representan zonas bajas y altas, respectivamente.

Una vaguada se relaciona con una zona de baja presión. Quienes leen mapas meteorológicos conocen el sistema general de bajas presiones, que se muestra como un círculo cerrado de isobaras. La vaguada es una zona alargada de baja presión atmosférica, sin una isobara cerrada. Se puede imaginar como un valle.

La imagen de arriba representa dos cosas:

Imagen: las líneas de presión pueden representarse como la altura en un mapa de senderos. Si se camina siguiendo la línea de la depresión hacia el norte, se estaría descendiendo por un valle, rodeado de terreno a ambos lados.

Una dorsal se relaciona con la alta presión. Se trata de una zona alargada de mayor presión atmosférica, sin una isobárica cerrada. Puede imaginarse como una colina.

La imagen de arriba representa dos cosas:

Imagen: Si se camina por la cresta hacia el sur, se asciende una montaña con acantilados a ambos lados.

Las crestas y los valles no se producen de forma aislada. Se producen uno junto al otro y de alguna manera se combinan para formar un patrón ondulatorio.

El patrón de ondas muestra claramente la mezcla de aire, como los grandes ventiladores que mencionamos en la parte 1.

Las dorsales se asocian con aire cálido, alta presión en altura y una atmósfera más estable. Esto suele resultar en condiciones climáticas secas y de buen tiempo bajo la dorsal.

La vaguada se asocia con un clima frío y deteriorado, y la dorsal con un clima cálido y templado, como se ilustra a continuación.

Las dorsales y vaguadas se producen tanto en la superficie como en altitud. Las que se encuentran en las capas superiores de la atmósfera son las que generan los patrones climáticos globales, que a su vez influyen en lo que ocurre a nivel del suelo.

Los meteorólogos son como detectives (como en la serie "The Rookie" 😀) y utilizan la atmósfera media (500 mbar, o unos 5 kilómetros de altura) para encontrar indicios de dónde se formará una tormenta en la superficie. Las tormentas se forman cuando el aire asciende (ver la clase 3 sobre nubes). Por lo tanto, el meteorólogo consulta el mapa geopotencial de 500 mb para identificar las zonas donde el aire asciende. Cabe preguntarse: ¿cómo puede un mapa meteorológico indicar dónde asciende el aire?

El ascenso del aire se produce donde converge el aire, lo cual ocurre cuando este gira en sentido antihorario en el hemisferio norte. Este giro se denomina vorticidad positiva. Por lo tanto, básicamente, los meteorólogos solo necesitan buscar áreas de vorticidad positiva para saber dónde se formarán las tormentas.

Más información en Weather.gov - Conceptos básicos de vorticidad

La vorticidad se produce debido a los tres factores que se enumeran a continuación:

La teoría anterior es compleja, pero se puede simplificar. La zona de máxima vorticidad positiva se encuentra delante de la vaguada (la zona azul de abajo). Esta es la zona de peligro y requiere especial atención. La parte posterior de la vaguada también presenta vorticidad, pero en menor medida y, por lo tanto, menos importante (la zona naranja de abajo).

A continuación se muestra un ejemplo de un geopotencial real de 500 mbar.

Hemos añadido a continuación, en el mismo mapa, las zonas situadas delante de la vaguada donde se generarán tormentas/depresiones.

Las tormentas se desarrollan donde el aire asciende, como se observa en la sección anterior. El aire asciende hasta cierto punto (la parte superior de la troposfera, a 10 kilómetros de altura, que actúa como una barrera impenetrable). Es necesario evacuar el aire para que el ascenso vertical continúe y la depresión se intensifique. Por lo tanto, la atmósfera superior (300 mbar / 9 kilómetros de altura) es donde el meteorólogo buscará indicios de divergencia de aire, ya que estas condiciones son ideales para el fortalecimiento de las tormentas.

Las corrientes en chorro se producen donde el viento supera los 200 nudos. Las zonas de entrada derecha y salida izquierda de estas corrientes son áreas donde los vientos en altura divergen, permitiendo que el aire inferior ascienda. Estas dos zonas están marcadas en rojo a continuación.

Puede encontrar más información en: https://skepticalscience.com/print.php?n=1967

Si combinamos todo lo que hemos visto antes, aquí es donde una depresión se intensificará hasta convertirse en una poderosa tormenta: