Este artículo cubrirá:
I: Intercambio de calor en latitudes medias
II: Frentes
II.1 Frente frío
II.2 Frente cálido
II.3 Frente ocluido
II.4 Frente estacionario
III. Ciclogénesis en la superficie
IV. Ciclogénesis en el nivel superior
IV.1 Comedero
IV.2 Cresta
IV.3 Combinación de valle y cresta: el patrón de onda
IV.4 Vaguada y cresta en nivel medio
IV.5 Divergencia de corrientes en chorro y niveles superiores
V. Ciclogénesis en 3 dimensiones
Introducción
Al final del artículo anterior sobre el viento, mostramos la circulación global del viento alrededor del globo. Para cada hemisferio, la circulación global del viento define tres áreas:
ecuatorial: 0 a 30°: cálido y húmedo caracterizado por baja presión (baja ecuatorial)
latitud media : 30 a 60°: célula de Ferrel
Polar : 60 a 90°; frío y seco caracterizado por alta presión (alta polar)
Las regiones ecuatoriales y polares son muy específicas en términos climáticos y quedan fuera del alcance de este estudio.
La latitud media está gobernada por la célula de Ferrel. Esta región se encuentra en una zona intercalada entre aire frío/seco y aire cálido/húmedo, lo que la convierte en el lugar donde se produce la mayor parte del transporte de calor y se generan los sistemas meteorológicos. Aquí también reside la mayor parte de la población mundial, y en este artículo nos centraremos en el clima de la latitud media.
fuente: https://www.grit.com/
I. Intercambio de calor en latitudes medias
En el hemisferio norte, la parte norte de la célula de Ferrel es un lugar muy dinámico donde se producen muchos fenómenos meteorológicos. Alrededor de los 60° Norte, existe una línea imaginaria llamada Frente Polar. A ambos lados de esta línea se presentan condiciones meteorológicas muy diferentes:
en el lado norte: viento frío del este
en el lado sur: viento más cálido del oeste
Estas dos masas de aire tan diferentes necesitan mezclarse. La mezcla de aire se produce, en sentido figurado, mediante grandes abanicos que empujan el aire cálido hacia el norte y el aire frío hacia el sur. Los grandes abanicos que giran en sentido antihorario representan las depresiones en latitudes medias que experimentan los navegantes al navegar (por ejemplo, al cruzar el Atlántico Norte de EE. UU. a Europa, o a los navegantes de la Vendée Globe en los océanos australes 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, hagamos una breve presentación de qué es un frente meteorológico en la siguiente sección.
II. Frentes
El esquema anterior 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.
II.1: Frente frío
El aire frío reemplaza al aire cálido. El triángulo azul señala la dirección del movimiento del frente.
II.2: Frente cálido
El aire caliente reemplaza al aire frío. El semicírculo rojo señala la dirección del movimiento del frente.
II.3: Frente ocluido
Un frente ocluido se forma cuando un frente frío de movimiento más rápido alcanza a un frente cálido de movimiento más lento, lo que provoca que el aire cálido se eleve del suelo entre dos masas de aire más frías. Este proceso provoca una mezcla de capas de aire y suele dar lugar a patrones meteorológicos complejos, como la formación de nubes, lluvias constantes o incluso tormentas eléctricas. Tras el paso del frente ocluido, el tiempo suele estabilizarse y se aclara.
II.4: Frente estacionario
El frente estacionario no se mueve como indica su nombre.
Los símbolos utilizados son una combinación del frente frío y cálido.
Respecto de los dos frentes anteriores, el aire frío está en el otro lado del triángulo y el aire cálido está en el lado de los semicírculos.
III. Ciclogénesis en la superficie
Como se vio en la primera parte, la depresión o gran baja presión que experimentan los navegantes que navegan en latitudes medias es responsable de la mezcla de aire frío y cálido en el frente polar. Los navegantes experimentan depresión cuando la presión barométrica disminuye, lo que suele ir acompañado de precipitaciones y fuertes vientos.
Esta sección explicará la física de la formación de estas depresiones. El lector puede ampliar la información y consultar el material en https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/
Hay 5 etapas de la ciclogénesis.
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 perturbará este equilibrio y empujará el aire frío hacia el sur y el aire cálido hacia el norte.
Etapa 3: un ciclón de nuevo desarrollo
Etapa 4: Ciclón maduro, formación de un frente ocluido y punto triple
El frente frío se junta 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, el aire ascendente necesita encontrar condiciones favorables en las capas superiores de la atmósfera para seguir ascendiendo y luego evacuarse. Esto puede compararse con un incendio en una chimenea. La chimenea debe facilitar la ascensión del aire; de lo contrario, el fuego se extinguirá.
Luego pasaremos al siguiente capítulo, al nivel superior, para encontrar cuáles son las condiciones favorables para que una depresión se intensifique y se convierta en una poderosa tormenta.
Para los lectores del hemisferio sur, las imágenes de arriba 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 a continuación.
IV. Ciclogénesis en el nivel superior
En el nivel superior, utilizamos la altura geopotencial en lugar de la isobara. Estos mapas se ven un poco diferentes, y las zonas bajas y altas se representan mediante valles y crestas.
IV.1 Comedero
Una vaguada se relaciona con una baja presión. Quienes leen mapas meteorológicos conocen el sistema general de bajas presiones, que muestra un círculo cerrado de isobaras. La vaguada es una zona alargada de baja presión atmosférica, sin un contorno isobárico cerrado. Puede imaginarse como un valle.
Fuente: https://www.e-education.psu.edu/
La imagen de arriba representa 2 cosas:
una zona definida de baja presión, donde está la letra L, con una isobara cercana.
Un canal con isobaras abiertas. El eje del canal se representa mediante una línea de puntos.
Imagen: Las líneas de presión se pueden imaginar como la altura en un mapa de senderos. Si caminas por la línea de valle hacia el norte, descenderás por un valle rodeado de terreno a ambos lados.
IV.2 Cresta
Una cresta se relaciona con la alta presión. La cresta es una zona alargada de mayor presión atmosférica, sin un contorno de presión isobárico cerrado. Puede imaginarse como una colina.
La imagen de arriba representa 2 cosas:
una zona definida de alta presión, donde está la letra H, con una isobara cercana.
Una cresta con isobaras abiertas. El eje de la cresta está representado por una línea en zigzag.
Imagen: Si estás caminando por la cresta hacia el sur, estarías caminando por una montaña con acantilados a ambos lados.
IV.3. Combinación de valles y dorsales: Patrón de ondas
La vaguada y la dorsal no se forman por sí solas. Se forman una junto a la otra y, de alguna manera, se combinan para formar un patrón de ondas.
El patrón de ondas muestra claramente que el aire se está mezclando, como los grandes ventiladores que mencionamos en la parte I.
A la izquierda del canal, el aire frío del norte es empujado hacia el sur, hacia el aire más cálido.
A la derecha de la vaguada, el aire más cálido procedente del sur es empujado hacia el norte, hacia el aire más frío.
La dorsal se asocia con aire cálido, alta presión en altura y una atmósfera más estable. Esto suele resultar en condiciones climáticas secas y agradables bajo la dorsal.
La vaguada se asocia con un clima frío y deteriorado y la cresta con un clima cálido y templado, como se ilustra a continuación.
fuente: https://opensnow.com/
IV.4 Valle y cresta del nivel superior a 500 mbar
Las vaguadas y las dorsales se forman tanto en la superficie como en altitud. Las que se encuentran en las capas superiores de la atmósfera son las que determinan los patrones climáticos globales, los cuales a su vez influyen en lo que ocurre a nivel del suelo.
Los meteorólogos son como detectives (ver el programa "El Novato" 😀) y utilizan la atmósfera media (500 mbar, o unos 5 kilómetros de altura) como punto de referencia para encontrar pistas sobre dónde se desarrollará una tormenta en la superficie. Las tormentas se forman si el aire asciende; ver la clase 3 sobre nubes. Por lo tanto, el meteorólogo consulta el mapa geopotencial de 500 mbar para buscar zonas donde el aire asciende. Cabe preguntarse cómo puede un mapa meteorológico indicar dónde asciende el aire.
El ascenso del aire ocurre donde el aire converge, lo que a su vez ocurre cuando el aire gira en sentido antihorario en el hemisferio norte. Este giro se denomina vorticidad positiva. Así que, básicamente, los meteorólogos solo necesitan buscar áreas de vorticidad positiva para saber dónde se desarrollarán las tormentas.
fuente: https://www.weather.gov/
Más información en https://www.weather.gov/source/zhu/ZHU_Training_Page/Miscellaneous/vorticity/vorticity.html
La vorticidad se produce debido a tres factores enumerados a continuación:
vorticidad de curvatura (el viento gira en sentido contrario a las agujas del reloj)
vorticidad de cizalladura (aumento del viento desde la zona de baja presión)
vorticidad terrestre (movimiento de sur a norte)
fuente: NOAA
La teoría anterior es compleja, pero en realidad se puede resumir en una imagen simple. La zona de máxima vorticidad positiva general se encuentra frente a la vaguada (área azul abajo). Esta es la zona de peligro y requiere especial atención. La parte posterior de la vaguada presenta vorticidad, pero es menos importante (área naranja abajo).
A continuación vea el ejemplo de 500 mbar reales de geopotencial.
Hemos añadido a continuación en el mismo mapa, las zonas delante de la vaguada donde se generarán tormentas/depresiones.
IV.5 Corriente en chorro polar a 300 mbar
Las tormentas se forman donde el aire asciende, como se ve en la sección anterior.
El aire ascenderá hasta cierto punto (el límite superior de la troposfera, a 10 kilómetros de altura; que es como una pared que el aire no puede atravesar). El aire necesita evacuarse/divergir para que el ascenso vertical pueda continuar y la depresión se fortalezca. Por lo tanto, observar la atmósfera superior (300 mbar/9 kilómetros de altura) es el punto donde el pronosticador/detective buscará indicios de aire divergente como condiciones ideales para que las tormentas se fortalezcan.
Las rachas en chorro se producen donde el viento es muy fuerte por encima de los 200 nudos. Las regiones de entrada derecha y salida izquierda de las rachas en chorro son zonas donde los vientos en altura divergen, permitiendo que el aire inferior ascienda. Estas dos zonas están marcadas en rojo a continuación.
fuente: Wetterzentrale
Puede encontrar más información en: https://skepticalscience.com/print.php?n=1967
V. Ciclogénesis en 3 dimensiones
Si combinamos todo lo que vimos anteriormente, aquí es donde una depresión se intensificará hasta convertirse en una poderosa tormenta:
Baja presión en la superficie con formación de frente frío/cálido
La baja presión en la superficie debe ubicarse verticalmente sobre un área de fuerte vorticidad en la posición media de 500 mb, que está frente al canal.
La baja presión en la superficie debe colocarse en la salida derecha de la corriente en chorro.
