Este artículo tratará sobre:

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 3 áreas:

Las regiones ecuatoriales y polares tienen características climáticas muy particulares y quedan fuera del alcance de este análisis.

Las latitudes medias se rigen 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 lugar donde se concentra la mayor parte del transporte de calor y se originan los sistemas meteorológicos. Además, es 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 norte de la célula de Ferrel es muy dinámica, donde se produce gran parte del clima. Alrededor de los 60° Norte, existe una línea imaginaria llamada frente polar. A ambos lados de esta línea se dan condiciones meteorológicas muy diferentes:

Esas dos masas de aire tan diferentes necesitan mezclarse. La mezcla de aire se produce, figurativamente, mediante grandes ventiladores que empujan 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 marineros al navegar (por ejemplo, la travesía del Atlántico Norte desde Estados Unidos a Europa, o los participantes de la Vendée Globe en los océanos australes mientras rodean 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 eso, en la siguiente sección haremos una breve presentación de qué es un frente meteorológico.

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 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 apunta en la dirección del movimiento del frente.

Un frente ocluido se forma cuando un frente frío de movimiento rápido alcanza a un frente cálido de movimiento más lento, lo que provoca que el aire cálido ascienda entre dos masas de aire más frío. Este proceso produce una mezcla de capas de aire y suele dar lugar a fenómenos 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 no se mueve, como su nombre indica. Los símbolos utilizados son una combinación de frentes fríos y cálidos. En relación con estos dos frentes, el aire frío se encuentra al otro lado del triángulo, y el aire cálido, al otro lado de los semicírculos.

Como se vio en la primera parte, la depresión o baja presión que experimentan los marineros en latitudes medias es responsable de la mezcla de aire frío y cálido en el frente polar. Los marineros experimentan la depresión como señal de una caída de la presión barométrica, que suele ir acompañada de precipitaciones y fuertes vientos.

Esta sección explicará la física de la formación de dichas depresiones. El lector puede profundizar 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 alcanza al 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 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, analizaremos en un nivel superior 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 anteriores pueden resultar confusas, ya que en esa región los sistemas de baja presión giran en el sentido de las agujas del reloj. Para evitarles molestias, hemos invertido y combinado las imágenes a continuación.

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

Una vaguada se relaciona con la 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 menor presión atmosférica, sin un contorno isobárico cerrado. Se puede imaginar como un valle.

La imagen de arriba representa dos cosas:

Imagen: Las líneas de presión pueden imaginarse como alturas en un mapa de senderos. Si caminas por la línea del valle hacia el norte, estarías descendiendo por un valle rodeado de terreno a ambos lados.

Una cresta se relaciona con la alta presión. La cresta es una zona alargada de mayor presión atmosférica, sin un contorno de presión isobárica cerrado. Se puede imaginar como una colina.

La imagen de arriba representa dos cosas:

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

Los valles y las crestas no se producen por sí solos. Se forman uno al lado del otro y de alguna manera se combinan para crear un patrón de ondas.

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

Las dorsales oceánicas se asocian con aire cálido, alta presión en altura y una atmósfera más estable. Esto suele dar lugar a condiciones climáticas secas y despejadas debajo de 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.

Las vaguadas y las dorsales se producen tanto en la superficie como en altura. Las que se encuentran en la capa superior de la atmósfera son las que determinan los patrones climáticos globales, que a su vez influyen en lo que sucede a nivel del suelo.

Los meteorólogos son como detectives (véase la serie de televisión "The Rookie" 😀) y utilizan la parte media de la atmósfera (500 mbar, o unos 5 kilómetros de altura) para encontrar pistas sobre dónde se desarrollará una tormenta en la superficie. Las tormentas se desarrollan si el aire asciende (véase la clase 3 sobre las nubes). Por lo tanto, el meteorólogo observa el mapa de 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 que a su vez sucede cuando el aire gira en sentido contrario a las agujas del reloj 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 desarrollarán las tormentas.

Más información en Weather.gov - Conceptos básicos sobre la vorticidad

La vorticidad se produce debido a tres factores:

La teoría anterior es compleja, pero se puede simplificar. La zona de máxima vorticidad positiva se encuentra delante del valle (el área azul inferior). Esta es la zona de peligro y requiere especial atención. La parte posterior del valle también presenta vorticidad, pero en menor medida (el área naranja inferior).

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 infranqueable). Es necesario evacuar el aire para que el ascenso vertical continúe y la depresión se fortalezca. Por lo tanto, el meteorólogo observará la atmósfera superior (300 mbar / 9 kilómetros de altura) para encontrar indicios de divergencia atmosférica, condiciones ideales para el fortalecimiento de las tormentas.

Las corrientes 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 estas corrientes son zonas donde los vientos en altura divergen, permitiendo que el aire de abajo 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 anteriormente, aquí es donde una depresión se intensificará hasta convertirse en una poderosa tormenta: